Держатель образца
Использование: для фиксации образца, включающего в себя образец керна или буровой шлам, при измерениях пропускания рентгеновского излучения и измерениях флуоресценции. Сущность изобретения заключается в том, что держатель образца содержит вмещающую конструкцию, имеющую осевое направление и выполненную с возможностью во время измерений по меньшей мере частично заключать в себе образец и ограничивать его смещение в направлении, пересекающем осевое направление. У вмещающей конструкции имеется по меньшей мере один участок, обращенный от осевого направления и способный во время измерений пропускать возбуждающее излучение, направленное на образец, и флуоресцентное излучение, исходящее от образца. Предложен также прибор, выполненный с возможностью установки в него такого держателя образца и содержащий источник излучения, детектор пропускания рентгеновского излучения, детектор флуоресценции и средство вращения для вращения по меньшей мере одного из следующих компонентов: держатель образца, источник рентгеновского излучения, детектор пропускания рентгеновского излучения и детектор флуоресценции. Кроме того, предложена система, содержащая такой держатель образца и такой прибор. Технический результат: обеспечение возможности повышения точности измерений за счет синергетического эффекта, обусловленного ограничением смещения образца в нежелательном направлении или нежелательным образом, в том числе в случаях, когда образцы керна оказались разломанными на отдельные части при малом или нулевом ослаблении, обусловленном самим держателем образца. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 9 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области анализа образцов керна и/или бурового шлама. Более конкретно, изобретение относится к держателю образца для фиксации образца при измерениях пропускания рентгеновского излучения и измерениях флуоресценции.
Уровень техники
При поиске полезных ископаемых сбор точной информации об известных или потенциальных рудных месторождениях может оказаться важным для геологов при оценке целесообразности начала, продолжения или прекращения добычи полезных ископаемых в определенных местах. Применяя специализированные буровые инструменты, можно извлекать из рудного тела образцы скальной породы в форме кернов и/или бурового шлама и анализировать их, например, в отношении минерального содержания, стратиграфических данных и/или другой геологической информации, которая может быть важной для геолога.
При анализе образцов керна и/или бурового шлама могут использоваться различные варианты измерений, чтобы собрать данные об образцах, прежде чем попытаться проанализировать и идентифицировать, например, компоненты скальной породы, из которой были получены образцы. Используя измерения пропускания рентгеновского излучения (например, для томографии), можно получить одно или более двумерных сечений, характеризующих внутреннее строение образца, путем измерения различий в поглощении рентгеновского излучения, которые возникают вследствие различий, например, плотности и состава образца. Комбинируя несколько таких сечений, можно получить объемные данные, так что станет возможным проведение трехмерной инспекции внутреннего строения образца.
Используя измерения флуоресценции, можно определять концентрации химических элементов в образце путем измерения флуоресцентных (вторичных) лучей, испускаемых образцом при его возбуждении посредством источника первичных лучей. Располагая знаниями о том, какие элементы способны генерировать какие флуоресцентные лучи, можно исследовать состав материала образца. Информация о химическом составе образца может быть получена также использованием измерений пропускания рентгеновского излучения при известности так называемых границ поглощения.
Комбинируя несколько методов, например анализ пропускания рентгеновского излучения и анализ флуоресценции, можно приобрести более полное знание об исследуемом местоположении или месторождении.
Чтобы не ограничивать точность или разрешение рентгеновской томографии или анализа пропускания рентгеновского излучения и обеспечить репрезентативность измерений флуоресценции, может оказаться важным, чтобы образец во время измерений удерживался в фиксированном положении, в том числе в случаях, когда образцы керна оказались разломанными на отдельные части. В то же время желательно, чтобы фиксация образца не оказала негативного влияния на интенсивность измерений.
Как следует из изложенного, существует потребность в усовершенствованном держателе образца, пригодном как для измерений пропускания рентгеновского излучения, так и для измерений флуоресценции на образцах керна и/или буровом шламе.
Раскрытие изобретения
Соответственно, изобретение направлено по меньшей мере на частичное выполнение вышеизложенных требований. Решение этой и других задач достигнуто посредством охарактеризованного в независимом пункте формулы держателя образца для фиксации образца как при измерениях пропускания рентгеновского излучения, так и при измерениях флуоресценции. Варианты данного изобретения раскрыты в зависимых пунктах.
Согласно одному аспекту изобретения предлагается держатель образца для фиксации образца при измерениях пропускания рентгеновского излучения (например, для томографии) и измерениях флуоресценции. Образцом может являться образец керна и/или буровой шлам. Держатель образца может содержать вмещающую конструкцию, имеющую осевое направление и выполненную с возможностью во время измерений по меньшей мере частично заключать в себе образец и ограничивать смещение образца в направлении, пересекающем осевое направление. У вмещающей конструкции имеется по меньшей мере один участок, обращенный от осевого направления и способный во время измерений пропускать возбуждающее излучение, направленное на образец, и флуоресцентное излучение, исходящее от образца.
Благодаря ограничению смещения образца в направлении, которое пересекает осевое направление, образец может удерживаться зафиксированным таким образом, чтобы во время измерений он не перемещался в нежелательном направлении или нежелательным образом. Это может приводить к улучшенному разрешению и к более точным результатам, особенно при измерениях пропускания рентгеновского излучения, но также при измерениях флуоресценции.
