Винаходити в порожнечу?

Нейтронний генератор для обстеження нафтових свердловин, створений у Інституті ядерних досліджень, ніяк не може пробитися до нафтовиків.

Київським ученим не вдається запустити в серію власний прилад, а державі Україна доводиться переплачувати за послуги західних фірм. Про перипетії перспективної вітчизняної розробки розповів «УТГ» кандидат технічних наук Микола Коломиєць, завідувач лабораторії фізико-технічних проблем джерел ядерних випромінювань Інституту ядерних досліджень НАНУ. 

— Судячи зі звіту Націо­­нальної Академії наук, в Україні створена віт­чизняна апаратура для ­нейтронного дослідження­ свердловин та інших об’єк­­тів у товщі земних порід. Миколо Федоровичу, розкажіть, будь ласка, про ваш прилад.

— Дійсно, у нашій лабораторії розроблено таку апаратуру. Але далі дослідних зразків справа не пішла. А в той же час наші нафтовики змушені застосовувати аналогічні пристрої західного виробництва й платити фахівцям зі США величезні гроші.

— Чому так?

— Для цього треба розповісти, що таке нейтронні джерела і як вони застосовуються для досліджень у геофізиці. У лабораторії фізико-технічних проблем джерел ядерних випромінювань ми займаємося двома основними темами. Перша — вивчення ізотопів водню тритію, дейтерію та всього, пов’язаного з виробами з них. Друга — нейтронні генератори. Зокрема, ми конструюємо малогабаритні прискорювачі-трубки для одержання термоядерних нейтронів.

Нагадаю, що тритій — це один з ізотопів водню, у ядрі якого містяться протон і два нейтрони. Він радіоактивний, період його піврозпаду — 12,26 року. У процесі бета-розпаду перетворюється на гелій-3. Енергія випромінювання тритію така мала, що воно не може пройти навіть крізь тоненьку стінку лічильника Гейгера. Така властивість має свої переваги: зі сполуками тритію (якщо вони нелеткі) працювати безпечно, бета-промені від нього проходять у повітрі лише декілька міліметрів. Тому тритій без шкоди для здоров’я людей можна застосовувати там, де необхідно використовувати радіоактивність.

Для виконання багатьох наукових і практичних завдань потрібні джерела нейтронів, які можна одержувати досить просто, взявши за основу реакцію ядерного синтезу — злиття ядер тритію й дейтерію. При цьому утворюється ядро гелію й вилітає нейтрон. Такі нейтрони мають енергію 14,5 МеВ і можуть використовуватися для різних досліджень. Сама реакція відбувається за досить низьких енергій, близько 100—120 КеВ. Як її організувати? Береться джерело тритію або дейтерію, його потік прискорюється в електромагнітному полі й спрямовується на мішень, у якій також є тритій. У мішені відбувається термоядерна реакція й випромінюються нейтрони. Для такої реакції не потрібні гігантські прискорювачі, вона може відбуватися в зовсім невеликих прискорювальних трубках, які складаються з іонного джерела, прискорювача та мішені.

— Як можна використовувати таке джерело нейтронів у промисловості?

— Нейтронні методи та апаратура посідають гідне місце в широкому колі досліджень. Це активаційний аналіз матеріалів, визначення підкритичності в басейнах витримки відпрацьованого ядерного палива, розвідка родовищ корисних копалин, пошук вибухових речовин тощо. Особливо активно такі методи використовуються геофізиками в апаратурі імпульсного нейтронного каротажу нафтогазових свердловин. Геофізичний термін «каротаж» (від французького діє­слова carotter, що позначає у геології відбір керна) ввели в ужиток брати Шлюмберже, засновники знаменитої нафтосервісної компанії Schlumberger, для позначення розробленого ними методу геофізичної розвідки, що дозволяв частково замінити дорогий відбір керна зі свердловини.

Існує метод імпульсного нейтронного каротажу. Під час видобутку нафти тільки цим способом можна визначити межу водно-нафтового розділу. А це дуже важливо для визначення потенціалу свердловини. Суть методу в тому, що в свердловину опускається трубка-генератор, яка випромінює нейтрони, зовнішнє середовище реагує на це випромінювання, виникає потік частинок, за яким детектор в тому ж приладі може визначити, яка речовина ззовні свердловини — порода, вода чи нафта. Не треба пробу піднімати нагору, усі дані можна одержати просто у свердловині.

