10.4. Ионизационные преобразователи

К ионизационным преобразователям относят большую группу преобразователей, в которых измеряемая неэлектрическая величина функционально связанна с током ионной проводимости газа, возникающей под действием излучения радиоактивных веществ или рентгеновских лучей. Обязательным элементом любого ионизационного преобразователя являются источник излучений и приемник излучений.

Источники излучений , ,  и нейтронные излучения. Основные понятия, характеризующие ядерные излучения.

1. Активность источника А (расп./с). Единицей активности является КЮРИ и она равна активности данного изотопа, в котором в одну секунду происходит 3,710¹⁰ актов распада.

2. Интенсивность излучения I (Вт/м²)- количество энергии, проходящее в единицу времени через единицу поверхности.

3. Доза излучения W(Дж/кг) характеризует количество энергии поглощенной средой.

4. Мощность дозы G(Вт/кг или рад/с) равна энергии, поглощенной облученным веществом в единицу времени.

5. Экспозиционная доза рентгеновского или гамма-излучений, Измеряемая обычно в рентгенах (1р=2,5810^-4 к/кг).

6. Мощность экспозиционная дозы измеряемая в рентген/сек.

Источником радиоактивного излучения являются следующие лучи:

-лучи, являются ядрами атома гелия и несут положительный заряд. Энергия -частиц Е_ составляет 3-11 МэВ. Проникающая способность очень мала. В воздухе пробег -частиц 90 мм. В твердых телах, например алюминии, этот пробег составляет 0,05 мм;

-лучи – это поток электронов, энергия Е_=1,2 МэВ. В воздухе пробег -частиц 5м, а в алюминии – 0,75мм;

-лучи – это электромагнитные излучения с очень короткими длинами волн. Их также рассматривают как поток материальных частиц – так называемых фотонов или -квантов. Длина волны равна 10^-10 мм. -лучи обладают большой проникающей способностью и малой ионизационной способностью. Энергия -излучения равна 1 МэВ. -лучи ослабляются металлами. Так, например, -лучи ослабляются вдвое слоем свинца толщиной 1,6 мм, железо – 2,4 мм, алюминия – 12 мм.

В измерительной технике широко используются радиоактивные изотопы. Изотопы – атомы одного и того же химического элемента, имеющие различные атомные веса, но почти не отличающиеся друг от друга по химическим и физическим свойствам.

Радиоактивные изотопы, используемые в измерительной технике Со-60 (-кванты), галлий 206 (-частицы), полоний 210 (-частицы).

Для человека наиболее опасно -излучение. - и -частицы легко экранируются. Допустимая доза облучения зависит от числа часов работы с излучением и определяется по формуле:

,

где P – рентген/с, t – время ежедневного облучения, ч.

В качестве приемников излучения используются:

1. Ионизационные камеры (явление ионизации).

2. Газоразрядные счетчики (явление ионизации).

3. Сцинтилляционные счетчики (явление люминесценции).

Наиболее простые – это ионизационные камеры (рисунок 10.4):

Рисунок 10.4 Схема ионизационной камеры

где Э₁ и Э₂ –электроды, К-камера.

Газовая среда ионизируется под действием ядерного излучения. Цепь между электродами «замыкается» и возникает ионизационный ток. I_и  10^-9 ÷ 10^-13А. Он зависит от многих факторов, например от толщины стенок камеры, от степени разряженности газа и т.д.

Газоразрядный счетчик (рисунок 10.5.):

Рисунок 10.5. Газоразрядный счетчик

Счетчик с самостоятельным разрядом может регистрировать отдельные акты ионизации. Если возникающий самостоятельный разряд будет гаситься до возникновения следующего акта ионизации, то это может быть представлено в виде появления импульсов тока. Считается число этих импульсов (счетчик Гейгера-Мюллера).

Сцинтилляционный счетчик. Его принцип работы заключается в следующем: в некоторых веществах (фосфоры) под действием ядерных излучений возникают слабые световые вспышки – сцинтилляция. С помощью фотопреобразователей считается число вспышек, которое пропорционально интенсивности излучения.