В то время как образец удерживается зафиксированным описанным образом, излучение, поступающее, например, от источника излучения, может проходить через указанный по меньшей мере один участок, обращенный от осевого направления, и падать на образец при малом или нулевом ослаблении (поглощении), обусловленном самим держателем образца. Аналогично, излучение, исходящее от образца, в частности, при измерении флуоресценции, может проходить через указанный по меньшей мере один участок, обращенный от осевого направления, и доходить, в частности, до детектора излучения также при малом или нулевом ослаблении, обусловленном самим держателем образца. Это может приводить к улучшенному разрешению и к более точным результатам, особенно при измерениях флуоресценции, а также при измерениях пропускания рентгеновского излучения.
Таким образом, держатель образца согласно изобретению обеспечивает синергетический эффект фиксации образца во время измерений и, в то же время, обеспечения для излучения возможности падать на образец или исходить из него при малом или нулевом ослаблении, обусловленном самим держателем образца.
В контексте описания лучи могут, например, являться рентгеновскими лучами (X - лучами) или ультрафиолетовыми (УФ) лучами, а соответствующие измерения могут, например, являться измерениями пропускания рентгеновского излучения, измерениями рентгеновской флуоресценции (РФ) и/или измерениями УФ флуоресценции. Аналогично, источник излучения может, например, являться источником рентгеновского излучения, а детектор излучения может, например, являться детектором рентгеновского излучения или УФ детектором. Использование детектора рентгеновского излучения позволяет измерять излучение, обладающее энергией, достаточной для более глубокого проникновения в образец и/или для прохождения сквозь него. Это делает возможными, например, томографические измерения и/или измерения излучения флуоресценции, исходящего из более глубоких (по сравнению с наружной поверхностью) слоев образца.
Предусматривается также возможность использования (если это целесообразно) лучей, относящихся к другим частям электромагнитного спектра, а также совместного использования излучения различных типов (например и рентгеновского излучения, и УФ излучения).
В одном варианте изобретения вмещающая конструкция может быть жесткой. Наличие жесткой вмещающей конструкции может способствовать удерживанию образца во время измерений зафиксированным и стабильным. Жесткая вмещающая конструкция может, например, иметь модуль Юнга, равный или превышающий 1,0.
В одном варианте вмещающая конструкция может иметь форму, соответствующую полому цилиндру. Это может быть полезным, особенно если образец является образцом керна, поскольку такие образцы обычно имеют цилиндрическую форму и могут быть позиционированы в держателе образца симметрично относительно вмещающей конструкции и внутри нее.
В одном варианте вмещающая конструкция может быть выполнена из полимерного материала, который может, например, являться пластиком или сходным материалом.
В одном варианте полимерный материал может иметь большинство атомов с атомным числом 9 или менее. Полимерные материалы, имеющие атомы с малыми атомными числами, могут способствовать ослаблению поглощения излучения держателем образца, особенно при измерениях рентгеновского излучения.
В одном варианте указанный по меньшей мере один участок может содержать отверстие, выполненное во вмещающей конструкции. Отверстие может обеспечить самое малое возможное ослабление излучения, падающего на образец или исходящего от него.
В одном варианте указанный по меньшей мере один участок может иметь уменьшенную конечную толщину. Участок с уменьшенной конечной толщиной может обеспечивать малое или нулевое ослабление излучения, в то же время уменьшая, например, риск того, что образцы в форме, например, бурового шлама или более мелкие частицы выпадут во время измерений из вмещающей конструкции через указанный участок.
В одном варианте держатель образца может быть выполнен таким образом, что во время измерений осевое направление совпадает с направлением силы тяжести. Благодаря совмещению осевого направления с направлением силы тяжести образец может дополнительно фиксироваться собственным весом и удерживаться от смещения в нежелательном направлении или нежелательным образом, например, даже если ширина или другой поперечный размер у вмещающей конструкции больше, чем у образца.
В одном варианте вмещающая конструкция может содержать множество участков, обращенных от осевого направления и способных пропускать во время измерений возбуждающее излучение, направленное на образец, и флуоресцентное излучение, исходящее от образца. За счет наличия двух или более таких участков малое или нулевое ослабление излучения может быть достигнуто в более чем одном направлениях.
В одном варианте участки в составе указанного множества участков могут образовывать упорядоченный паттерн. Паттерн может быть оптимизирован так, чтобы максимизировать или по меньшей мере улучшить эффективность некоторых положений измерения (т.е. взаимных положений образца, источника излучения и детектора излучения), например, в терминах точности и сходимости или, например, в терминах специфических свойств образца, которые также распределены в виде упорядоченного паттерна.
В одном варианте упорядоченный паттерн может являться одним из следующих паттернов: ромбическая, шестиугольная, прямоугольная, квадратная и параллелограммная решетка или упорядоченный, но не периодический квазикристаллический паттерн.
В одном варианте участки в составе указанного множества участков могут образовывать случайный паттерн. Расположение участков согласно случайному паттерну может быть полезным, например, если требуется оценить среднее значение какого - либо свойства образца и/или избежать эффектов смещения в измерениях, связанных с положениями указанных участков.
