11. Ионизационная камера (для гамма-лучей, токовый 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).

γ-квант образует в веществе быстрые электроны за счет фотоэффекта, комптон(???) эффекта или за счет эффекта образования пар электрон – позитрон. Эти быстрые электроны и регистрируются благодаря вызываемой ими ионизации.

П ри прохождении через газ зараженной детектируемой частицы она выбивает из атомов газа электрон и благодаря этому в газе образуется свободный электрон и положительно заряженные ионы. Это явления называется ионизацией газа. Под действием электрического поля электрон направляется к положительному электроду, ионы к отрицательному. Следовательно через газ проходит электрический заряд, поскольку каждая частица может на своем пути взаимодействовать с большим количеством атомов газа, величина электрического заряда, возникающего в цепи много больше заряда детектируемой частицы. Таким же ионизационным действием обладает и квант электромагнитного излучения.

Таким образом, прохождение через газ заряда может быть обнаружено по значению тока или по импульсам напряжения в электрической цепи, связанных с электродами.

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)

П осле Uкр1 дальнейшее увеличении U не приводит к увеличению Iн1. Если Ф2>Ф1, то ВАХ выше.

Uкр2 соответствует практически полное разделение всех возникающих в объеме пар. Ток I2 называется током насыщения. Увеличение Uкр происходит из-за увеличения плотности нейтронов. В качестве рабочего U берут Uраб = 2 Uкрит1

ИК должны работать в режиме насыщения, ток камеры пропорционален плотности потока нейтронов. Если U на камере недостаточно для получения тока насыщения, то измерения теряют смысл.

Значение тока Iн обратно пропорционально Ргаза в камере и обратно пропорционально квадрату расстояния между электродами

Большие увеличения Uраб в 3-4 раза Uкр приводит к зажиганию см. разряда в газе или пробою в изоляторе. 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