Работа ионизационных камер

Ионизационная камера работает в области насыщения, т.е. без газового усиления.

Разность потенциалов, приложенная к камере, заставляет ионы двигаться к электродам и собираться на них. При этом изменяется потенциал электродов, появляется импульс напряжения:

DU = q/C, (2.12)

где q – количество электричества, Кл;

С – емкость, Ф.

Чем меньше емкость камеры и подводящих проводов С, тем больше импульс напряжения, DU.

Ионизационные камеры в зависимости от назначения можно разделить на две группы:

1) импульсные или счетно-ионизационные – для регистрации числа импульсов;

2) интегрирующие – для измерения суммарной ионизации.

Основное различие между импульсными и интегрирующими ионизационными камерами состоит в разном значении постоянной времени RС-контура, в состав которого входят камера и радиометрическое устройство.

В принципе, одна и та же камера может выполнять обе функции, в зависимости от постоянной схемы RC.

Если в некоторый момент разность потенциала собирающего электрода относительно нормального его значения достигла максимума DU_o, то через время t эта разность потенциалов определяется уравнением:

DU = DU₀×. (2.13)

Пусть DU =, тогда ; e^‒1 = ; .

t=RC. (2.14)

Таким образом, постоянная RC cхемы соответствует времени, за которое амплитуда импульса напряжения уменьшается в e раз. В импульсных камерах RC мало, оно выбирается обычно больше времени собирания электронов и меньше или равным времени собирания ионов. При емкости камеры и подводящих проводов С = 10^-11 фарады сопротивление выбирается в пределах 10⁷–10⁸ Ом, тогда RC =10^-4-10^-3сек. Амплитуда и форма импульса зависят от наполняющего газа и от RC.

t₁ – время собирания электронов (порядка 10^‒5 –10^‒6 с);

t₃ – время собирания ионов (на 2 порядка больше 10^‒3).

,

где S – расстояние между электродами (см);

E – напряженность электрического поля, В/см;

K^‒+ – подвижность отрицательных или положительных ионов, см²/В·с.

Если камера заполнена аргоном, то:

t₁== 2,5×10^‒5 с;

500 – подвижность K^‒ отрицательных ионов в аргоне.

Время собирания отрицательных ионов:

t₃ = = 2,67×10^‒3 с.

Если RC~10^‒3 с, то R = 10^‒3/10^‒11 = 10⁸ Ом.

При собирании электронов импульс круче (восходящая ветвь). При собирании электронов можно обходиться минимальным значением RC. Амплитуда импульса больше при минимальном С Dq = U×C (например, a- частица с энергией 4,18 МэВ образует 4,18×10⁶/ 35 = 120.000 пар ионов, таким образом суммарный заряд q = N×e = 120.000×1,6×10^‒19 = 1,9×10^‒19 кулона. Если емкость камеры 20 пикофарад, то:

DU == 1×10^‒3 В.

Для получения на выходе импульса в 100 в необходимо усиление в 10⁵ раз. Для усиления импульса такой экспоненциальной формы без искажения необходима полоса пропускания от 40–50 до 30000–40000 Гц т.е. необходим широкополосный усилитель).

Чем больше R, тем больше амплитуда (меньше заряда стечет во времени собирания ионов), но импульс получается более длительным (пологим).

В интегрирующих камерах применяют большое сопротивление R = 10¹⁵ Ом, следовательно, RC @ 10⁴ c. Время восстановления больше, и камера суммирует ионизацию от отдельных импульсов. В этом случае измеряют изменение потенциала электрода через определенные интервалы времени.

В импульсных камерах величина импульсов пропорциональна величине ионизации, создаваемой первичной частицей. В интегрирующих камерах мы не можем сказать, каким числом частиц и какими видами частиц произведена данная ионизация, не прибегая к вспомогательным измерениям.

Ионизационными камерами можно измерить отношение или разность двух ионизационных токов. Такие камеры называются дифференциальными. Дифференциальная камера состоит из двух ионизационных камер с общим собирающим (центральным) электродом.

