Camera de ionizare este un dispozitiv de doi electrozi izolați la care se aplică o tensiune constantă.
În cel mai simplu caz, camera de ionizare poate fi imaginată ca două plăci paralele metalice, spațiul între care este umplut cu un anumit gaz, de exemplu aer.
Când se aplică radiații ionizante la un gaz, se formează ioni pozitivi și negativi. În absența tensiunii între plăci, acești ioni, ca toate celelalte molecule neutre și atomii de gaz, vor fi în mișcare termică erratică. Cu toate acestea, în cazul în care plăcile exercită o tensiune constantă tensiune, mișcare ion devine Direcție: polo-ioni au fost supuși unui câmp electric se va deplasa spre plachetei încărcat negativ - catod, ionii negativi - încărcat pozitiv la placă - anod.
Mișcarea ionilor sub acțiunea unui câmp electric determină apariția unui curent de ionizare în circuitul camerei, care poate fi măsurată cu ajutorul unui dispozitiv electric de măsurare. Rezistența curentului de ionizare este egală cu sarcina electrică totală transferată de ioni către electrozii camerei timp de o secundă. Este determinată de numărul de ioni și depinde de viteza mișcării lor.
Împreună cu procesele de ionizare din gaz, procesul de reversiune-recombinare, adică unirea ionilor de semne opuse, are loc simultan, ducând la formarea de atomi și molecule neutre. Recombinarea se produce datorită coliziunii ionilor unui semn diferit în procesul de mișcare termică haotică a moleculelor de gaze. Cu cât viteza mișcării haotice este mai mare, cu atât este mai mare temperatura gazului, cu atât este mai probabil să se recombine ionii. Pe de altă parte, recombinarea va fi proporțională cu numărul de ioni ai fiecărui semn. Într-adevăr, creșterea numărului de ioni pozitivi și negativi per unitatea de volum a gazului crește probabilitatea întâlnirii lor între ele și, în consecință, probabilitatea unei molecule neutre. Astfel, în volumul de gaze dintre plăcile camerei sub influența radiațiilor ionizante, există două procese concurente - formarea de ioni și recombinarea lor. Din acest motiv, dependența curentului de ionizare de tensiunea aplicată plăcilor, așa-numita caracteristică de tensiune curentă a camerei, are caracterul prezentat în Fig. 13.
Cu creșterea tensiunii U și, prin urmare, cu creșterea câmpului electric în spațiul dintre electrozii, crește viteza ionului, ceea ce duce la o scădere a probabilității de recombinare a acestora. Ca rezultat, curentul din circuitul camerei crește (zona OA, figura 13).
Cu toate acestea, cu o creștere suplimentară a tensiunii, un moment (punctul A de pe curbă din figura 13) are loc atunci când creșterea curentului de ionizare încetează datorită faptului că toți ionii formați ajung la electrozii camerei.
Curentul la care practic toți ionii formați în cameră ca rezultat al acțiunii radiației ionizante se colectează pe electrozii se numește curentul de saturație.
Secțiunea AB a caracteristicii de tensiune curentă a camerei corespunde regimului de curent de saturație.
Când tensiunea este crescută (mai U2) ka curent cel începe să crească din nou datorită faptului că electronii produsă prin acțiunea câștig-radiație transmite IU două coliziuni cu molecule de gaz suficient de mare rată și la rândul său, începe să ioniza gaz-vat.
Dacă intensitatea radiației ionizante crește cu un factor de 2, se vor forma mai mulți ioni de 2 ori. Aceasta determină o creștere a curentului de ionizare, dar în același timp probabilitatea de recombinare crește de patru ori. Din acest motiv, regimul curentului de saturație are loc la o tensiune mai mare U pe electrozii camerei. Este evident că curentul de saturație Qi va fi de două ori mai mare decât curentul /
Astfel, în camera de ionizare, funcționează în modul curentului de saturație, după o scurtă perioadă de timp după începerea emisiilor are loc Rav-echilibru: numărul de perechi de ioni produși în cameră într-un timp de o singură unitate, egal cu numărul de perechi de ioni izbesc electrozi pentru același timp. Prin urmare, valoarea curentului de saturație este
/ H = JV • e • Amperi V,
unde N este numărul de perechi de ioni care apar în 1 secundă în 1 cm3 din cameră;
V este volumul camerei în cm3;
e este sarcina fiecărui ion din pandantiv.
Din această formulă rezultă că valoarea curentului de saturație poate servi ca măsură a ratei dozei de radiație, care este întotdeauna proporțională cu numărul de perechi de ioni formate în 1 cm3 de aer per unitate de timp. Scara dispozitivului de măsurare electrică, inclusă în circuitul camerei, poate fi gradată direct în unități de viteză a dozei (de exemplu, raze X / oră).
Trebuie remarcat faptul că cel prezentat în Fig. Caracteristica de 13 volți-amperi va fi inerentă în camera de ionizare, între electrozii căruia câmpul electric este strict uniform, adică puterea câmpului în orice punct este constantă.
Pentru cea mai simplă cameră constând din două plăci paralele, această condiție nu este îndeplinită. În Fig. 14 liniile electrice arată natura câmpului electric între plăcile situate într-un spațiu de aer omogen. Densitatea liniilor de forță este proporțională cu rezistența câmpului electric.
Într-o astfel de cameră, pe măsură ce crește tensiunea pe plăci, curentul de ionizare va crește continuu.
