Ионизационные камеры

Такие детекторы являются наиболее ранними и широко распространенными дат­чиками ионизирующих излучений. Радиоактивные частицы при прохождении че­рез камеру вызывают ионизацию и возбуждение молекул газа. Для запуска про­цесса ионизации частица должна обладать энергией, как минимум, равной энер­гии ионизации молекул газа. Для большинства используемых в детекторах газов энергия ионизации составляет порядка 10...20 эВ. Однако су­ществуют и другие механизмы, при которых попадающие внутрь камеры частицы теряют свою энергию при прохождении через газ не на его ионизацию, т.е. на отделение электронов от ато­мов, а, например, на перемещение электронов на более высокий энергетический уровень. Поэтому средняя энергия, которую теряет частица, на образование одной электронной пары (W-энергия) всегда выше энергии ионизации газа. Величина W-энергии определятся типом газа, видом излучения и его энергией.

В присутствии электрического поля перемещение положительных и отрица­тельных ионов приведет к возникновению электрического тока. В заданном объеме скорость образования ион­ных пар является постоянной. Для этого скорость об­разования ионных пар должна уравнове­шиваться скоростью либо их распада вслед­cтвиe рекомбинации, либо выхода за пределы объема за счет процессов диффу­зии и миграции. При незначительном уровне рекомбинации и эффективном сбо­ре всех зарядов в системе устанавливается стационарный ток, являющийся точ­ной мерой скорости образования ионных пар. На рис. 2 показана принципи­альная схема ио­низационной камеры и зависимости тока от напряжения, полу­ ченные в ней. В объеме газа, распо­ложенном между двумя электродами, создает­ся электрическое поле. Последовательно с источником напряжения Е и электро­дами подклю­чен амперметр. В отсут­ствии процесса иони­за­ции через полученную электрическую цепь ток не течет, поскольку между электродами находится не­электропро­водная среда. Радиоак­тивные частицы, попадая внутрь камеры, при­во­дят к образованию положительных и отрицательных ионов, которые под дей­ствием электриче­ского поля направляются к соответствующим электродам, что вызывает появление в цепи электрического тока. Как видно из рис. 2Б, при относительно низких значе­ниях приложенного напряжения ионы рекомбиниру­ют довольно сильно, поэтому выходной ток пропорционален напряжению. При увеличении разности потенциалов число рекомбинаций уменьшается до тех пор, пока все ионы не станут долетать до электродов, после чего ток пере­стает зави­сеть от на­пряжения, хотя его величина будет, по прежнему, определяться интен­cивнocтью излучения. Эта зона называется зоной насыщения. Именно эта зона является обла­стью нормальной работы ионизационной камеры.