В одном варианте указанный по меньшей мере один участок может быть вытянут вдоль направления, образующего угол с плоскостью, перпендикулярной осевому направлению.
В одном варианте угол с плоскостью, перпендикулярной осевому направлению, может составлять 0°-90°, предпочтительно 0°-45°, более предпочтительно около 0°.
Согласно варианту изобретения предлагается прибор для измерения пропускания рентгеновского излучения и измерения флуоресценции образцов. В число образцов могут входить образцы керна и/или буровой шлам. Прибор может быть выполнен с возможностью установки в него держателя образца, описанного выше. Прибор может содержать источник облучения (или источник излучения), детектор пропускания рентгеновского излучения и детектор флуоресценции. Прибор может содержать также средство для вращения по меньшей мере одного из следующих компонентов: держатель образца, источник излучения, детектор пропускания рентгеновского излучения и детектор флуоресценции. В случае вращения держателя образца желательно, чтобы он вращался вокруг своего осевого направления (т.е. вокруг своей продольной оси).
В одном варианте прибор может быть выполнен таким образом, что при вращении по меньшей мере одного из следующих компонентов: держатель образца, источник излучения и детектор флуоресценции - плоскость максимальной протяженности указанного по меньшей мере одного участка держателя образца по меньшей мере в некоторый момент совпадает с плоскостью, заданной положениями источника излучения, детектора флуоресценции и указанного по меньшей мере одного участка держателя образца. Благодаря совмещению плоскости максимальной протяженности указанного по меньшей мере одного участка с указанной заданной плоскостью временное окно для измерения образца через указанный по меньшей мере один участок может быть увеличено. Это обеспечит, например, сбор большего количества данных измерений через указанный по меньшей мере один участок в процессе вращении.
В одном варианте прибор может быть выполнен таким образом, что плоскость максимальной протяженности указанного по меньшей мере одного участка держателя образца совпадает с указанной плоскостью в течение по меньшей мере одного полного оборота по меньшей мере одного из следующих компонентов: держатель образца, источник излучения и детектор флуоресценции. В результате временное окно, доступное для измерения через указанный по меньшей мере один участок, может быть увеличено еще более.
В контексте данного описания осевое направление вмещающей конструкции задается как ось, вдоль которой вмещающая конструкция имеет наибольшую протяженность. Например, если принять (только в иллюстративных целях), что вмещающая конструкция представляет собой цилиндр с длиной L и диаметром D, где L>D, осевое направление вмещающей конструкции будет ориентировано в направлении длины цилиндра. Разумеется, должно быть понятно, что вмещающая конструкция может иметь форму, отличную от цилиндра, но и в этом случае можно принять, что длина вмещающей конструкции будет, как правило, совпадать с ее осевым направлением.
В одном варианте источник излучения может быть источником рентгеновского излучения, а по меньшей мере один из детекторов флуоресценции может быть детектором рентгеновского излучения. Соответственно, измерения флуоресценции могут быть измерениями рентгеновской флуоресценции (РФ).
В одном варианте предлагается система для измерения пропускания рентгеновского излучения и флуоресценции образцов, включающих в себя образцы керна или буровой шлам. Система может содержать описанный выше держатель образца и описанный выше прибор.
В контексте изобретения каждый из детектора флуоресценции и детектора пропускания рентгеновского излучения (которые могут относиться к различным типам) адаптирован для применения по своему назначению. Предусматривается также, что детектор флуоресценции и детектор пропускания рентгеновского излучения могут быть одного типа, способного соответствовать различным назначениям в зависимости, например, от места установки (т.е. для приема флуоресцентных лучей или пропущенных лучей).
В контексте изобретения под участком понимается участок вмещающей конструкции, в котором, по сравнению с окружающей его частью вмещающей конструкции, ослабление (или рассеяние) излучения является более слабым или отсутствует. Таким участком может быть, например, отверстие во вмещающей конструкции или участок вмещающей конструкции с уменьшенной, но конечной толщиной. Таким участком может быть также участок вмещающей конструкции, выполненный из материала, отличного от материала окружающей его части вмещающей конструкции. В отношении излучения вместо термина "участок" могут использоваться один или более таких терминов, как "окно" или "отверстие", даже если он может иметь конечную толщину. Если используется рентгеновское излучение, участок может быть, например, прозрачным или создавать слабое ослабление для рентгеновских лучей, в то же время будучи непрозрачным или сильнопоглощающим, например, для видимого излучения.
Должно быть понятно, что вмещающая конструкция может быть изготовлена из двух или более различных материалов или конструктивных элементов. В одном примере вмещающая конструкция может содержать первый материал, обеспечивающий конструктивную прочность или стабильность формы, и второй материал, позволяющий возбуждающему излучению и/или флуоресцентному излучению проходить через конструкцию.
Предлагаемое изобретение охватывает все возможные комбинации признаков, включенных в формулу и упомянутых в данном описании, в том числе признаков, описанных выше, а также других признаков, которые будут описаны далее со ссылками на различные варианты. Любой вариант, раскрытый в данном описании, может быть комбинируемым с другими вариантами, также раскрытыми в данном описании, и изобретение охватывает все такие варианты.