Ми розробили лінійку таких невеликих прискорювальних трубок, зокрема НТГ-2М, які мають від 3 до 8 сантиметрів завширшки й від 10 сантиметрів завдовжки. А сам прилад із детектором і апаратурою для аналізу, що опускається у свердловину, має довжину 3,5 метра і діаметр у  кілька сантиметрів. У його метало-керамічному корпусі розміщені джерело іонів, сховище тритій-дейтерієвої суміші, електроди іонної геометрії для прискорення та фокусування іонів, титанова мішень із тритієм, високовольтний ізолятор і колектор. Пристрій кріпиться до одножильного кабеля-тросу, через який апаратура живиться, і через нього ж у зворотному напрямку надсилається телеметричний сигнал. Причому апаратура має працювати за 120 градусів і більше, оскільки на великих глибинах висока температура. Останнім часом геофізики просять підняти верхню межу припустимої температури до 150 градусів. Наші вироби такі температури витримують.

— Нейтронний каротаж свердловин — винахід досить давній. У чому новизна вашого приладу?

— У Радянському Союзі генератори для апаратури імпульсного нейтронного каротажу випускалися тільки в Києві, на заводі «Геофіз­прилад». Але ті пристрої як комплектувальні використовували прискорювальні вакуумні трубки російського виробництва типу ТНТ. А ми розробили свої газонаповнені нейтронні трубки типу НТГ. У них, на відміну від російських, замість вакуумно-дугового джерела іонів використовується так зване джерело Пеннінга, яке дозволяє розширити частотний діапазон і домогтися стабільності генерації нейтронних імпульсів. Також замість класичної схеми ДТ-реакції (дейтронний пучок — тритієва мішень) у трубках НТГ ядерна реакція здійснюється на «набивній» титановій мішені змішаним тритій-дейтронним пучком, що значно збільшило ресурс роботи трубки.

І ще один важливий момент. Російські нейтронні трубки розроблялися для систем ініціювання ядерних вибухів. Тобто це запали для атомної бомби, і вимоги до них були прості: аби тільки раз надійно спрацювало. Їхній ресурс і частота спрацьовування були низькими. Геофізиків такі характеристики не влаштовували. Ми зробили іншу конструкцію прискорювача й досягли паспортного ресурсу роботи 200 годин. Ліцензована й сертифікована за роботою з радіоактивними матеріалами лабораторія «Геофізприладу» готова випускати такі пристрої. Однак на етапі ескізного проекту наша розробка була заморожена: роботи велися за рахунок бюджету Академії наук, а зараз фінансування нам не подовжили.

— Чи є у світі така апаратура?

— Так, кілька великих фірм випускають пристрої, розроблені на таких ідеях. Але вони хитрі: продають не самі прилади, а послуги з їх використання. На об’єкт приїжджає бригада від фірми, робить каротажні виміри у свердловині та їде додому, не випускаючи генератор із рук. Причому дані вимірів відразу відправляються на супутник і далі — в офіс їхньої фірми. Тому західні нафтові компанії дізнаються про перспективність свердловин раніше, ніж ті, хто ці родовища розробляє. Уже згадана «Шлюмберже» має офіс у Києві, її бригада працює на свердловинах у Полтавській області. Ось, подивіться, вони надіслали мені чашку зі своїм логотипом. Це можна розцінити як витончене глузування: поки ви ловите гави зі своїм генератором, ми у вас уже працюємо. Зрозуміло, що запросити в Полтавську область бригаду фахівців з-за кордону — це зовсім інші гроші, ніж якщо взяти й скористатися нашим вітчизняним приладом.

— Яка потреба України в таких приладах?

— Близько ста штук на рік. Насправді потреба в самих генераторах менше, а от трубки до них треба міняти після 200 годин експлуатації. Це невелика серійність, і завод «Геофізприлад» із нею впорався б.

— Для чого ще використовуються нейтронні генератори?

— Їх застосовують для вимірювання вологості ґрунтів на глибинах. Наприклад, можна визначати ступінь насиченості водою підземних пластів під полями. Якщо багато вологи — не треба витрачати сили й кошти на полив. Якщо мало — треба поливати, інакше впаде врожайність поля. Важливо знати водонасиченість ґрунту під час будівництва, особливо висотних будинків. Не менш пильно стежать будівельники за вологістю ґрунтів під час прокладання якісних автодоріг. Усе це можна робити за допомогою таких генераторів нейтронів. На жаль, доводиться констатувати, що уваги віт­чизняним науковим розробкам сьогодні майже не приділяють. Вони не затребувані. Та що казати: раніше в нашій лабораторії було 110 співробітників, залишилося 15. А країна закуповує технології західних країн…