14. Ионизационная камера (для нейтронов, статистический метод).

В качестве детекторов потока нейтронов или гамма квантов применяются ионизационные камеры и пропорциональные счетчики. Ионизационные камеры регистрируют только заряженные частицы, поэтому могут регистрировать нейтроны и гамма кванты по излучению заряженных частиц, возникающих при взаимодействии нейтронов и гамма квантов с веществом камеры (стенка детектора, газ в объеме детектора).

Существует флуктуационный режим работы ИК. Это промежуточный режим, использующийся для регистрации нейтронов, когда их поток велик для применения импульсных методов, но еще мал для того, чтобы применить токовый режим ИК.

Флуктуационный метод основан на том, что заряд на электроде ИК, обусловленный поглощением нейтронов в ИК много больше, чем заряд от поглощения γ-квантов.

В связи со случайным наложением импульсов появляется флуктуация тока ИК. Эти флуктуации обусловлены в значительной степени частицами с большим, чем у электронов удельной ионизацией (α-частицы и осколки деления). Флуктуация тока приводит к статической дискриминации γ-излучения. Дополнительным преимуществом флуктуационного метода является то, что флуктуации тока, вызванные токами утечки, незначительны. Именно токи утечки в ИК и линиях связи препятствуют измерению потока нейтронов при высоких температурах.

Усредненный квадрат амплитуд флуктуаций тока ИК пропорционален квадрату зарядов, образованных этими частицами

I(t) – мгновенное значение тока ИК

- среднее значение тока ИК

- ускоренное по времени значение квадратичного отклонения мгновенного значения от среднего значения тока ИК

n_icp – средняя скорость счета частиц i, которая пропорциональна плотности потока частиц сорта i, в месте установки детектора; q _i – сигнал заряда, выдаваемый частицей сорта i при попадании в ИК

Если среди регистрируемых частиц имеются частицы, которые дают заряд много больше чем остальные, то с учетом квадратичной зависимости σ² от q_i именно эти частицы будут определять величину флуктуации (отклонения) тока. Таким образом появляется возможность судить о средней скорости регистрации нейтронов, когда детектор в импульсном режиме уже не работает из-за просчетов аппаратуры, а до токов режима далеко. По степени флуктуации можно судить о количестве нейтронов. Для флуктуационного метода контроля наиболее рационально использовать камеры деления, поскольку осколки деления имеют наибольшее среди заряженных частиц удельную ионизацию.

В этом случае происходит статическая дискриминация γ-фона и коэффициент выигрыша дискретизации по сравнению с токовым режимом пропорционален отношению q_п/q_γ. Для КД эта величина = 100.

Именование отечественных ИК 2-ух и 3-ех буквенное обозначение.

Для нейтронных камер с твердым радиатором вводится 3-я буква «Т». У нейтронных камер скомпенсированных γ-излучений вводится 3-я буква «К». КН – камера нейтронная с газовым радиатором.

КНТ - камера нейтронная с твердым радиатором; КНК - камера нейтронная с газовым/твердым радиатором с компенсацией γ-излучения; КНТ-31 - пусковая камера; КНК-51 - рабочая камера

(((((((Зависимость среднего значения заряда в импульсе , образованного при попадании в объем детектора заряженной частицы при относительном приложенном напряжении:

Э та зависимость позволяет выбрать требуемый режим электрического поля детектора, который является одной из характеристик детектора, отражающееся в наименовании детектора.

Область I характеризуется низкой разностью потенциалов (до 0,2) между пластинами, время движения электронов и ионов велико, и за это время электроны или ионы полностью или частично успевают воссоединиться, не доходя до электродов. Это явление называется рекомбинацией. В области II напряжение таково, что все образованные ионы достигают электродов и детекторы, работающие в этой области называются ионизационными камерами. Этот режим работы характерен тем, что значение среднего заряда, образованного в детекторе при попадании в объем заряженной частицы не зависит от напряжения, подаваемого в объем детектора. Рабочая точка выбирается в средней части области II (т.А) В области III и IV первичные ионы, образованные непосредственно регистрирующей частицей получает дополнительное ускорение (энергию), что достаточно для образования вторичных нейтронов, и, следовательно, к увеличению тока. Происходит увеличение в детекторе носителей заряда и детекторы, работающей в этой области называются пропорциональными счетчиками, число вторичных нейтронов и заряд, собираемый на электродах пропорциональны первично частице. Область IV называется областью ограниченной пропорциональности. Рабочая точка пропорциональных счетчиков в средней части области III (т.В) Детекторы, работающие в области V – счетчики Гейгеля-Мюйлера. Напряженность поля достаточна для развития лавинной ионизации, поэтому выходной импульс тока имеет большую амплитуду, не зависящую от числа первичных ионов. Можно регистрировать единичные заряженные частицы, под действием которых в объеме детектора первоначально образуется хотя бы одна пара ионов.