Изобретать в пустоту?

Нейтронный генератор для обследования нефтяных скважин, созданный в Институте ядерных исследований, никак не может пробиться к нефтяникам.

Киевским ученым не удается запустить в серию собственный прибор, а государству Украина приходится переплачивать за услуги западных фирм. О перипетиях перспективной отечественной разработки рассказал «УТГ» кандидат технических наук Николай Коломиец, заведующий лабораторией физико-технических проблем источников ядерных излучений Института ядерных исследований НАНУ.

— Судя по отчету Национальной Академии наук, в Украине создана отечественная аппаратура для нейтронного исследования скважин и других объектов в толще земных пород. Николай Федорович, расскажите, пожалуйста, о вашем приборе.

— Действительно, в нашей лаборатории разработана такая аппаратура. Но дальше опытных образцов дело не пошло. А в это же время наши нефтяники вынуждены применять аналогичные устройства западного производства и выплачивать специалистам из США огромные деньги.

— Почему так происходит?

— Для этого надо рассказать, что такое нейтронные источники и как они применяются для исследований в геофизике. В лаборатории физико-технических проблем источников ядерных излучений мы занимаемся двумя основными темами. Первая — изучение изотопов водорода трития, дейтерия и всего, что связано с изделиями из них. Вторая — нейтронные генераторы. В частности, мы конструируем малогабаритные ускорители-трубки для получения термоядерных нейтронов.

Напомню, что тритий — это один из изотопов водорода, в ядре которого содержатся протон и два нейтрона. Он радиоактивен, период его полураспада – 12,26 года. При бета-распаде превращается в гелий-3. Энергия излучения трития настолько мала, что оно не может пройти даже через тоненькую стенку счетчика Гейгера. Такое свойство имеет свои преимущества: с соединениями трития (если они нелетучи) работать неопасно, испускаемые им бета-лучи проходят в воздухе всего несколько миллиметров. По­этому тритий без вреда для здоровья людей можно применять там, где необходимо использовать радиоактивность.

Для многих научных и практических целей надо иметь источники нейтронов, которые можно получать достаточно просто, взяв за основу реакцию ядерного синтеза — слияние ядер трития и дейтерия. При этом образуется ядро гелия и вылетает нейтрон. Такие нейтроны имеют энергию 14,5 МэВ и могут использоваться для различных исследований. Сама реакция происходит при достаточно низких энергиях, порядка 100—120 КэВ. Как ее организовать? Берется источник трития или дейтерия, их поток ускоряется в электромагнитном поле и направляется на мишень, в которой также есть тритий. В мишени происходит термоядерная реакция и излучаются нейтроны. Для такой реакции не нужны гигантские ускорители, она может происходить в совсем небольших ускорительных трубках, состоящих из ионного источника, ускорителя и мишени.

— Как можно использовать такой источник нейтронов в промышленности?

— Нейтронные методы и аппаратура занимают достойное место в широком круге исследований. Это активационный анализ материалов, определение подкритичности в бассейнах выдержки отработанного ядерного топлива, разведка месторождений полезных ископаемых, поиск взрывчатых веществ и другое. Особенно активно такие методы используются геофизиками в аппаратуре импульсного нейтронного каротажа нефтегазовых скважин. Геофизический термин «каротаж» (от французского глагола carotter, в геологии обозначающего отбор керна) ввели братья Шлюмберже, основатели знаменитой нефтесервисной компании Schlumberger, для обозначения разработанного ими метода геофизической разведки, позволявшего частично заменить дорогостоящий отбор керна из скважины.

Существует метод импульсного нейтронного каротажа. При добыче нефти только этим способом можно определить границу водно-нефтяного раздела. А это очень важно для определения потенциала скважины. Суть метода в том, что в скважину опускается трубка-генератор, излучающая нейтроны, внешняя среда реагирует на это излучение, возникает поток частиц, по которому детектор, находящийся в том же приборе, может определить, какое вещество снаружи скважины — порода, вода или нефть. Не надо пробу поднимать наверх, все данные можно получить прямо в скважине.

