20. Ионизационная камера. Принцип действия

Ионизационная камера, прибор для исследования и регистрации ядерных частиц и излучении, действие которого основано на способности быстрых заряженных частиц вызывать ионизацию газа.

Схема ионизационной камеры, которая собирает ионы, возникающие в результате ионизации газа. На два проводящих электрода, катод и анод, подано высокое напряжение. Частица, пролетающая сквозь газ, создает ионы, при этом положительные ионы движутся к катоду, а отрицательные – к аноду.

Принципы работы и основные характеристики Ионизационной камерой измеряют или ионизационный ток, или заряды электричества, возникающие в газовом объёме. Для разделения разноимённых зарядов к газовому объёму прикладывают определённую разность потенциалов. Электрическое напряжение подают на элементы ионизационной камеры, называемые электродами. Они ограничивают рабочий объём ионизационной камеры, т.е. тот объём газа, через который протекает ионизационный ток. Напряжение на электродах каждой конкретной ионизационной камеры обусловливается конструкцией, давлением и природой газа-наполнителя. Оно должно обеспечивать протекание через газ тока насыщения. При таком напряжении все ионы, образованные ядерным излучением в рабочем объёме, попадают на электроды, а ионизационная камера характеризуется максимальной чувствительностью.

Под чувствительностью детектора понимают минимальный ионизационный ток, который можно измерить с помощью детектора. Чем выше чувствительность, тем меньшую интенсивность излучения обнаруживает детектор. Высокочувствительными ионизационными камерами измеряются токи до 10^-15 А. Ионизационные камеры работают при напряжениях, соответствующих тихому несамостоятельному разряду в газе, как правило, в области тока насыщения. Рабочее напряжение выбирают на середине плато. При работе ионизационной камеры под напряжением в области плато ток насыщения Jн изменяется по линейному закону в зависимости от интенсивности излучения I. Пусть за единицу времени в каждой единице объема газа образуется N=bE/ε ионных пар, где Е - энергия частиц, b — доля энергии частицы, поглощаемая в единице объема газа, а ε энергия образования ионной пары. Так как рабочий объем конкретной камеры постоянен, то ток насыщения J_н=aI пропорционален интенсивности излучения I.

21. Камера Вильсона. Принцип работы

Трековая система предназначена для регистрации траектории прохождения заряженной частицы: координат области взаимодействия, углов вылета. В большинстве детекторов трековая система помещена в магнитное поле, что приводит к искривлению траекторий движения заряженных частиц и позволяет определить их импульс и знак заряда.

Трековая система обычно выполняется на основе газовых ионизационных детекторов или полупроводниковых кремниевых детекторов.

Трековые или следовые детекторы позволяют наблюдать визуально следы (треки) проходящих частиц. К ним относится: камера Вильсона, пузырьковая камера, ядерные фотоэмульсии, искровые камеры.

.Камера Вильсона.(1912)

В качестве рабочего вещества используется (пересыщенный) переохлажденный пар. В состав пара входит вода, этиловый спирт, гелий и аргон. Камера представляет собой стеклянный цилиндрический сосуд, покрытый сверху стеклом (1). Над этим стеклом располагается глаз или фотокамера (2). Снизу сосуда расположен подвижный поршень, над поршнем располагается сетка, покрытая слоем черного влажного бархата или сукна.

При быстром опускании поршня происходит адиабатическое расширение газа, что сопровождается понижением его температуры. За счет охлаждения пар становится переохлажденным.

Ф

2.

сетка

 или -частицы

.

1.

1.

поршень

схема камеры Вильсона

Заряженные частицы, пролетая в газе, создают на своем пути цепочку ионов. На этих ионах как на центрах конденсации образуются капельки жидкости. Таким образом, при движении в камере частица оставляет за собой след (трек), который хорошо виден и может быть сфотографирован. По геометрии полученных треков можно определить количество частиц и направления их движения. Если весь трек умещается в камере, то можно установить энергию частицы, средний линейный пробег, линейную плотность ионизации (количество капель на единицу длины трека). При помещении камеры в постоянное магнитное поле можно по радиусу кривизны траектории определить удельный заряд, скорость и энергию частиц.