Дополнительные задачи, решаемые различными вариантами изобретения, и преимущества этих вариантов будут описаны далее на примерах некоторых вариантов.
Краткое описание чертежей
Рассмотренные выше, а также дополнительные задачи, признаки, преимущества и применения держателя образца по изобретению, станут более понятными из нижеследующего иллюстративного и неограничивающего подробного описания вариантов изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Фиг. 1а, 1b и 1с иллюстрируют держатель образца согласно одному или более вариантам изобретения.
Фиг. 2 иллюстрирует измерительный прибор согласно одному или более вариантам изобретения.
Фиг. 3а, 3b, 3с, 3d и 3е иллюстрируют примеры держателей образца и участков согласно одному или более вариантам изобретения.
На чертежах (если не оговорено обратное) применительно к схожим элементам будут использованы схожие цифровые обозначения. Если прямо не оговорено обратное, на чертежах представлены только такие элементы, которые необходимы, чтобы проиллюстрировать соответствующие варианты, тогда как другие элементы, по соображениям наглядности, могут быть опущены или только намечены. Размеры элементов и участков, представленных на чертежах, могут быть преувеличены, чтобы более наглядно проиллюстрировать конструкции различных вариантов.
Осуществление изобретения
Далее примеры вариантов изобретения будут описаны более подробно, со ссылками на прилагаемые чертежи. На чертежах проиллюстрированы варианты, которые представляются предпочтительными. Однако изобретение может быть осуществлено во многих различных формах и не должно интерпретироваться как ограниченное рассматриваемыми далее вариантами; действительно, эти варианты представлены, чтобы обеспечить глубину и полноту описания и полностью раскрыть специалисту объем предлагаемого изобретения.
Далее, со ссылками на фиг. 1а, 1b и 1с, будет более подробно рассмотрен держатель образца для фиксации образца, в частности образца керна или бурового шлама при измерениях пропускания рентгеновского излучения или при измерениях рентгеновской флуоресценции. Хотя все описываемые далее и проиллюстрированные примеры относятся к измерениям с использованием рентгеновских лучей, предусматривается также (как было описано выше), что могут использоваться и другие лучи (например УФ лучи) и соответствующие источники и/или детекторы, по меньшей мере при измерениях флуоресценции.
Фиг. 1а иллюстрирует держатель 100 образца. Держатель 100 образца может содержать вмещающую конструкцию 110, у которой имеется осевое направление А. В данном варианте вмещающая конструкция 110 в составе держателя 100 образца выполнена в форме полого цилиндра. Однако предусматривается, что вмещающая конструкция 110 может иметь и другие формы, например форму полой трубки или трубы, например квадратной, прямоугольной, овальной, шестиугольной или какой - либо иной n - угольной трубки или трубы. Нижняя сторона держателя 100 образца герметично закрыта основанием 112, которое может быть выполнено из того же материала, что и вмещающая конструкция 110, или из другого материала. Основание 112 может быть отдельной деталью или являться частью вмещающей конструкции 110.
У вмещающей конструкции 110 имеется по меньшей мере один участок 120, обращенный от осевого направления А. В этом варианте участок 120 имеет форму прямоугольного отверстия, проходящего сквозь стенку вмещающей конструкции и приблизительно параллельного плоскости, перпендикулярной осевому направлению А. Однако предусматривается, что данный участок может иметь различные формы, причем он необязательно должен представлять собой сквозное отверстие, например, в боковой стенке вмещающей конструкции 110, а может являться участком, соответствующим конечной, но уменьшенной толщине этой стенки.
Вмещающая конструкция 110, показанная на фиг. 1а, предпочтительно является жесткой, выполненной из жесткого материала, т.е. материала с модулем Юнга, равным или превышающим 1,0, такого как жесткий полимерный материал или металл. Однако предусматривается, что вмещающая конструкция 110 может быть по меньшей мере частично гибкой и выполненной, например, из гибкого полимерного материала, такого как резина. Предусматривается также, что вмещающая конструкция 110 может быть сформирована из жестких частей, которые соединены посредством гибких связей, например, с использованием петель или аналогичных функциональных элементов, обеспечивающих получение гибкой конструкции. Согласно некоторым вариантам вмещающая конструкция 110 может быть сформирована из различных материалов или конструктивных элементов. Такие варианты могут, например, включать одну или более спиральных полос, образующих оболочку и обеспечивающих опору для участков 120, которые пропускают излучение и которые, следовательно, могут быть выполнены из материала, отличающегося от материала спиральной полосы (спиральных полос). Спиральные полосы могут, например, иметь противоположные направления навивки, чтобы обеспечить, тем самым, улучшенную жесткость на кручение. Структуры (структуру) в форме лент(ы) можно (предпочтительно) навить с шагом, при котором между смежными витками остается свободное пространство, так что это пространство может быть использовано в качестве участков 120, пропускающих излучение.
