Ток в камере при постоянной ионизации

Пусть в рабочем объеме плоской камеры площадью s и с расстоянием между электродами d возникает в единицу времени в единице объема n_о пар ионов. Если эта величина постоянна во времени, то ток в камере при пренебрежении потерями зарядов в результате диффузии и рекомбинации

I = en₀sd.

Это соотношение следует из закона сохранения зарядов.

В случае постоянной ионизации ток в камере можно выразить через плотности токов, образуемых дрейфом положительных и отрицательных зарядов:

I = (j⁺ + j^-)s,

где j⁺ и j^-) – плотности соответствующих токов. Плотность тока – это произведение скорости движения зарядов на их плотность, т. е

j⁺ = en⁺w⁺ и j^- = en^-w^-.

Задача о токе в плоской камере с учетом диффузии и рекомбинации легко решается, если предположить, что уменьшение тока за счет диффузии и рекомбинации мало и, что более важно, диффузия и рекомбинация не изменяют заметным образом распределений плотности зарядов п⁺(х) и п^-(х). Плотность тока с учетом диффузии

j⁺ = en⁺w⁺ – D⁺(dn⁺/dx)e.

Физический смысл второго члена в правой части выражения для плотности тока следующий. Ток в газе протекает даже при отсутствии электрического поля в результате неоднородности распределения зарядов. Величина этого тока в заданном направлении определяется произведением коэффициента диффузии на градиент плотности зарядов. Здесь следует заметить, что в рассматриваемой плоской камере при постоянной ионизации неоднородность в распределении зарядов будет лишь в направлении электрического поля.

Потери тока за счет рекомбинации очень сильно зависят от размеров камеры. Они могут быть велики, если в камере образуются электроотрицательные ионы. Уменьшение расстояния между электродами всего на 20% снижает потери вдвое.

Если камеры наполнены газами, для которых мала вероятность образования электроотрицательных ионов, то эффекты рекомбинации имеют значение при регистрации тяжелых заряженных частиц с малой энергией, для которых очень велика плотность образуемых зарядов. Высокая плотность ионов в первый момент после ионизации приводит к рекомбинации ионов и электронов в колонках. Расчет этого эффекта очень сложен, тем более что рекомбинация в колонках зависит от очень многих причин и в том числе от ориентации пути частицы относительно силовых линий электрического поля камеры. Наименьшая рекомбинация в колонках будет для тех частиц, направление движения которых перпендикулярно силовым линиям поля. В этом случае заряды разных знаков разделяются наиболее быстро.

Динамические характеристики камеры в токовом режиме

Ток, проходящий через камеру, можно измерять по потенциалу на внешнем сопротивлении R. Чем меньше ток, тем необходимы большие величины внешнего сопротивления. Если интенсивность ионизирующего излучения изменяется, то и ток в камере, и, следовательно, потенциал на внешнем сопротивлении будут изменяться. Однако изменения последнего будут происходить с запозданием, время которого определяется постоянной RC, где С – суммарная емкость камеры и измерительного прибора. Инерционность камеры высокой чувствительности может достигать больших величин. Так, если сопротивление около 10¹² ом, а емкость примерно 10^-11 ф, то RC ~ 10 с, т.е. заметить изменения интенсивности ионизирующего излучения с частотой большей, чем 0,05 гц, невозможно.

Флуктуации ионизационного тока в камере

Измеряемое напряжение в меньшей степени подвержено флуктуациям, чем вызывающие их флуктуации тока в ионизационной камере. При измерениях интенсивности излучения с помощью камер по величине ионизационного тока (или напряжения на выходном сопротив­лении камеры) мгновенные значения показаний приборов испытывают флуктуации даже в тех случаях, когда средняя интенсивность излучения остается постоянной. Флуктуации выходного сигнала обусловлены статистическими флуктуациями числа зарядов, образующихся в камере, а также флуктуациями, связанными, с процессами зарядки – разрядки выходной емкости.

Чтобы повысить точность измерения при малых значениях п, необходимо выбирать достаточно большие RС, а чтобы величина среднеквадратичного отклонении не превышала 1%, необходимо nRC > 5·10³. Точность измерения тока можно повысить, если усреднить показания прибора во времени. Если возможно усреднение за время t₁, большее в несколько раз, чем величина RС, то величина среднеквадратичного отклонения измеренной величины уменьшится в раз.