Диэлектрики и защитные кольца

Модель и принцип действия интегрирующей (токовой) ионизационной камеры.

Общая информация

Когда ионизационная камера работает в токовом режиме, образуются отрицательные заряды, такие как: свободные электроны или отрицательные ионы.

Поэтому теоретически, в качестве наполнителя для камер может быть использован любой газ, включая те, которые обладают высоким коэффициентом газового усиления. Величина прикладываемого напряжения (обычно десятки - сотни вольт) подбирается так, чтобы образованные в камере при пролёте заряженной частицы свободные заряды максимально быстро, не успев рекомбинировать, достигали электродов. Воздух – один из наиболее распространенных наполнителей для камеры, в нем очень легко образуются отрицательные ионы. Воздух в основном используется в тех ИК, которые предназначены для детектирования гамма-излучения. Плотные газы, такие как аргон, иногда используют, для повышения плотности ионов в пространстве детектора. Давление газа внутри ИК обычно 1атм, хотя, иногда для повышения чувствительности, газ находится под более высоким давлением.

Геометрические формы ИК могут сильно меняться в зависимости от применения камеры, при условии, что электрическое поле по всему объёму рабочей части будет достаточно высоким, чтобы ионный ток достиг насыщения. Наиболее простой является ионизационная камера с параллельными плоскими электродами (для обеспечения однородности поля между ними). В цилиндрической ИК электроды — два коаксиальных цилиндра, один из которых заземлён и служит корпусом ИК, а на внутренний цилиндр подается разность потенциалов. В этом случае поле, которое создается, обратно пропорционально радиусу цилиндра. Аналитические методы, которые можно использовать для примерного представления вольт-амперных характеристик ИК различных форм, описаны в приложении 9.

 

Диэлектрики и защитные кольца.

В любом варианте конструкции И.К. между электродами нужен слой диэлектрика. Это связано с тем, что во всех применениях детектора, величина ионизационного тока очень мало (порядка 10^-12 Ампер и менее) и ток утечки через диэлектрик должен быть минимален. В схеме-примере 5-2 любая утечка через диэлектрик будет добавлена к измеряемому току ионизации и послужит причиной лишних компонент (шумов) сигнала. Чтобы уровень шумов не превышал 1% от ионизационного тока (10^-12 А), при приложенной разности потенциалов между электродами 100 вольт, Сопротивление изолятора должно быть больше 10^16 Ом. Хотя возможно подыскать материал с достаточно высоким удельным объемным сопротивлением, для уловлетворения данного условия, но путь утечки через поверхность диэлектрика из-за поглощенной влажности или других примесей фактически всегда дает заниженное значение сопротивления. Иные геометрические формы часто используются для И.К. предусматриваемых меньшие значения ионизационного тока,в них, для уменьшения влияния утечки через диэлектрик используется защитное кольцо.

На схеме 5-4 можно показано использование защитного кольца. Тут диэлектрик разделен на 2 части,одна часть отделяет защитное кольцо от отрицательного анода, другая, от катода. Наибольшее падение напряжения просиходит на внешних сегментах, где ток утечки не достигает измерительных приборов. Падение напряжения на внутренних сегментах, обычно небольшое и равно падению напряжения на зажимах амперметра.Однако, компонент утечки тока, который дает шум в сигнал, невелик по сравнению со случаем без защитного кольца.

Рисунок 5-4 И.К. с защитным кольцом

Диэлектрик для И.К., не предназначенных для работы с сильным радиоционным излучением, обычно изготавливают из пластика с высокимзначением сопротивления. Особенно следят за тем, чтобы поверхность максимально возможно не содержала в себе дефектов и

Рисунок 5-5 Измерение малых ионизационных токов, используя сопротивление R и электрометр. C- вгнутреняя емкость камеры+емкость всех связей+паразитная емкость.

примесей, чтобы свести к минимуму поглощение влаги. Радиоционные повреждения в таких материалах, при их использовании в условиях «жёсткой» радиации(ядерный реактор), могут привести к быстрому износу частей диэлектрика. В таких случаях, использутся неорганический материал, такой как, например, керамика, ввиду их более высокой устойчивости к повреждениям радиацией