Открыть главное меню

Ионизационная камера

Ионизацио́нная ка́мера — газонаполненный датчик, предназначенный для измерения уровня ионизирующего излучения.

Ионизационная камера, которую использовал Пьер Кюри с 1895 по 1900 годы

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 свободных зарядов в газе между электродами возникает ток[1], пропорциональный скорости возникновения зарядов и, соответственно, мощности дозы облучения. Отличительной особенностью ионизационной камеры, в отличие от других газонаполненных датчиков, является сравнительно малая напряженность электрического поля в газовом промежутке, таким образом ток не зависит от напряжения на электродах и равен произведению заряда электрона на число пар ионов.

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), также используют пары этанола. Открытые ионизационные камеры (например, ионизационные детекторы дыма) заполнены воздухом.

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, на которой оседают положительно заряженные ионы.

Измерение потока нейтроновПравить

Ионизационные камеры позволяют измерять не только альфа-, бета- или гамма-излучение, но и нейтронное излучение, что достаточно трудно, так как нейтроны не несут заряда и их прохождение через газовый объём камеры не приводит к ионизации газа, которую можно было бы измерить.

Для измерения потока нейтронов камеру разделяют на 2 одинаковых части. В первой части измеряют фоновую ионизацию газа за счёт альфа-, бета- или гамма-излучения, во второй части камеры на стенки наносят бор-10 (для ионизационных камер, измеряющих большие потоки нейтронов в ядерных реакторах) или уран-235 (для камер, измеряющих малые потоки нейтронов). При захвате нейтрона ядром урана-235 происходит вынужденное деление ядра и дополнительная ионизация газа в объёме камеры осколками деления. Бор-10 при захвате нейтрона распадается на ядро лития-7 и альфа-частицу по реакции

10B + n → 11B* → α + 7Li + 2,31 МэВ.

Разница в ионизации обоих объёмов камеры пропорциональна потоку нейтронов. Вариант ионизационной камеры с ураном-235 (или другим делящимся изотопом) на электродах называется камерой деления. Иногда камеру заполняют газообразным соединением 10BF3 — трифторидом бора-10, что позволяет улучшить эффективность регистрации осколков.

При измерении потоков нейтронов ионизационные камеры могут работать в трех режимах:

  • импульсном — при измерении малых потоков нейтронов;
  • токовом — при измерении больших потоков нейтронов;
  • флуктуационном — нечто среднее между импульсным и токовым режимом.

Используется на АЭС в аппаратуре контроля нейтронного потока (АКНП) для измерения нейтронной мощности реактора.

Детекторы дымаПравить

Ионизационные камеры используются также в качестве детекторов дыма. Воздух между электродами облучается альфа-частицами (в качестве источника используется, например, америций-241) и за счёт ионизации приобретает некоторую проводимость. Когда в межэлектродное пространство попадает дым, на частицах которого ионы нейтрализуются, ток утечки, обусловленный ионами, уменьшается.

ПримечанияПравить

  1. Абрамов А. И., Казанский Ю. А., Матусевич Е. С. Основы экспериментальных методов ядерной физики. М.: Атомиздат. 1997. — С.110

См. такжеПравить