Газовая ионизационная камера

Ионизационная камера - газонаполненный датчик, предназначенный для измерения уровня ионизирующего излучения.

Измерение уровня излучения происходит путём измерения уровня ионизации газа в рабочем объёме камеры, который находится между двумя электродами. Между электродами создаётся разность потенциалов. При наличии ионов в газе между электродами возникает ионный ток, который может быть измерен. Ток при прочих равных условиях пропорционален скорости возникновения ионов и, соответственно, мощности дозы облучения.

В широком смысле к ионизационным камерам относят также пропорциональные счётчики и счётчики Гейгера-Мюллера. В этих приборах используется явление так называемого газового усиления за счёт вторичной ионизации — в сильном электрическом поле электроны, возникшие при пролёте ионизирующей частицы, разгоняются до энергии, достаточной, чтобы в свою очередь ионизировать молекулы газа. В узком смысле ионизационная камера — это газонаполненный ионизационный детектор, работающий вне режима газового усиления. Ниже термин используется именно в этом значении.

Газ, которым заполняется ионизационная камера, обычно является инертным газом (или их смесью) с добавлением легко ионизирующегося соединения (обычно углеводорода, например метана или ацетилена).

Ионизационные камеры бывают токовыми (интегрирующими) и импульсными. В последнем случае на анод камеры собираются быстро двигающиеся электроны (за время порядка 1 мкс), тогда как медленно дрейфующие тяжёлые положительные ионы не успевают за это время достичь катода. Это позволяет регистрировать отдельные импульсы от каждой частицы. В такие камеры вводят третий электрод — сетку, расположенную вблизи анода и экранирующую его от положительных ионов.

Временное разрешение ионизационной камеры определяется временем сбора зарядов. Таким образом, при регистрации импульса тока от электронов временное разрешение ионизационной камеры будет достигать 10^-6 с.

На рисунке 7 представлено сравнение разрешения газового ионизационного детектора и кремниевого [2]

Из недостатков этого детектора можно назвать очень сложное оборудование, которое не производится серийно, также идеальной должна быть система регулирования давления, так как толщина входного окошка, используемого в камере, составляет всего несколько нанометров.

Заключение.

Из всех перечисленных детектирующих систем предпочтительнее является газовая ионизационная камера, так как ее недостатки, по сути, не являются таковыми и легко преодолеваемы. Полупроводниковый детектор не подходит для решения поставленной задачи, ввиду фундаментальных ограничений на его использование при регистрации низкоэнергетических тяжелых ионов. Времяпролетный же детектор также не может быть откинут, так как даже если поток частиц будет слишком плотным, можно добавить ряд устройств для перехода из потокового в импульсный режим, а его разрешение будет достаточным для регистрации всех необходимых ионов, как тяжелых, так и легких.

Список использованных источников:

1. H. O. Funsten, S.M. Ritzau, R.W. Harper, R. Korde Fundamental limits to detection of low-energy ions using silicon solid-state detectors, “Applied physics letters” 3 may 2004

2. M. Döbeli, F. Glaus, J. Gobrecht, B. Haas, C. Kottler, H.-A. Synal (PSI), M. Gerber, M. Grajcar, M. Stocker, M. Suter, L. Wacker, S. Weinmann (ETHZ) Gas ionization chambers with silicon nitride entrance windows for the detection and identification of low energy ions

3. В.С. Школьник, М.Ж. Жолдасбеков, К.К. Кадыржанов, М.Г. Иткис, С.Н. Дмитриев, Создание Междисциплинарного научно-исследовательского комплекса в ЕНУ им. Л.Н. Гумилева – шаг к современным наукоемким технологиям, Институт ядерной физики, 2003