3.2. Детекторы ионизирующих излучений
Детекторы ионизирующих излучений – это приборы для обнаружения и измерения интенсивности ионизирующих излучений. В качестве детекторов ионизирующих излучений применяются газоразрядные счетчики, ионизационные камеры, сцинтилляционные счетчики, толстослойные фотопластинки и фотопленки.
3.2.1. Ионизационная камера
Ионизационная камера представляет собой устройство, состоящее из двух электродов, между которыми находится газовая среда – воздух.
Корпус ионизационной камеры (рис. 12) изготавливается из воздухо-эквивалентного материала, бакелита. Дешевые приборы имеют камеры из алюминия, атомный номер которого значительно отличается от эффективного атомного номера воздуха (эффективный атомный номер алюминия 13, воздуха – 7,64). Толщина стенок камеры должна быть не меньше, чем длина пробега вторичных электронов, обладающих наибольшей энергией, благодаря чему в камере создается электронное равновесие, присущее данному материалу. Практически применяются камеры с толщиной стенок примерно 1 г/см2.
Рис. 14. Ионизационная камера:
1 – корпус; 2 – собирающий электрод; 3 – изолятор
Внутренние стенки камеры, если она изготовлена из изолятора, покрываются токопроводящим покрытием, например графитом.
Если на камеру действуют ионизирующие излучения, то в ней образуются свободные электрические заряды и газовая среда в рабочем объеме становится проводящей. С подключением к электродам камеры источника питания в ней создается электрическое поле. При отсутствии ионизирующих излучений ток в цепи возникать не будет, т.к. в ней нет свободных электрических зарядов и сопротивление ее бесконечно велико.
Когда под воздействием излучений в газовом объеме камеры возникают свободные положительные ионы и электроны, ее сопротивление уменьшается и даже при небольшом напряжении на электродах ионы приобретают направленное движение. Положительные ионы притягиваются к отрицательному электроду, отрицательные электроны – к положительному электроду камеры В цепи возникает ток, называемый ионизационным (рис. 13).
Рис. 15. Цепь ионизационной камеры
При небольших напряжениях на электродах камеры силы, воздействующие на ионы, невелики, скорости их движения малы и, чтобы достичь электродов, им требуется значительное время. В течение этого времени большое число разноименно заряженных ионов, притягиваясь друг к другу, успевает рекомбинировать. На электроды камеры попадает лишь некоторая часть образовавшихся при ионизации ионов, и ток в цепи камеры будет небольшим. С увеличением напряжения растет напряженность электрического поля и сила притяжения ионов к электродам, увеличиваются скорость движения ионов и уменьшается время их нахождения в камере. Рекомбинация становится менее вероятной, следовательно, большое число ионов принимает участие в образовании ионизационного тока, и он увеличивается (рис. 14), выходит на насыщение, а затем вновь увеличивается (вторичная ионизация). Зависимость ионизационного тока Iион. от напряжения U между электродами при неизменной мощности дозы (P = сonst) называется вольт-амперной характеристикой камеры. Ионизационная камера работает в режиме токонасыщения (от Uнас. до Uуд.).
Рис. 16. Вольт-амперная характеристика ионизационной камеры:
I – область рекомбинации; II – область насыщения; III – область ударной ионизации