2.1.7 Классификация конструкций ионизационных камер:

1) по режиму работы: импульсная и интегрирующая;

2) по виду собираемых отрицательных ионов;

3) по форме электродов: плоские и цилиндрические;

4) по способу наполнения газом:

а) закрытые, наполняемые 1 раз при изготовлении и герметически запаянные;

б) тупиковые, имеющие 1 вход для газа и заполняемые каждый раз перед измерениями;

в) проточные, имеющие вход и выход для газа на противоположных концах камеры;

5) по роду регистрируемого излучения (по назначению).

По конструктивному оформлению ионизационные камеры можно разделить на три класса:

1 Камеры с внутренним расположением источника. Ионизация в измерительном объеме этих камер возникает за счет частиц от источника, расположенного внутри самой камеры.

2 Камеры стеночные. Ионизация в этом случае производится в основном частицами, выбитыми из стенок камеры, возникающими в измерительном объеме. Малые стеночные камеры называют наперстковыми. Их применяют для измерения ионизации от g-, b- и нейтронных потоков.

3 Камеры диафрагмовые или нормальные. В них ионизация создается не только частицами, образующимися в измерительном объеме, но и частицами, поступающими в измерительную среду из окружающего газа. Они называются камерами со свободным газом. Они служат для абсолютных измерений дозы рентгеновского и g-излучений в рентгенах.

Из разнообразных форм стеночных камер наиболее часто встречаются цилиндрические камеры (рис. 2.8), которые применяются для измерения g- излучения.

Цилиндрическая ионизационная камера состоит из основного цилиндрического электрода 1 и центрального электрода 2, закрепленного на изоляторах 3 и 5 по оси цилиндра. Центральный электрод является собирающим; на него подается высокое напряжение со знаком плюс, а цилиндрический электрод заземляется.

Цилиндрический электрод, являющийся стенками ионизационной камеры, выполняется из воздухоэквивалентного материала (бакелит, плексиглас и т.п.), чтобы избежать хода с жесткостью (ходом с жесткостью ионизационной камеры называют зависимость ее чувствительности i_нас/P – отношение тока насыщения к мощности дозы в воздухе от энергии g-квантов); центральный электрод – из токопроводящего материала. Изоляторы выполняются из материалов с большим электрическим сопротивлением (изолятор 5 –из янтаря, полистирола, изолятор 3 ‒ из текстолита, гетинакса). Для устранения тoкa утечки между электродами применяют охранные кольца 4. Высокую разность потенциалов создают между охранным кольцом 4 и цилиндрическим электродом 1. Разность потенциалов между охранным кольцом 4 и электродом 2, соединенным с измерительным прибором 6, очень мала, и большая часть тока утечки уходит мимо прибора.

Нормальные ионизационные камеры бывают плоские и цилиндрические. Рассмотрим схему цилиндрической камеры.

Рассмотрим схему цилиндрической камеры (Рис. 2.9).

Нормальная камера состоит из двух защитных электродов 1 и 2, измерительного электрода 3, корпуса 4, входной 5 и выходной 6 диафрагм. Защитные электроды предназначены для обеспечения равномерности электрического поля в измерительном объеме V и для отвода вторичных электронов, выбитых из стенок входной и выходной диафрагм, чтобы они не были источниками дополнительной ионизации в измерительном объеме. Корпус камеры выполнен из латуни, снаружи обшит свинцом, изнутри ‒ алюминием. Диафрагмы изготавливают из платины. Отверстие диафрагмы закрыто тонким целлулоидом для предотвращения попадания посторонних частиц внутрь объема камеры.

Пучок ионизирующего излучения направляется по оси камеры. Измерительный объем камеры определяется сечением входной диафрагмы и длиной измерительного электрода.

Зная объем, в котором поглощается первичное излучение, и величину ионизационного тока, можно определить абсолютное значение экспозиционной дозы.

Нормальные ионизационные камеры применяются для градуировки стеночных ионизационных камер.

Рассмотрим особенности ионизационных камер, предназначенных для регистрации различных видов излучения (по назначению).

Дата добавления: 2014-01-14