Войти
Ионизационная камера является самым простым из всех газонаполненных детекторов излучения и широко используется для обнаружения и измерение некоторых типов ионизирующего излучения ; рентгеновские лучи, гамма-лучи и бета-частицы. Обычно термин «ионизационная камера» используется исключительно для описания тех детекторов, которые собирают все заряды, создаваемые прямой ионизацией в газе посредством приложения электрического поля. Он использует только дискретные заряды, создаваемые каждым взаимодействием между падающим излучением и газом, и не задействует механизмы умножения газа, используемые другими радиационными приборами, такими как счетчик Гейгера или пропорциональный счетчик ..
Ионные камеры имеют хороший однородный отклик на излучение в широком диапазоне энергий и являются предпочтительным средством измерения высоких уровней гамма-излучения. Они широко используются в атомной энергетике, исследовательских лабораториях, радиографии, радиобиологии и мониторинге окружающей среды.
Принципиальная схема ионной камеры с параллельными пластинами, показывающая создание ионных пар и дрейф ионов под действием электрического поля. Электроны обычно дрейфуют в 1000 раз быстрее, чем положительные ионы из-за их меньшей массы. 
График зависимости ионного тока от напряжения для детектора газового излучения с проволочным цилиндром. В ионной камере используется самая нижняя доступная область обнаружения. Ионизационная камера измеряет заряд по числу ионных пар, созданных в газе в результате падающего излучения. Он состоит из газонаполненной камеры с двумя электродами ; известные как анод и катод. Электроды могут быть в форме параллельных пластин (ионизационные камеры с параллельными пластинами: PPIC) или цилиндрической формы с коаксиально расположенным внутренним анодным проводом.
Между электродами прикладывается потенциал напряжения для создания электрического поля в наполняющем газе. Когда газ между электродами ионизируется падающим ионизирующим излучением, создаются ионные пары, и образующиеся положительные ионы и диссоциированные электроны перемещаются к электродам противоположной полярности Под действием электрического поля. Это генерирует ионизационный ток, который измеряется схемой электрометра . Электрометр должен быть способен измерять очень небольшой выходной ток, который находится в диапазоне от фемтоампер до пикоампер, в зависимости от конструкции камеры, дозы облучения и приложенного напряжения.
Каждая созданная ионная пара откладывает или удаляет небольшой электрический заряд с электрода или с электрода, так что накопленный заряд пропорционален количеству созданных ионных пар и, следовательно, дозе излучения. Это непрерывное генерирование заряда вызывает ионизационный ток, который является мерой общей ионизирующей дозы, поступающей в камеру.
Электрическое поле достаточно сильное, чтобы устройство могло работать непрерывно, уничтожая все ионные пары, предотвращая рекомбинацию ионных пар, которая уменьшала бы ионный ток. Этот режим работы называется «текущим», что означает, что выходной сигнал представляет собой непрерывный ток, а не импульсный выход, как в случае с трубкой Гейгера – Мюллера или пропорциональным счетчиком. Поскольку количество образованных ионных пар пропорционально энергии падающего излучения, этот непрерывно измеряемый ток пропорционален мощности дозы (энергия, выделяемая в единицу времени) в ионизационной камере.
Обращаясь к прилагаемому графику сбора ионной пары, можно увидеть, что в рабочей области ионной камеры заряд собранной ионной пары фактически постоянен в диапазоне приложенного напряжения, поскольку из-за ее относительно низкого электрического Напряженность поля ионной камеры не оказывает никакого эффекта размножения. В этом заключается отличие от трубки Гейгера – Мюллера или пропорционального счетчика, посредством которого вторичные электроны и, в конечном итоге, множественные лавины значительно усиливают первоначальный заряд ионного тока.
Обычно используются следующие типы камер.
Это камера, свободно открытая в атмосферу, где наполняющим газом является окружающий воздух. Домашний детектор дыма является хорошим примером этого, где необходим естественный поток воздуха через камеру, так что частицы дыма могут быть обнаружены по изменению ионного тока. Другими примерами являются приложения, в которых ионы создаются вне камеры, но переносятся принудительным потоком воздуха или газа.
Эти камеры обычно имеют цилиндрическую форму и работают при атмосферном давлении, но для предотвращения попадания влаги используется фильтр, содержащий осушитель установлен в вентиляционной линии. Это сделано для предотвращения накопления влаги внутри камеры, которая в противном случае была бы введена «насосным» эффектом изменения атмосферного давления воздуха. Эти камеры имеют цилиндрический корпус из алюминия или пластика толщиной несколько миллиметров. Материал выбирается так, чтобы его атомный номер был аналогичен номеру воздуха, так что стенка считается «воздушным эквивалентом» в диапазоне энергий пучка излучения. Это обеспечивает эффект того, что газ в камере действует так, как если бы он был частью бесконечно большого объема газа, и повышает точность за счет уменьшения взаимодействия гамма-излучения с материалом стенок. Чем выше атомный номер материала стенки, тем больше вероятность взаимодействия. Толщина стенки - это компромисс между сохранением воздушного эффекта при более толстой стене и повышением чувствительности за счет использования более тонкой стенки. Эти камеры часто имеют торцевое окно, сделанное из достаточно тонкого материала, такого как майлар, чтобы бета-частицы могли проникать в объем газа. Гамма-излучение проникает как через торцевое окно, так и через боковые стенки. Для ручных инструментов толщина стенок сделана как можно более однородной, чтобы уменьшить направленность фотонов, хотя любой отклик бета-окна, очевидно, является сильно направленным. Вентилируемые камеры чувствительны к небольшим изменениям эффективности из-за давления воздуха, и для очень точных измерений могут применяться поправочные коэффициенты.
