Ionizációs kamra
1.2 Ionizációs kamra
Az ionizációs kamra sémája, amely a gáz ionizálásából származó ionokat gyűjt. A két vezető elektródra, a katódra és az anódra nagyfeszültséget alkalmazunk. A gázon áthaladó részecskék ionokat hoznak létre, míg a pozitív ionok a katód felé mozognak, és a negatív ionok az anódra lépnek.
Ionizációs kamra, a nukleáris részecskék és sugárzás kivizsgálására és nyilvántartására szolgáló eszköz, amelynek hatása a gyors töltésű részecskéknek a gáz ionizációját okozó képességén alapul.
1.2.1 A működés alapelvei és alapvető jellemzői
Az ionizációs kamra vagy az ionizációs áramot, vagy a gáz térfogatában keletkező villamos energia díját méri. A különféle töltéseknek a gáz térfogatára való elválasztásához egy bizonyos potenciális különbséget kell alkalmazni. Az elektromos feszültséget az ionizációs kamra elemeire, az elektródáknak nevezzük. Ezek korlátozzák az ionizációs kamra működési térfogatát, azaz a gázmennyiség, amelyen keresztül az ionizáló áram áramlik. Az egyes ionizációs kamrák elektródáinak feszültségét a töltőgáz kialakítása, nyomása és jellege határozza meg. Biztosítania kell a telítettség áramát a gázon keresztül. Ezzel a feszültséggel a nukleáris sugárzás által a munkamennyiségben keletkező ionok az elektródákra esnek, és az ionizációs kamrát a maximális
Ábra. 3. Az ionizációs kamra sémája
Az érzékelő érzékenységét a minimális ionizációs áramként értjük, amely detektorral mérhető. Minél nagyobb az érzékenység, annál kisebb az érzékelő által észlelt sugárzási intenzitás. Nagyon érzékeny ionizáció
a kamerák 10-15 A-ig terjedő áramokat mérnek.
Az ionizációs kamrák általában a csendes, nem önfenntartó gázkibocsátásnak megfelelő feszültségeken működnek (2. ábra, I. és II. Szakasz), általában a telítettségi áram tartományban (II. Szakasz). A mőködési feszültség a fennsík közepén van kiválasztva.
Amikor alatt működő ionizációs kamra feszültség telítési áramerősség plató J n lineárisan változik függvényében sugárzási intenzitás I. Let egységnyi idő minden egyes egységnyi térfogatú gáz keletkezik N = a / ε ionpárok, ahol E - energiájú részecskék, b - a gáz egységnyi térfogatára elnyelt részecske energiájának frakciója, és ε az ionpár kialakulásának energiája. Mivel egy adott kamra munkatérje állandó, a telítési áram
arányos az I. sugárzási intenzitással.
Ezt a legfontosabb szabályosságot a nukleáris sugárzás ionizációs kamrában történő mérésében használják. Az árammérő nem kalibrálható áramegységenként, hanem egységnyi sugárzási intenzitással, ami egyszerűsíti a mérési eredmények feldolgozását.
Mielőtt felfedeznénk az ionizációs kamrában lévő gázkibocsátás jellemzőit, megtaláljuk a J ionizációs áram és az N. ionok sűrűsége közötti kapcsolatot. Minden másodpercben keletkeznek N ionspárok a gáz egységnyi térfogatára vonatkoztatva. Az ionpárok egy része, az aN2. Rekombinálja, a másik részt pedig az N- αN2 = N (1-aN). elektródokra szerelve. Az utolsó termék az elemi töltéssel és a V munkatérrel szorozva megkapjuk az aktuális J és a JH = eNV telítési áram közötti összefüggést. az ionsűrűség N és az α rekombinációs koefficiens az Ohm-törvények régióiban és a telítési áram:
Az ionizációs áramot két tényező terméke adja. Az első J n tényező a telítési áram. Ez akkor fordul elő, a gáz, ha az ionok nem rekombinálódnak, és arányos a ion sűrűség N. A második tényező (1- α N) egyenlő a frakció lépnek be a gázt, hogy az elektródák. Ez függ a rekombinációs együtthatót egy, és a sűrűsége ionok N. Ha a konstans együttható α, hogy növelje az ion sűrűsége N. növeli nem csak az aktuális J n. hanem az ionok rekombinációját is. Ezért a sűrűsége ion áram befolyásolja kétféleképpen járul J. J. emelkedő jelenlegi és ezzel egyidejűleg gátolja a növekedést. A mértéke befolyásolja az egyes folyamatok függ J. változó áram növekvő feszültség az elektródok csökken rekombináció együttható α. és az aktuálisan egy telítettségű JH-hoz vezet. A telítési tartományban szinte az összes ionot elektrodei gyűjtik össze. Azonban a fennsík kissé lejtős, mivel
a rekombinációs koefficiens nem nulla. Ezért az ionok kis töredéke rekombinálódik. A növekvő feszültséggel a rekombinációs ionok frakciója kisebb lesz, és a fennsíkra ható J jelenik meg kissé.
