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.

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.

Варіанти конструкцій

Варіюючи форму електродів іонізаційної камери, склад і тиск газу, що наповнює її, забезпечують найкращі умови для реєстрації певного виду випромінювання. В іонізаційних камерах для дослідження часток з коротким пробігом джерело поміщають усередині камери або в корпусі роблять тонкі вхідні віконця із слюди або синтетичних матеріалів. У іонізаційних камер для дослідження гамма-випромінювань іонізація обумовлена вторинними електронами, вибитими з атомів газу або стінок іонізаційної камери. Чим більшим є об'єм іонізаційної камери, тим більше іонів утворюють вторинні електрони. Тому для вимірювання γ-випромінювання малої інтенсивності застосовують іонізаційні камери великого об'єму (декілька літрів і більше).

Класифікація

Струмові іонізаційні камери
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
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%.

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.
Іонізаційна камера