Фиг. 1b иллюстрирует держатель 100 образца, в который помещен образец, а именно образец 130 керна. Вмещающая конструкция 110 заключает в себе образец 130 и удерживает его от смещения в направлении, которое пересекает осевое направление А. Во время измерений возбуждающее излучение 140, поступающее, например, от источника рентгеновского излучения и падающее на образец, может проходить через участок 120 вмещающей конструкции 110 (который обращен от осевого направления А) без ослабления или с малым ослаблением, выходить из образца как пропущенное излучение 144 и распространяться далее, например, в направлении детектора пропускания рентгеновского излучения. Аналогично, флуоресцентное излучение 142, которое испускается образцом 130 во время измерений, также может проходить через участок 120 без ослабления или с малым ослаблением и распространяться далее, например в направлении детектора флуоресцентного рентгеновского излучения.
В некоторых вариантах большинство атомов материала, из которого изготовлена вмещающая конструкция 110, имеет атомное число, равное 9 или менее. Так, материалом может быть углерод или материалы на базе полимеров, таких как, например, полиэтилен, полипропилен, полистирол или акрилонитрилбутадиенстирол. За счет использования большинства атомов, имеющих атомное число, равное 9 или менее, может быть ослаблено взаимодействие атомов с рентгеновским излучением.
Фиг. 1с иллюстрирует держатель 101 образца с вмещающей конструкцией 111, у которой участок 121 образует сквозное отверстие в ее стенке. Подобно тому, как это было описано выше, участок 121, обращенный от осевого направления вмещающей конструкции 111 и держателя 101 образца, позволяет рентгеновскому излучению падать на образец 131, который помещен в держатель 101, т.е. заключен во вмещающую конструкцию 111.
В некоторых вариантах осевое направление А вмещающей конструкции 111 может совпадать во время измерений с направлением силы тяжести G. Это позволит эффективно использовать собственный вес образца 131, чтобы улучшить его фиксацию в требуемом положении и предотвратить его смещение в направлении, пересекающем осевое направление А. Эта ситуация имеет место также в случае, когда (как показано на фиг. 1с) вмещающая конструкция 111 имеет ширину, превышающую ширину образца 131, поскольку сила тяжести (т.е. вес) образца 131 и в этом случае обеспечит фиксацию образца 131.
Далее, со ссылками на фиг. 2, будет более подробно описан прибор (или система) для измерения пропускания рентгеновского излучения и измерения рентгеновской флуоресценции образцов, включая образцы керна или буровой шлам.
На фиг. 2 иллюстрируется прибор (или система) 200, содержащий (содержащая) держатель 100 образца, подобный описанному выше, по меньшей мере один источник 210 рентгеновского излучения, по меньшей мере один детектор 220 флуоресцентного рентгеновского излучения и по меньшей мере один детектор 222 пропускания рентгеновского излучения. Хотя они используются для различных целей, предусматривается, что детекторы 220 и 222 могут быть одного и того же типа.
В дополнение, прибор 200 может содержать средство вращения для вращения по меньшей мере одного из следующих компонентов: держатель 100 образца, источник 210 рентгеновского излучения и детекторы 220 и 222 рентгеновского излучения. В данном варианте средство вращения содержит двигатель 230, выполненный с возможностью вращения держателя 100 образца вокруг осевого направления А. Двигатель может, например, представлять собой двигатель постоянного тока, синхронный двигатель или, например, шаговый двигатель. Предусматривается, что может иметься также средство вращения для вращения источника 210 рентгеновского излучения и/или одного или обоих детекторов 220 и 222 рентгеновского излучения.
Источником 210 рентгеновского излучения может, например, являться рентгеновская трубка, радиоактивный изотоп или любой другой подходящий источник. Источник 210 рентгеновского излучения может, например, генерировать рентгеновские лучи на основе триболюминесценции.
Детектор 220 рентгеновского излучения может, например, представлять собой сцинтилляционный детектор, полупроводниковый детектор, квантовый точечный детектор или любой другой подходящий детектор.
Если используется излучение с другими длинами волн (например УФ излучение), источником излучения может быть, например, УФ лампа, светодиод или лазер, а детектором может быть, например, УФ фотодиод или аналогичный приемник.
Благодаря использованию средства вращения, излучение от источника 210 рентгеновского излучения может падать во время измерений на различные места образца, так что излучение флуоресценции, исходящее из различных мест образца, может быть принято детектором 220 рентгеновского излучения.
Аналогично, излучение, пропущенное образцом, может быть принято детектором 222 рентгеновского излучения. Тем самым обеспечивается более широкое исследование, например, концентрации химических элементов в образце, поскольку можно производить измерения для различных участков образца.
В некоторых вариантах можно вращать вокруг образца источник рентгеновского излучения 210 или один или оба детектора 220, 222 рентгеновского излучения, или все эти компоненты. Это также может обеспечить более широкое исследование образца, поскольку можно будет учесть угловую зависимость излучения, падающего на образец и/или исходящего от него.