Az N-sűrűséget és az α rekombinációs együtthatót több tényező határozza meg. Az ionsűrűség összefügg a sugárzás intenzitásával, a gáz jellegével és nyomásával. Az α együttható nem csupán az elektródák feszültségén, hanem a gáz tulajdonságain (természet, nyomás, hőmérséklet) is függ. Ennek következtében az ionizációs áram több mennyiségtől függ. Ha egy érték hatását vizsgáljuk az aktuális J-re, akkor mások állandónak tekinthetők. Amint növekszik a sugárzási intenzitás, nő az N ionok sűrűsége, és így rekombinációjuk. A rekombináció csökkentése érdekében meg kell növelni a feszültséget. Ezután az ionsebesség növekszik, és a rekombinációs koefficiens csökken. Ennek eredményeképpen a (2) egyenlet zárójelben levő különbsége egységessé válik, és az ionizációs áram a telítési áramra. A növekvő intenzitású ionok rekombinációs sebességének változása a plató kezdetét a magasabb feszültségek tartományába helyezi. Mivel az arányossági terület határa változatlan marad, a fennsík szélessége csökken.
A működési pontot lehetőleg mindig egy síkon kell kiválasztani az ionizációs áram arányosságának és a sugárzási intenzitás fenntartásának érdekében. A nagy sugárzási intenzitású területeken elhelyezett ionizációs kamrákban azonban az ionok rekombinációja annyira jelentős lehet, hogy a telítési rendszer nem érhető el az arányosság határának legfeljebb határáig. Az Ohm-törvény ebben az esetben közvetlenül átmegy az arányossági tartományba, és a jelenlegi feszültség-jellemző nem rendelkezik fennsíkkal. A gázmolekulák sűrűsége arányos a nyomással. Ezért különböző nyomáson az állandó intenzitású nukleáris sugárzás különféle ionpárokat hoz létre egységnyi térfogatra. A növekvő nyomás hatására az ion sűrűsége nagyobb lesz, és az ion rekombináció nő. Következésképpen, ahogy a nyomás nő, az ionsűrűség nő, és az ionok frakciója, amely nem vesz részt a rekombinációs folyamatban, csökken.
E két hatás közötti verseny magyarázza a J ionizációs áramának a nyomás függvényét (4. Először monoton módon növekszik az áram. Egy kis nyomástartományban, amely az egyes gázok jellemzője, az ionizációs áram arányos a p nyomáshoz. Például az argon esetében a nyomásváltozás J áramának változása linearitása a 0,5-1,2 atm tartományban, az 1 és 40 atm közötti levegő stb. Esetében figyelhető meg. Ezután az aktuális J eléri a maximális értéket. A maximális áramerősség J max. az ionok képződési sebességének és rekombinációjának változása abszolút értékben egyenlő és ellentétes a jelben. A jelenlegi maximum után az ion rekombináció nagyon nagy lesz. A nyomás további növekedésével az ion-rekombináció sebessége gyorsabban növekszik, mint az ionképződés sebessége, ezért az ionizációs áram monoton módon csökken. A gáznyomás a telítési tartomány alsó és felső határfeszültségét is megváltoztatja. A nyomás növekedésével a kezdeti feszültség nagyobb lesz. Azonban a felső feszültség egy magasabb tartományba is elmozdul. A sűrűbb gázokban lévő elektronok kisebb szabad úttal rendelkeznek, mint a kevésbé sűrű gázokban. Az energia, amelyet egy elektron kap egy elektromos mezőtől
szabadon fut, az első esetben kevesebb, mint a második. Egy elektron felgyorsításához a molekuláris ionizációs energiánál nagyobb energiához nagyobb feszültségre van szükség.
Ábra. 4. Az ionizációs kamrában lévő gáznyomás ionizáló áramának függése.
Az ionok száma előállított 1 cm 3 működő térfogatának az egyébként azonos körülmények között (nyomás, sugárzás intenzitása, és így tovább. D.), jellegétől függ a gáz (a sűrűsége atomi elektrongáz számával megegyező atomi elektronok 1 cm3 gáz, és az energia ionpár-képződés). Ha ugyanaz a nyomás és a gáz térfogata az ionizációs áram az ionizációs kamra argonnal töltött (Z = 18, ε = 27 eV) magasabb, mint
ionizációs kamrával (Z = 7, e = 32 eV).
A gázokban lévő molekulák és ionok átlagos hőmennyisége arányos a hőmérsékletével. A gáz fűtése az ionok intenzívebb hőmozgását eredményezi, és az ion rekombinációja növekszik. A telítési rendszerben ez a hatás kicsi, mivel az elektromos tér irányában az ionsebesség sokkal magasabb, mint a hőmozgás sebessége.