Interested Article - 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 , 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 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 нейтронов

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

¹⁰ B + n → ¹¹ B* → α + ⁷ Li + 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 . Иногда камеру заполняют газообразным соединением ¹⁰ BF ₃ — 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 дыма

Ионизационные камеры используются также в качестве . 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.