Мы разработали линейку таких небольших ускорительных трубок, в частности НТГ-2М, имеющих от 3 до 8 сантиметров в ширину и от 10 сантиметров в длину. А сам прибор с детектором и анализирующей аппаратурой, опускаемой в скважину, имеет порядка 3,5 метра в длину и диаметр в несколько сантиметров. У него металлокерамический корпус, в котором размещены источник ионов, хранилище тритий-дейтериевой смеси, электроды ионной геометрии для ускорения и фокусировки ионов, титановая мишень с тритием, высоковольтный изолятор и коллектор. Устройство крепится к одножильному кабелю-тросу, по которому аппаратура запитывается, и по нему же в обратном направлении пересылается телеметрический сигнал. Причем аппаратура должна работать при 120 градусах и выше, поскольку на больших глубинах высокая температура. В последнее время геофизики просят поднять верхний предел допустимой температуры до 150 градусов. Наши изделия такие температуры выдерживают.

— Нейтронный каротаж скважин — изобретение довольно давнее. В чем новизна вашего прибора?

— В Советском Союзе генераторы для аппаратуры импульсного нейтронного каротажа выпускались только в Киеве, на заводе «Геофизприбор». Но те устройства в качестве комплектующих использовали ускорительные вакуумные трубки российского производства типа ТНТ. А мы разработали свои газонаполненные нейтронные трубки типа НТГ. В них, в отличие от российских, вместо вакуумно-дугового источника ионов используется так называемый источник Пеннинга, что позволяет расширить частотный диапазон и добиться стабильности генерации нейтронных импульсов. Также вместо классической схемы ДТ-реакции (дейтронный пучок — тритиевая мишень) в трубках НТГ ядерная реакция осуществляется на «набивной» титановой мишени смешанным тритий-дейтронным пучком, что значительно увеличило ресурс работы трубки.

И еще один важный момент. Российские нейтронные трубки разрабатывались для систем инициирования ядерных взрывов. То есть это запалы для атомной бомбы, и требования к ним были простые: лишь бы один раз надежно сработало. Их ресурс и частота срабатывания были низкими. Геофизиков такие характеристики не устраивали. Мы сделали иную конструкцию ускорителя и достигли паспортного ресурса работы 200 часов. Лицензированная и сертифицированная по работе с радиоактивными материалами лаборатория «Гео­физприбора» готова выпускать такие устройства. Однако на этапе эскизного проекта наша разработка была заморожена: работы велись за счет бюджета Академии наук, а сейчас финансирование нам не продлили.

— Есть ли в мире подобная аппаратура?

— Да, несколько крупных фирм выпускают устройства, разработанные на близких идеях. Но они поступают хитро: продают не сами приборы, а услуги по их использованию. На объект приезжает бригада от фирмы, делает каротажные замеры в скважине и отправляется домой, не выпуская генератор из рук. Причем данные измерений тут же отправляются на спутник и далее — в офис их фирмы. По­этому западные нефтяные компании узнают о перспективности скважин раньше, чем те, кто эти месторождения разрабатывает. Уже упомянутая «Шлюмберже» имеет офис в Киеве, ее бригада работает на скважинах в Полтавской области. Вот, посмотрите, они прислали мне чашку со своим логотипом. Это можно расценить как тонкую издевку: пока вы хлопаете ушами со своим генератором, мы у вас уже работаем. Понятно, что пригласить в Полтавскую область бригаду спе­цов из-за кордона — это совсем иные денежки, чем если взять и воспользоваться нашим отечественным прибором.

— Какая потребность Украины в таких приборах?

— Порядка ста штук в год. На самом деле необходимость в самих генераторах меньше, а вот трубки к ним надо менять после 200 часов эксплуатации. Это небольшая серийность, и завод «Геофизприбор» с ней вполне справился бы.

— Для чего еще используются нейтронные генераторы?

— Их применяют для измерения влажности грунтов на глубинах. Например, можно определять степень насыщенности водой подземных слоев под полями. Если много влаги — значит, не надо тратить силы и средства на полив. Если мало — следует поливать, иначе упадет урожайность поля. Важно знать водонасыщенность грунта при строительстве, особенно при возведении высотных зданий. Не менее пристально следят строители за влажностью грунтов при прокладке качественных автодорог. Все это можно делать при помощи таких генераторов нейтронов. Увы, приходится констатировать, что внимания к отечественным научным разработкам сегодня почти нет. Они не востребованы. Да что говорить: раньше в нашей лаборатории было 110 сотрудников, осталось 15. А страна закупает технологии западных стран…