Ионизационная камера

    Ионизационная камера - простейший газонаполненный детектор. Она представляет собой систему из двух или трёх электродов в объеме, заполненном газом (He+Ar, Ar+C₂H₂, Ne). Ионизационная камера может быть выполнена в виде плоского или цилиндрического конденсатора. 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.
Ионизационные камеры бывают интегрирующие  и импульсные. В интегрирующих камерах при больших потоках частиц импульсы сливаются и регистрируется ток пропорциональный среднему энерговыделению

Схема ионизационной камеры

   В импульсных камерах регистрируются отдельные импульсы от каждой ионизирующей частицы. Импульсные камеры обычно трехэлектродные. Рабочим объемом служит пространство между катодом и сеткой. Образовавшиеся в результате ионизации электроны под действием поля E_кс двигаются по направлению к сетке, проходят ее под действием поля E_са > E_кс и собираются на аноде. Более подвижные электроны собираются за время 10^-6 с. Положительные ионы, время сбора которых на три порядка больше за это время остаются практически на месте. Сетка экранирует анод от индукционного воздействия положительных ионов.
    Временнoе разрешение ионизационной камеры определяется временем сбора зарядов.    Таким образом, при регистрации импульса тока от электронов временнoе разрешение ионизационной камеры будет достигать 10^-6 с.
    Если частица полностью останавливается в объёме камеры, то по величине собранного заряда (количеству электронов, пришедших на анод) легко определить энергию частицы. Эта энергия равна произведению числа электронов n на среднюю энергию , необходимую на образование частицей одной пары электрон-ион (для газа 30-40 эВ).

Пример. Оценить величину тока от -частицы с энергией E = 5 МэВ, полностью остановившейся в объёме ионизационной камеры (пробег такой -частицы в воздухе около 4 см).

    Оценку сделаем для электронной компоненты тока. Вычислим число электронов, образовавшихся в объёме ионизационной камеры

n_e = E/ 5 МэВ/35 эВ1.5^.10⁵.

Это соответствует собранному заряду 1.5^.10⁵ x 1.6^.10^-19 Кулон = 2.4^.10^-14 Кл. Средняя величина электронного тока <i_e> получается делением n_e на время сбора электронов _e = 10^-6 с:

<i_e> = n_e/e = 2.4^.10^-14 Кл/10^-6 с = 2.4^.10^-8А.

Пример. Оценить предельное энергетическое разрешение ионизационной камеры для -частиц с энергией E = 5 МэВ.

    Энергетическое разрешение Е/Е ионизационной камеры ограничено флуктуациями ионизационных потерь частицы в газообразной среде детектора. Поскольку эти флуктуации подчиняются распределению Пуассона, то предельное энергетическое разрешение находится из соотношения (см. статистика в микромире)

Е/Е 1/= (1.5^.10⁵)^-1/2,

где n – число электрон-ионных пар. Для -частицы с энергией 5 МэВ это даёт Е/Е2.5^.10^-3 и Е12.5 кэВ.

    Недостатком ионизационной камеры являются очень низкие токи. Этот недостаток ионизационной камеры преодолевается в ионизационных детекторах с газовым усилением.
    Для регистрации нейтронов используют специальную модификацию ионизационной камеры - камеру деления.

[Детекторы]

Последние изменения 23.04.2011.