ПРИБОРЫ КОНТРОЛЯ РАДИАЦИОННЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ Лекция 5. Токовые ионизационные камеры КИЕВ 2009 КПИ ПСФ-каф. НАЭПС Трасковський Володимирович 1
ПЛАН ЛЕКЦИИ (Talk outline) 1. Область работы ионизационной камеры 2. Принципы работы 3. Основные закономерности 4. Схема включения токовой ионизационной камеры 5. Варианты конструкций токовой ионизационной камеры 6. Типовые задачи 2
1. Область работы ионизационной камеры Ионизационные камеры работают при напряжениях, соответствующих тихому несамостоятельному разряду в газе ( участки I и II), как правило, в области тока насыщения (участок II). Рабочее напряжение выбирают на середине плато. 3
2. Принципы работы Ионизационной камерой измеряют или ионизационный ток, или заряды электричества, возникающие в газовом объёме. Для разделения разноимённых зарядов к газовому объёму прикладывают определённую разность потенциалов. Электрическое напряжение подают на элементы ионизационной камеры, называемые электродами. Они ограничивают рабочий объём ионизационной камеры, т. е. тот объём газа, через который протекает ионизационный ток. Напряжение на электродах каждой конкретной ионизационной камеры обусловливается конструкцией, давлением и природой газанаполнителя. Оно должно обеспечивать протекание через газ тока насыщения. При таком напряжении все ионы, образованные ядерным излучением в рабочем объёме, попадают на электроды, а ионизационная камера характеризуется максимальной чувствительностью. Под чувствительностью детектора понимают минимальный ионизационный ток, который можно измерить с помощью детектора. Чем выше чувствительность, тем меньшую интенсивность излучения обнаруживает детектор. Высокочувствительными ионизационными камерами измеряются токи до 10 -15 А. 4
3. Основные закономерности При работе ионизационной камеры под напряжением в области плато ток насыщения Jн изменяется по линейному закону в зависимости от интенсивности излучения I. Пусть за единицу времени в каждой единице объема газа образуется N=b. E/ε ионных пар, где Е - энергия частиц, b — доля энергии частицы, поглощаемая в единице объема газа, а ε энергия образования ионной пары. Так как рабочий объем конкретной камеры постоянен, то ток насыщения пропорционален интенсивности излучения I: Jн=a. I (1) Эту важнейшую закономерность используют при измерении ядерных излучений ионизационной камерой. Измеритель тока можно градуировать не на единицы тока, а на единицы интенсивности излучения, что упрощает обработку результатов измерений. J = Jн(1 - αN). (2) В общем вивионизационный ток представляется как произведение двух сомножителей. Первый сомножитель Jн является током насыщения и протекает в газе, если ионы не рекомбинируют, и пропорционален плотности ионов N. Второй сомножитель (1 -αN) равен доле ионов, попадающих из газа на электроды. Он зависит как от коэффициента рекомбинации а, так и от 5 плотности ионов N.
4. Схема включения токовой ионизационной камеры 6
5. Варианты конструкций токовой ионизационной камеры Ионизационные камеры по своей конструкции представляют газовые конденсаторы. В зависимости от формы электродов ионизационные камеры подразделяются на цилиндрические, плоские и сферические. Ионизационная камера состоит из корпуса с двумя электродами: собирающим, который в большинстве случаев имеет положительный потенциал и соединён с измерительным прибором, и высоковольтным, который в большинстве случаев имеет отрицательный потенциал и подключён к источнику напряжения от нескольких десятков до нескольких тысяч вольт, в зависимости от назначения и конструкции камеры. Бывают камеры, заполненные воздухом, но чаще их заполняют смесями газов (He+Ar, Ar+C 2 H 2, Ne и др). Известны проточные ионизационные камеры, которые с постоянной скоростью продуваются рабочим газом при постоянном давлении. 7
5. Варианты конструкций токовой ионизационной камеры Устройство плоской ионизационной камеры: 1 – высококачественный изолятор (янтарь, кварц); 2 – собирающий электрод; 3 – изолятор; 4 – охранное кольцо; 5 – высоковольтный электрод; 6 – окно для препарата; 7 – экран (корпус камеры). 8
5. Варианты конструкций токовой ионизационной камеры Конструкция цилиндрической ионизационной камеры: 1 – собирающий электрод; 2 – высоковольтный электрод; 3 – электростатический экран; 4 – изоляторы; 5 – охранное кольцо. В сущности, ионизационная камера представляет собой воздушный или газовый электрический конденсатор, к электродам которого приложена разность потенциалов V. Величина прикладываемого напряжения (обычно сотни вольт) подбирается так, чтобы образованные в камере при пролёте заряженной частицы свободные заряды максимально быстро, не успев рекомбинировать, достигали электродов. 9
5. Варианты конструкций токовой ионизационной камеры Конструкция сферической ионизационной камеры: 1 – корпус; 2 – изолятор; 3 – электрод. При попадании ионизирующих частиц в пространство между электродами там образуются электроны и ионы газа, которые, перемещаясь в электрическом поле, собираются на электродах и фиксируются регистрирующей аппаратурой. 10
6. Типовые задачи 1. Гамма-квант с энергией 1. 1 Мэ. В попадает в ионизационную камеру и теряет 0. 5% своей энергии. Определить количество образовавшихся пар ионов в объеме камеры, если на образование одной пары ионов идет 30 э. В. 2. Определить ток насыщения ионизационной камеры, если в единицу времени в ионизационную камеру попадает 10 альфачастиц, энергия одной частицы 0. 2 Мэ. В, альфа частицы полностью тормозятся в камере, и ионы не рекомбинируют между собой. Энергия образования одной пары ионов 33 э. В, заряд электрона 3. Определить ток насыщения ионизационной камеры, если в единицу времени в ионизационную камеру попадает 100 бетачастиц, энергия одной частицы 0. 1 Мэ. В, бета частицы полностью тормозятся в камере, и ионы не рекомбинируют между собой. Энергия образования одной пары ионов 31 э. В, заряд электрона 11
Дозиметр МКС-05 Дозиметр PD-1503 12
Скачать презентацию ПРИБОРЫ КОНТРОЛЯ РАДИАЦИОННЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ Лекция 5 Токовые ионизационные
Лекция 5. Токовые ионизационные камеры.ppt