Іонізаційні камери

Єлькін Валентин, 36 група'

Іонізаційна камера

.

Іонізаційна камера
по своїй суті є повітряним або газовим електричним конденсатором, до електродів якого прикладена різниця потенціалів.
При попаданні іонізуючих часток в простір між електродами там утворюються електрони та іони газу, які, переміщаючись в електричному полі,
створюють електричний струм, пропорційний до швидкості виникнення зарядів і, відповідно, й потужності дози опромінення, що фіксується апаратурою реєстрації[2].
Характерною особливістю іонізаційної камери, на відміну від інших газонаповнених давачів, є порівняно мала напруженість електричного поля в газовому проміжку,
таким чином струм не залежить від напруги на електродах і дорівнює добутку заряду електрона на число пар іонів.

Історична довідка

Ка́мера Ві́льсона — детектор треків швидких заряджених частинок, в якому використовується здатність іонів виконувати роль зародків водяних крапель у переохолодженій перенасиченій парі.

Для створення переохолодженої пари використовується швидке адіабатичне розширення, що супроводжується різким пониженням температури.

Швидка заряджена частинка, рухаючись крізь хмару перенасиченої пари, йонізує її. Процес конденсації пари відбувається швидше у місцях утворення йонів. Як наслідок, там, де пролетіла заряджена частинка, утворюється слід із крапельок води, який можна сфотографувати.

Камери Вільсона зазвичай поміщають у магнітне поле, в якому траєкторії заряджених частинок викривляються. Визначення радіусу кривизни траєкторії дозволяє визначити відношення питомого електричного заряду частинки, а, отже, ідентифікувати її.

Камеру винайшов у 1911 році шотландський фізик Чарльз Вільсон. За винахід камери Вільсон отримав Нобелівську премію з фізики 1927 року. У 1948 за вдосконалення камери Вільсона і проведені з нею дослідження Нобелівську премію отримав Патрік Блекетт.

Технічні характеристики іонізаційної камери AEC Sensor

Камери AEC Sensor
Азон енергії/напруга на трубці	(40 ... 150) кВ
Діапазон інтенсивності дози	(0,5 ... 1000) мкГр/с
Діапазон дози опромінення1)	(1 ... 100) мкГр
Роздільна здатність (можна вибирати)	0,025 мкГр
Діапазон часу опромінення1)	1 мс ... 10 с
Відмінність у чутливості між полями детектора	< 5%
Коефіцієнт ослаблення1)	< 1,04
Алюмінієвий еквівалент	< 0,75 mm Al
Напруга живлення (позитивна і негативна)	±(11,5 ... 16)V DC
Цифровий вихід (RS 422), тривалість імпульсу	2 мкс
Модуль для лінійної зміни напруги	0 ... 10 В

Сфера застосування

Іонізаційні камери дозволяють вимірювати не тільки альфа-, бета- або гамма-випромінювання, але й нейтронне випромінювання, що досить важко, так як нейтрони не несуть заряду і їх проходження через газовий об'єм камери не приводить до іонізації газу, яку можна було б виміряти.

Для вимірювання потоку нейтронів камеру розділяють на дві однакових частини. У першій половині вимірюють фонову іонізацію газу від альфа-, бета- чи гамма-випромінювання, у другій частині камери на стінки наносять бор-10 (для іонізаційних камер, що вимірюють великі потоки нейтронів в ядерних реакторах) або уран-235 (для камер, що вимірюють малі потоки нейтронів). При захопленні нейтрона ядром урану-235 відбувається вимушений поділ ядра і додаткова іонізація газу в об'ємі камери осколками поділу. Бор-10 при захопленні нейтрона розпадається на ядро літію-7 і альфа-частку. Різниця в іонізації обох об'ємів камери є пропорційною до потоку нейтронів. Варіант іонізаційної камери з ураном-235 (чи іншим ізотопом, що зазнає поділу ядра) на електродах називається камерою поділу. Іноді камеру заповнюють газоподібною сполукою 10BF3 — трифторидом бору-10, що дозволяє покращити ефективність реєстрації осколків.

При вимірюванні потоків нейтронів іонізаційні камери можуть працювати в трьох режимах:

імпульсному — при вимірюванні малих потоків нейтронів; струмовому — при вимірюванні великих потоків нейтронів; флуктуаційному — середнє між імпульсним і струмовим режимами. Використовується на АЕС в апаратурі контролю нейтронного потоку (АКНП) для вимірювання нейтронної потужності реактора.

Класифікація

Струмові іонізаційні камери[ред. • ред. код] У струмових (інтегруючих) іонізаційних камерах гальванометром вимірюється сила струму, що створюється електронами й іонами. Залежність струму від напруги (вольтамперна характеристика) іонізаційної камери — має горизонтальну ділянку, де струм не залежить від напруги (струм насичення). Це відповідає повному збиранню на електродах іонізаційної камери усіх електронів та іонів, що утворилися. Ця ділянка зазвичай є робочою областю іонізаційної камери. Струмові іонізаційні камери дають інформацію про загальну інтегральну кількість іонів, що утворилися за одиницю часу. Вони зазвичай використовуються для вимірювання інтенсивності випромінювань і для дозиметричних вимірювань. Оскільки іонізаційні струми в іонізаційних камерах зазвичай малі (10−10…10−15А), то вони підсилюються за допомогою підсилювачів постійного струму.

Імпульсні іонізаційні камери[ред. • ред. код] В імпульсних іонізаційних камерах реєструються і вимірюються імпульси напруги, яка виникає на резисторі при протіканні по ньому іонізаційного струму, викликаного проходженням кожної частки. Амплітуда і тривалість імпульсів залежать від величини опору, а також від ємності. Для імпульсної іонізаційної, що працює в області струму насичення, амплітуда імпульсу пропорційна енергії, втраченою часткою в об'ємі іонізаційної камери. Зазвичай об'єктом дослідження для імпульсних іонізаційних камер є сильно іонізуючі з коротким шляхом пробігу частки, які здатні повністю загальмуватися в міжелектродному просторі (α-частки, осколки ядер при поділі). В цьому випадку величина імпульсу іонізаційної камери є пропорційною повній енергії частки і розподіл імпульсів за амплітудами відтворює розподіл часток за енергіями, тобто дає енергетичний спектр часток. Важливою характеристикою імпульсної іонізаційної камери є її роздільна здатність, тобто точність вимірювання енергії окремої частки. Для α-часток з енергією 5 МеВ роздільна здатність досягає 0,5%.

Фото, відео-матеріали

Уран в камері Вільсона

Список використаних джерел

Абрамов А. И., Казанский Ю. А., Матусевич Е. С. Основы экспериментальных методов ядерной физики. М.: Атомиздат, 1977. — 528 с. Иванов В. И. Курс дозиметрии: Учебник для вузов. — М.: Энергоатомиздат, 1988. — 400 с. — ISBN — 5-283-02968-9 Сидоренко В. В., Кузнецов Ю. А., Оводенко А. А. Детекторы ионизирующих излучений на судах: Справочник. — Л.: Судостроение, 1984. — 240 с. І.М.Кучерук, І.Т.Горбачук, П.П.Луцик (2006). Загальний курс фізики: Навчальний посібник у 3-х т. Київ: Техніка.