По конструкции они похожи на вентилируемую камеру, но герметичны и работают при атмосферном давлении или около него. Они содержат специальный наполняющий газ для повышения эффективности обнаружения, поскольку свободные электроны легко захватываются в заполненных воздухом вентилируемых камерах нейтральным кислородом, который электроотрицателен, с образованием отрицательных ионов. Эти камеры также имеют то преимущество, что не требуют вентиляции и осушителя. Окно на бета-конце ограничивает допустимый перепад давления от атмосферного, и обычно используются нержавеющая сталь или титан с типичной толщиной 25 мкм.
Эффективность камера может быть дополнительно увеличена за счет использования газа высокого давления. Обычно можно использовать давление 8-10 атмосфер и использовать различные благородные газы. Более высокое давление приводит к большей плотности газа и, следовательно, к большей вероятности столкновения с наполняющим газом и созданию ионной пары падающим излучением. Из-за увеличенной толщины стенок, необходимой для выдерживания этого высокого давления, может быть обнаружено только гамма-излучение. Эти детекторы используются в измерительных приборах и для мониторинга окружающей среды.
Чаще всего для измерений лучевой терапии используется цилиндрическая или «наперсточная» камера. Активный объем размещен внутри полости в форме наперстка с внутренней проводящей поверхностью (катодом) и центральным анодом. Напряжение смещения, приложенное к резонатору, собирает ионы и создает ток, который можно измерить электрометром.
Камеры с параллельными пластинами имеют форму небольшого диска с круглыми собирающими электродами, разделенными небольшим зазором, обычно 2 мм или меньше. Верхний диск очень тонкий, что позволяет проводить гораздо более точные измерения приповерхностной дозы, чем это возможно с цилиндрической камерой.
Контрольные камеры обычно представляют собой ионные камеры с параллельными пластинами, которые помещаются в пучки излучения для непрерывного измерения интенсивности пучка. Например, в головке линейных ускорителей, используемых для лучевой терапии, многорезонаторные ионизационные камеры могут измерять интенсивность луча излучения в нескольких различных областях, обеспечивая информацию о симметрии и плоскостности луча.
Ионизационная камера, изготовленная Пьером Кюри, c 1895-1900 гг. Ранние версии ионной камеры использовались Мари и Пьером Кюри в своей оригинальной работе по изоляции радиоактивных материалов. С тех пор ионная камера стала широко используемым инструментом в лаборатории для исследовательских и калибровочных целей. Для этого были разработаны и использованы самые разные формы камер, в некоторых из которых в качестве ионизированной среды используются жидкости. Ионные камеры используются национальными лабораториями для калибровки первичных эталонов, а также для передачи этих эталонов в другие калибровочные центры.
В камере конденсатора есть вторичная полость внутри штанги, которая действует как конденсатор. Когда этот конденсатор полностью заряжен, любая ионизация внутри гильзы противодействует этому заряду, и изменение заряда можно измерить. Они применимы только для пучков с энергией 2 МэВ или меньше, а высокая утечка через стержень делает их непригодными для точной дозиметрии.
Конструкция аналогична камере с параллельными пластинами, верхняя пластина камеры экстраполяции может быть опущена с помощью микрометрических винтов. Измерения можно проводить с различным расстоянием между пластинами и экстраполировать на нулевое расстояние между пластинами, то есть дозу без камеры.
Используемый портативный измеритель с ионной камерой со встроенной камерой 
Вид скользящего бета-экрана на встроенном портативном приборе Ионные камеры широко распространены используется в переносных измерителях радиационной разведки для измерения бета- и гамма-излучения. Они особенно предпочтительны для измерений высокой мощности дозы и для гамма-излучения, они дают хорошую точность для энергий выше 50-100 кэВ.
Есть две основные конфигурации; «интегральный» блок с камерой и электроникой в одном корпусе, и «состоящий из двух частей» прибор, который имеет отдельный зонд с ионной камерой, прикрепленный к электронному модулю гибким кабелем.
Камера встроенного прибора обычно находится в передней части корпуса, обращенной вниз, а для бета / гамма-приборов есть окно в нижней части корпуса. Обычно он имеет скользящий экран, который позволяет различать гамма- и бета-излучение. Оператор закрывает экран, чтобы исключить бета-излучение, и таким образом может рассчитать уровень каждого типа излучения.