Как это иллюстрируется фиг. 2, положения участка 120, источника 210 рентгеновского излучения и детектора 220 рентгеновского излучения задают плоскость 240. Ориентируя участок 120 таким образом, что плоскость, соответствующая его наибольшей протяженности, совпадает с плоскостью 240, можно повысить качество процесса измерения. В частности, если образец приводится во вращение средством 230 вращения, ориентирование участка 120 таким образом, что плоскость, соответствующая его наибольшей протяженности, совпадает с плоскостью 240, обеспечит излучению возможность падать на образец или исходить из него во время измерений через участок 120 в течение большего временного интервала. Рассмотрим, например, конфигурацию, когда участок 120, источник 210 рентгеновского излучения и детектор 220 рентгеновского излучения расположены таким образом, что их положения задают плоскость, которая перпендикулярна осевому направлению А. Участок 120 может быть выполнен как сквозное прямоугольное отверстие в стенке вмещающей конструкции 110, причем размеры длинных и коротких сторон этого прямоугольника составляют примерно одну четвертую и одну двенадцатую от длины наружной периферии цилиндрической вмещающей конструкции 110. Если участок 120 ориентирован и расположен таким образом, что плоскость, соответствующая его наибольшей протяженности (т.е. длинным сторонам прямоугольника), совпадает с плоскостью 240, излучение может падать на образец и исходить из него через участок 120 в течение по меньшей мере одной четвертой периода вращения держателя 100 образца, делая возможным проведение в этом временном окне определенного количества измерений. По контрасту с этим, если бы участок 120 был ориентирован таким образом, что плоскости 240 соответствовали его короткие стороны, временное окно соответствовало бы только одной двенадцатой периода полного оборота образца, позволяя провести соответственно уменьшенное количество измерений.
Например, если участок 120, источник 210 рентгеновского излучения и детектор 220 рентгеновского излучения расположены таким образом, что плоскость 240 пересекает осевое направление под углом, отличающимся от угла, близкого к 90°, следует ориентировать участок 120 таким образом, чтобы плоскость, соответствующая его наибольшей протяженности, совпала с плоскостью 240 (т.е. ориентировать участок 120 таким образом, чтобы направление его наибольшей протяженности образовало конечный угол с плоскостью, перпендикулярной осевому направлению А). В этом случае описанное временное окно все еще может быть увеличено (по меньшей мере частично), даже если держатель 100 образца вращается вокруг оси, неперпендикулярной плоскости 240. Например, если плоскость 240 пересекает осевое направление под углом 45°, ориентирование участка 120 таким образом, чтобы он был вытянут (имел протяженность) также вдоль направления, которое образует с плоскостью, перпендикулярной осевому направлению, угол 45°, может оптимизировать процесс измерений благодаря тому, что при вращении держателя 100 образца вокруг осевого направления А участок 120 по меньшей мере в некоторый момент будет согласован по положению с плоскостью 240. Если плоскость 240 пересекает осевое направление, например, под углом 90° (т.е. если плоскость 240 перпендикулярна осевому направлению А), процесс измерений может быть оптимизирован путем ориентирования участка 120 таким образом, чтобы он был параллелен плоскости, перпендикулярной осевому направлению, и образовывал угол 0° с данной плоскостью (т.е. таким образом, чтобы плоскость наибольшей протяженности участка также была перпендикулярна осевому направлению А).
В контексте описания положение участка предпочтительно может задаваться положением его центральной точки. Однако предусматривается и возможность использования других определений, например через положение угла или наружного края этого участка и т.д.
Излучение 250 от источника 210 рентгеновского излучения, попадающее на образец через участок 120, может пропускаться образцом и выходить с другой его стороны как пропущенное излучение 252. Целесообразно позиционировать детектор 222 рентгеновского излучения таким образом, чтобы обеспечивалась возможность измерения этого излучения. Источник 210 рентгеновского излучения и детектор 222 рентгеновского излучения (детектор пропускания) могут быть сконструированы таким образом, что они могут вращаться совместно или источник 210 рентгеновского излучения и детектор 222 рентгеновского излучения могут позиционироваться индивидуально, например, с использованием раздельных или общих средств вращения (например двигателей).
Далее, со ссылками на фиг. 3а, 3b, 3с, 3d и 3е, будут более подробно описаны различные примеры держателей образцов и участков согласно изобретению.
Фиг. За иллюстрирует держатель 300 образца, использующий вмещающую конструкцию 310, которая может заключать в себе образец, помещаемый в держатель 300 образца, и иметь множество участков 320. Все участки 320 обращены от осевого направления вмещающей конструкции 310 и обеспечивают во время измерений возможность падения возбуждающего излучения на образец (например от источника рентгеновского излучения) и возможность прохождения сквозь них излучения флуоресценции, испускаемого образцом. Принцип функционирования участков 320 такой же, как и у одного или более участков, уже описанных выше; однако, использование более одного участка 320 позволяет дополнительно оптимизировать процесс измерений. Например, если держатель 300 образца во время измерений вращается, многочисленные участки 320 могут способствовать увеличению суммарного временного окна, в котором можно проводить измерения через один из участков 320.
В варианте по фиг. 3а участки 320 выполнены как сквозные прямоугольные отверстия во вмещающей конструкции 310, причем участки 320 ориентированы таким образом, что плоскость их наибольшего протяжения параллельна плоскости, перпендикулярной осевому направлению вмещающей конструкции 310. Как уже было упомянуто, предусматривается, что форма таких отверстий (участков) может отличаться от прямоугольной и соответствовать, например, квадратам, кружкам, овалам, n-угольникам и т.д. и что они могут быть ориентированы под различными углами. Участки 320 образуют упорядоченный паттерн таким образом, что их центральные точки находятся в узлах прямоугольной решетки. Однако предусматривается, что участки 320 могут быть размещены также таким образом, что их центральные точки находятся на различных упорядоченных решетках, таких как ромбическая, шестиугольная, прямоугольная, квадратная или параллелограммная решетка, или образуют упорядоченный, но не периодический квазикристаллический паттерн.
