5. Ионизационные методы регистрации ионизирующих излучений.

5.1. Принцип работы ионизирующих детекторов;

5.2. Ионизационные камеры;

5.3. Газоразрядные счетчики;

5.4. Особенности измерений.

Детектор – прибор для обнаружения и измерения ионизирующих излучений

5.1. Принцип работы ионизационных детекторов

Б – баллон с газом;

БП – блок питания;

И – выс. напряжение;

ИП – измер. прибор;

А – анод;

К – катод.

Ионизационный детектор – газонаполненный баллон, где установлены электроды: А (+) и К (-). К ним от блока питания подается высокое напряжение И = 1000÷2000в. Газ в баллоне является изолятором, поэтому тока в д.ж. цепи нет. При попадании в баллон ионизирующих частиц в базе образуется некоторое число ионов N1, и через измерительный прибор ИП протекает эл. ток ионизации У.

Но если напряжение И очень мало, то большая часть ионов рекомбинирует, т.е. нейтрализуется.

В ольт-амперная характеристика (В.А.Х.)

На участке от 0 до U₁ скорость ионов растет, а рекомбинация уменьшается. Потому растет величина I. Участок 1 наз-ся областью закона Ома, т.к. I = U/R, где R – сопротивление газа протекающему току.

При U = U₁ все ионы N1 достигают электродов, рекомбинации нет, и рост напряжения до величины U₂ не увеличивает ток. Участок 2 называется областью насыщения, а ток In – током насыщения, величина его пропорциональна интенсивности насыщения.

При U > U₂ (на участке 3) ускоренные первичные ионы N₁ делают ионизацию новых, вторичных атомов N₂ , а они – ионизацию новых атомов N₃ и т.д. Происходит лавинообразное размножение ионов, которое называется газовым усилением. В этом случае ток ионизации равен I=К*In, где К – коэффициент газового усиления. Величина К зависит от U и растет по-разному на отрезках а, б, в, г, :

• а - величина К растет от единицы до 10³ – 10⁴ (Uз); Здесь для каждого значения К ток ионизации I пропорционален току первичных ионизаций In. Поэтому участок «а» называют областью пропорциональности.

• б - растет плотность вторичных ионов. Если хорошо подвижные легкие ионы (ē) быстро идут к аноду, то тяжелые ионы идут медленно и экранируют поле между анодом и катодом. Это уменьшает коэффициент. К и нарушает пропорциональность I = К * Iн, т.е. область огранич. пропорциональности.

• в - доля тока насыщения в токе ионизации очень мала, и величина I обусловлена только вторичной ионизацией. Даже одна пара ионов в детекторе вызывает газовый разряд. Называется областью Гейгера – Мюллера.

• г - при U > U₅ высокая напряженность поля вырывает электрон из катода и происходит газовый разряд даже при отсутствии излучения, счетчик выходит из строя.

На участке 2 работает ионизационная камера (ИК) на участке 3а работает пропорциональный счетчик (ПС); на участке 3в работает счетчик Гейгера-Мюллера (СГМ).

2. Ионизационная камера (ик)

К амеры бывают: плоские, цилиндрические и сферические

(ПК)

У плоской камеры (ПК) = анодом и катодом служат две металлические пластины. Поле между ними однородно, поэтому напряжение питания небольшое, т.е. n * 100 В(первые сотни)

(ЦК)

У цилиндрической камеры поле неоднородно: У анода оно равно ~ 500 В/см, а у катода – 10В/см. Поэтому напряжение питания И должно быть больше ~ 1000 В.

Сферическая камера:

А

У сферической камеры поле еще более неоднородно. Оно максимально у анода и уменьшается к катоду по закону 1/r². Поэтому напряжение питания должно быть еще более высоким, т.е. n * 1000 В.

Плоская камера и цилиндрическая камеры применяются для измерения α , β , γ –излучений, а цилиндрическая камера и сферическая применяются для измерения нейтронов.

В ИК амплитуда тока ионизации зависит от энергии частиц. Сигналы на выходе слабы и требуют их большого усиления, чтобы надежно зарегистрировать.

ИК работает в импульсивном режиме (регистрирует каждую частицу) или в токовом (интегральном) режиме, когда они регистрируют много частиц в единицу времени.

ИК могут быть закрытыми, открытыми и поточными.