Некоторые ручные инструменты генерируют звуковые щелчки, аналогичные тем, которые производятся счетчиком G-M, чтобы помочь операторам, которые используют звуковую обратную связь при обследовании радиации и проверках загрязнения. Поскольку ионная камера работает в токовом режиме, а не в импульсном, это синтезируется из мощности излучения.
Для промышленных измерений и блокировок с устойчиво высокими уровнями излучения ионная камера является предпочтительным детектором. В этих приложениях только камера расположена в области измерения, а электроника расположена удаленно, чтобы защитить их от излучения, и соединена кабелем. Установленные приборы можно использовать для измерения гамма-излучения окружающей среды для защиты персонала и, как правило, подавать сигнал тревоги при превышении заданного значения, хотя трубчатый прибор Гейгера – Мюллера обычно предпочтителен там, где не требуется высокий уровень точности.
Влага является основной проблемой, влияющей на точность ионных камер. Внутренний объем камеры должен быть полностью сухим, и вентилируемый тип использует осушитель, чтобы помочь в этом. Из-за очень малых генерируемых токов любой паразитный ток утечки должен быть сведен к минимуму, чтобы сохранить точность. Невидимая гигроскопическая влага на поверхности кабельных диэлектриков и разъемов может быть достаточной, чтобы вызвать ток утечки, который поглотит любой ионный ток, индуцированный излучением. Это требует тщательной очистки камеры, ее выводов и кабелей и последующей сушки в печи. «Защитные кольца» обычно используются в качестве конструктивного элемента на трубках высокого напряжения для уменьшения утечки через или вдоль поверхности изоляторов трубных соединений, для которых может потребоваться сопротивление порядка 10 Ом.
Для промышленного применения с В удаленной электронике ионная камера размещена в отдельном корпусе, который обеспечивает механическую защиту и содержит влагопоглотитель для удаления влаги, которая может повлиять на сопротивление оконечной нагрузки.
В установках, где камера находится на большом расстоянии от измерительной электроники, на показания может влиять внешнее электромагнитное излучение, воздействующее на кабель. Для преодоления этого часто используется модуль локального преобразователя для преобразования очень низких токов ионной камеры в последовательность импульсов или сигнал данных, связанный с падающим излучением. Они невосприимчивы к электромагнитным воздействиям.
Ионизационные камеры широко используются в атомной промышленности, поскольку они обеспечивают выходную мощность, пропорциональную дозе облучения. их использование в ситуациях, когда измеряется постоянная высокая мощность дозы, поскольку они имеют больший срок службы, чем стандартные трубки Гейгера – Мюллера, которые страдают от газового пробоя и обычно ограничены сроком службы около 10 событий счета. Кроме того, трубка Гейгера – Мюллера не может работать со скоростью выше 10 отсчетов в секунду из-за эффектов мертвого времени, тогда как для ионной камеры нет аналогичных ограничений.
Ионизационная камера нашла широкое и полезное применение в детекторах дыма. В дымовом извещателе ионизационного типа окружающий воздух может беспрепятственно попадать в ионизационную камеру. Камера содержит небольшое количество америция-241, который является эмиттером альфа-частиц, которые производят постоянный ионный ток. Если дым попадает в детектор, он прерывает этот ток, поскольку ионы ударяются о частицы дыма и нейтрализуются. Это падение тока вызывает тревогу. Детектор также имеет контрольную камеру, которая герметична, но ионизируется таким же образом. Сравнение ионных токов в двух камерах позволяет компенсировать изменения, вызванные давлением воздуха, температурой или старением источника.
Схема калибратора доз ядерной медицины или калибратора радионуклидов, в котором используется ионизационная камера. Ковш используется для определения воспроизводимого положения источника. В медицинской физике и лучевой терапии ионизационные камеры используются для обеспечения того, чтобы доза доставлялась из терапевтический аппарат или радиофармацевтический препарат - это то, что предназначено. Устройства, используемые для лучевой терапии, называются «эталонными дозиметрами», а устройства, используемые для радиофармацевтических препаратов, называются калибраторами дозы радиоизотопов - неточное название для калибраторов радиоактивности радионуклидов, которые используются для измерения радиоактивности, но не поглощенной дозы. У камеры будет коэффициент калибровки, установленный национальной лабораторией стандартов, такой как ARPANSA в Австралии или NPL в Великобритании, или будет коэффициент, определяемый путем сравнения с камерой эталонов для переноса, соответствующей национальным стандартам в сайта пользователя.
В Соединенном Королевстве HSE выпустило руководство пользователя по выбору правильного прибора для измерения излучения для конкретное приложение. Он охватывает все технологии радиационных приборов и является полезным сравнительным руководством по использованию приборов с ионной камерой.
 | На Викискладе есть средства массовой информации, относящиеся к Ионизационные камеры. |