Фиг. 3b иллюстрирует держатель 301 образца, использующий вмещающую конструкцию 311, которая может заключать в себе образец, помещаемый в держатель 301 образца, и иметь множество участков 321. Подобно участкам 320 на фиг. 3а, участки 321 на фиг. 3b образуют упорядоченный паттерн, соответствующий прямоугольной решетке, но в этом варианте они позиционированы таким образом, что они вытянуты (имеют наибольшую протяженность) вдоль направления, образующего угол с плоскостью, перпендикулярной осевому направлению вмещающей конструкции 311. В этом случае угол близок к 40°; однако, предусматривается, что могут использоваться и другие углы, например превышающие 0° и меньшие или равные 90°.
Фиг. 3с иллюстрирует держатель 302 образца, использующий вмещающую конструкцию 312, которая может заключать в себе образец, помещаемый в держатель 302 образца, и иметь множество участков 322. В этом варианте участки 322 также имеют прямоугольную форму, но образуют случайный паттерн таким образом, что центральные точки участков 322 не укладываются в любой конкретный упорядоченный паттерн типа представленных на фиг. 3а и 3b. Участки 322 характеризуются различными отношениями размеров их длинных и коротких сторон, а также различными значениями площадей. Использование участков 322, расположенных согласно случайному паттерну и имеющих различные размеры и формы, может быть полезным, например, если требуется измерить статистическое свойство образца. Благодаря применению случайного паттерна можно избежать эффектов смещения в результатах, обусловленных, например, упорядоченным расположением участков. Предусматривается также, что все участки 322 могут иметь одинаковый размер, но при этом образовывать случайный паттерн. Аналогично, предусматривается также вариант, в котором участки 322 имеют варьируемые размеры, но размещены согласно упорядоченному паттерну. В общем случае расположение и/или размер и форма участков 322 могут быть оптимизированы в соответствии с тем, какое свойство образца требуется измерить.
В общем случае предусматривается, что не все участки, принадлежащие вмещающей конструкции, могут иметь одинаковые размеры и/или форму. Например, может предусматриваться, что некоторые из множества участков являются квадратными, тогда как другие являются овальными или круглыми, и/или что некоторые из множества участков меньше, чем другие участки.
Фиг. 3d иллюстрирует держатель 303 образца, использующий вмещающую конструкцию 313, сформированную в виде проволочной сетки, участки 323 которой почти полностью покрывают поверхность вмещающей конструкции 313. В этом варианте вмещающая конструкция 313 может быть выполнена, например, из металла. Поскольку участки 313 покрывают основную часть вмещающей конструкции 313, материальные свойства вмещающей конструкции 313, такие как атомные числа атомов, входящих в состав материала, могут быть не так важны и оказывать меньшее влияние на поглощение излучения.
Чтобы обеспечить возможность измерений не только образцов керна, но также бурового шлама, предусматривается, что вмещающая конструкция 313 может быть дополнена тонким слоем, например, бумаги или пластика, чтобы предотвратить выход образца или его частиц через участки 323. Такой слой может являться частью самой вмещающей конструкции 313 или добавляться к ней в качестве отдельного компонента.
Фиг. 3е иллюстрирует держатель 304 образца, использующий вмещающую конструкцию 314, которая выполнена в форме полой прямоугольной трубы. У вмещающей конструкции 314 имеется множество участков 324. В данном варианте участки 324 представляют собой не отверстия в стенках вмещающего участка 324, а зоны, имеющие уменьшенную, но конечную толщину. Например, толщина стенок вмещающей конструкции 314 между участками 324 может составлять 2 мм, тогда как сами участки 324 могут иметь, например, толщину 1 мм или менее. Благодаря использованию, вместо отверстий, участков 324 с уменьшенной, но конечной толщиной держатель 304 образца может удерживать также образцы в форме мелких бурового шлама или даже порошка, обеспечивая, тем не менее, излучению возможность проходить через участки 324 при отсутствии ослабления или при слабом поглощении или взаимодействии. В других вариантах участки 324 могут иметь ту же толщину, что и остальная часть вмещающей конструкции 314, но при этом быть выполненными из материала с меньшим или нулевым ослаблением проходящих сквозь него лучей (в частности рентгеновских лучей).
Рассмотренный держатель образца предпочтительно сформирован таким образом, что он может удерживать образец керна, имеющий диаметр примерно 20-100 мм. При этом внутренний размер (т.е. диаметр, ширина или эффективный диаметр) вмещающей конструкции держателя образца предпочтительно слегка превышает наружный размер образца керна. Однако, как было пояснено выше, держатель образца может иметь и более крупный внутренний размер и, тем не менее, правильно фиксировать, например, образец керна. Что касается длины рассмотренного держателя образца (например, его вмещающей конструкции), она предпочтительно находится в интервале от 10 до 300 см; однако, предусматривается, что держатель образца может иметь длину, которая меньше или больше указанных значений.