Într-adevăr, la o anumită tensiune va veni un regim de curent de saturație în spațiul dintre plăci, unde intensitatea câmpului electric este maximă (regiunea AB). Cu toate acestea, în alte zone (BV, SH) intensitatea câmpului este încă insuficientă, iar cu o creștere suplimentară a diferenței de potențial între plăci, curentul de ionizare va crește. Procesul de creștere va continua, deoarece câmpul electric este nelimitat. Astfel, într-o astfel de cameră de ionizare simplă, volumul de aer din care sunt colectați ionii este nelimitat și regimul curentului de saturație este practic imposibil de realizat. În consecință, o cameră de acest tip nu este adecvată pentru măsurarea ratei dozei de radiație de la curentul de saturație.
Limitarea volumului camerei poate fi realizată prin două metode - un câmp electric și crearea unui volum închis prin pereți.
În primul caz, unul din electrozii camerei, în care se pornește dispozitivul de măsurare și care este denumit în mod obișnuit colector, este înconjurat de un electrod suplimentar, așa cum se arată în Fig. 15.
Dacă se aplică un potențial suplimentar E la un potențial egal cu potențialul colectorului, distribuția câmpului electric în cameră va avea forma prezentată în Fig. 15. Rezistența câmpului electric în limitele delimitate de dimensiunile electrodului de colectare este acum strict uniformă.
Când este expus la radiații, ionizarea aerului, ca mai înainte, are loc în toată camera. Cu toate acestea, numai o parte din curentul de ionizare trece prin dispozitivul de măsurare din coloana de aer, mărginită de suprafața electrodului de colectare. Volumul de aer, din care ionii intră în electrodul de colectare, se numește volumul de lucru al camerei. Așa cum se poate vedea din fig. 15, volumul de lucru al camerei face parte din volumul său geometric.
Prezența unui câmp electric uniform face posibilă asigurarea cu ușurință a regimului de curent de saturație și determinarea cu precizie a volumului de lucru al camerei ca produs al zonei electrodului de colectare cu înălțimea h.
Trebuie remarcat faptul că chiar și o mică diferență în potențialele electrodelor de colectare și suplimentare cauzează distorsiunea câmpului electric în cameră. Acest lucru va avea un efect redus asupra cantității de tensiune necesară pentru a menține regimul curentului de saturație, dar poate produce deviații semnificative în funcționarea efectivă
volumul de la electrodul de colectare calculat din dimensiunile geometrice.
Metoda de limitare a volumului camerei de ionizare de mai sus datorită unei anumite complexități nu este adecvată pentru echipamentele de dozimetrie portabile și de câmp.
O metodă mai simplă este a doua metodă - crearea unui volum închis cu ajutorul pereților. O reprezentare schematică a unei camere de acest tip este prezentată în Fig. 16
Electrodul de înaltă tensiune este o cutie dreptunghiulară sau cilindrică, care este corpul camerei, în interiorul căruia este localizat electrodul de colectare (intern). Electrodul colectorului este scos din corpul camerei prin chihlimbar sau<- листироловый изолятор, имеющий очень хорошие изоля-ционные свойства. Между высоковольтным и собирающим электродами ставится так называемое охранное кольцо. Охранное кольцо предохраняет цепь собирающего элек-трода от токов утечки по изолятору между высоковольт-ным и собирающим электродами. Эти токи утечки всегда направлены в ту же сторону, что и ионизационный ток камеры, и могут привести к завышению показаний при-бора.
În camerele de acest tip, colectarea de ioni are loc dintr-un volum delimitat de pereți. Forma și dimensiunile electrozilor, în funcție de scopul camerei, pot fi foarte diverse. Există camere, ale căror electrozuri sunt realizate sub formă de plăci, bile concentrice, cilindri coaxiali și alte forme. Este foarte clar că crearea unui câmp electric uniform în camerele de cameră este foarte dificilă. Totuși, datorită prezenței unui volum limitat, regimul de curent de saturație în astfel de camere poate fi obținut, în timp ce tensiunea pe electrozii trebuie să fie mai mare.
Pentru cilindrice și camerele sferice de proiectare în sine alegerea predetermina prezența câmpului neuniform - cu abordarea electrod de tensiune de câmp centrale crește intensitatea câmpului. Cel mai mare posibil pentru a asigura uniformitatea câmpului în camera cu pereți sub formă de paralelipiped și electrodul colector ca pla-Steen dispuse paralel cu pereții camerei (așa-numita mai plat).
O vedere generală a camerei de ionizare a unei forme cilindrice este prezentată în fig. 17. La aceeași distanță forward Me-electrozii și prin aceea că plat saturația camerei modul curent în camera cilindrică va fi prevăzută cu o tensiune vatsya mai mare și tensiunea diferența-niyah va fi mai mare cu atât mai mare raportul dintre diametrele electrozilor exterioare și interioare.
În camera de ionizare formată din două bile concentrice, câmpul este chiar mai neregulat decât în câmpul cilindric, ceea ce duce la necesitatea unei creșteri mai mari a tensiunii de alimentare.
Volumul de lucru al camerei de perete este întotdeauna mai mic decât cel geometric. Aceasta se obține, în primul rând, datorită faptului că o parte a volumului este ocupată de electrodul de colectare și, în al doilea rând, datorită scurgerii unei părți a ionilor în inelul de protecție. Pentru a reduce scurgerile, designul inelului de protecție este realizat astfel încât suprafața sa, care iese în interiorul camerei, să fie cât mai mică posibil.
Așa cum s-a menționat deja mai sus, cu aceeași distanță între electrozi, cea mai mică tensiune care asigură regimul de curent de saturație are loc pentru o cameră cu o structură plană. Prin urmare, este clar că camerele de ionizare pentru dispozitivele de câmp, în cazul în care economia de aprovizionare este esențială, trebuie să aibă un design plat.