Использование держателя образца согласно описанному изобретению позволяет обеспечить фиксацию образца в держателе во время измерений и предотвратить его смещение. При этом держатель образца согласно описанному изобретению обеспечивает излучению возможность доходить до образца во время измерений и выходить из него при ослаблении излучения, достаточно низком, чтобы сохранялась возможность реализовать соответственно возбуждение и детектирование. Таким образом, держатель образца и прибор согласно изобретению способны обеспечить улучшенный вариант выполнения рентгеновских измерений, таких как измерения пропускания рентгеновского излучения и измерения рентгеновской флуоресценции, на образцах керна и/или буровом шламе.
Специалисту в соответствующей области будет понятно, что описанное изобретение ни в коей мере не ограничено описанными вариантами. Напротив, в пределах объема прилагаемой формулы изобретения возможны многие модификации и усовершенствования.
Хотя признаки и компоненты изобретения были описаны в конкретных сочетаниях, каждый признак или компонент можно использовать отдельно, без других признаков и компонентов или в различных сочетаниях с другими признаками и компонентами или без них.
При этом модификации описанных вариантов могут быть поняты и реализованы специалистом при осуществлении заявленного изобретения в результате изучения чертежей, описания и прилагаемой формулы. В формуле слово "содержащий" не исключает наличия других элементов, а использование единственного числа не исключает присутствия других аналогичных объектов. Тот факт, что некоторые признаки включены в различные зависимые пункты формулы, не свидетельствует о невозможности эффективного использования комбинации этих признаков.
1. Держатель образца для фиксации образца, включающего в себя образец керна или буровой шлам, при измерениях пропускания рентгеновского излучения и измерениях флуоресценции, содержащий вмещающую конструкцию, имеющую продольное направление и выполненную с возможностью, во время измерения, по меньшей мере частично заключать в себе образец и ограничивать его перемещение в направлении, пересекающем продольное направление, при этом указанная вмещающая конструкция содержит по меньшей мере один участок, обращенный от продольного направления и выполненный с возможностью, во время измерения, пропускать возбуждающее излучение, направленное на образец, и флуоресцентное излучение, исходящее от образца, причем указанный по меньшей мере один участок содержит по меньшей мере одно сквозное отверстие во вмещающей конструкции.
2. Держатель образца по п. 1, в котором вмещающая конструкция является жесткой.
3. Держатель образца по п. 1, в котором вмещающая конструкция имеет форму, соответствующую полому цилиндру.
4. Держатель образца по п. 1, в котором по меньшей мере часть вмещающей конструкции выполнена из полимерного материала.
5. Держатель образца по п. 4, в котором большинство атомов в указанном полимерном материале имеет атомное число 9 или менее.
6. Держатель образца по п. 1, который выполнен таким образом, что, во время измерения, продольное направление совпадает с направлением силы тяжести.
7. Держатель образца по п. 1, в котором вмещающая конструкция содержит множество участков, обращенных от продольного направления и выполненных с возможностью пропускать, во время измерения, возбуждающее излучение, направленное на образец, и флуоресцентное излучение, исходящее от образца.
8. Держатель образца по п. 7, в котором участки в составе указанного множества участков образуют упорядоченный паттерн.
9. Держатель образца по п. 1, в котором указанный по меньшей мере один участок вытянут вдоль направления, образующего угол с плоскостью, перпендикулярной продольному направлению.
10. Держатель образца по п. 9, в котором указанный угол составляет 0°-90°, предпочтительно 0-45°, более предпочтительно 0°.
11. Прибор для измерения пропускания рентгеновского излучения и измерения флуоресценции образцов, включающих в себя образцы керна или буровой шлам, выполненный с возможностью установки в него держателя образца согласно п. 1 и содержащий: источник излучения, детектор пропускания рентгеновского излучения, детектор флуоресценции и средство вращения для вращения по меньшей мере одного из следующих компонентов: держатель образца, источник рентгеновского излучения, детектор пропускания рентгеновского излучения и детектор флуоресценции.
12. Прибор по п. 11, дополнительно выполненный таким образом, чтобы при вращении по меньшей мере одного из следующих компонентов: держатель образца, источник излучения и детектор флуоресценции, - плоскость максимальной протяженности указанного по меньшей мере одного участка держателя образца по меньшей мере в некоторый момент времени совпадала с плоскостью, заданной положениями источника излучения, детектора флуоресценции и указанного по меньшей мере одного участка держателя образца.
13. Прибор по п. 12, дополнительно выполненный таким образом, чтобы плоскость максимальной протяженности указанного по меньшей мере одного участка совпадала с указанной плоскостью в течение по меньшей мере одного полного оборота по меньшей мере одного из следующих компонентов: держатель образца, источник излучения и детектор флуоресценции.
14. Прибор по п. 11, в котором источник излучения является рентгеновским источником, а по меньшей мере один детектор флуоресценции является детектором рентгеновского излучения.
15. Система для измерения пропускания рентгеновского излучения и измерения флуоресценции образцов, включающих в себя образцы керна или буровой шлам, содержащая держатель образца согласно п. 1 и прибор согласно п. 11.
