А. Общие положения.
В токовых ИК в которых гальванометром измеряется сила тока I, создаваемого электронами и ионами, зависимость I от V () вольтамперная характеристика имеет горизонтальный участок, где ток не зависит от напряжения (ток насыщения I0). Это соответствует полному собиранию на электродах всех образовавшихся электронов и ионов. Участок насыщения обычно является рабочей областью ИК. Токовые ионизационная камера
Рисунок 5-13. Эквивалентная схема И.К. работающей в импульсном режиме. Здесь Vr-внешнее приложенное напряжение, а С- емкость камеры плюс любые параллельные емкости.
дают сведения об общем интегральном количестве ионов, образовавшихся в 1 сек. Они обычно используются для измерения интенсивности излучений и для дозиметрических измерений. Помимо токовых есть ИК используемые в импульсном режиме. В импульсных камерах регистрируются отдельные импульсы от каждой ионизирующей частицы. Как уже говорилось в 4 главе, импульсный режим обладает рядом преимуществ, особенно это касается чувствительности и разрешающей способности детектора. ИК с импульсным режимом используются в спектроскопии ионизирующего излучения, хотя раньше вместо них использовались полупроводниковые барьерные детекторы. Однако, импульсные ИК играют значительную роль при решениях задач, связанных с детектированием нейтронного излучения, о чем подробнее - в 14 главе.
Эквивалентная схема ИК в импульсном режиме, изображена на картинке 5-13. Напряжение на нагрузке R – главный электрический сигнал. При отсутствии ионизационного заряда, напряжение на сопротивление будет = 0, и сигнала не будет, а все начальное напряжение Vo уйдет на саму ИК. Когда ионизирующие частицы проходят сквозь объем ИК, создаются ионные пары, отклоняющиеся и дрейфующие под действием электрического поля. Как будет показано далее, эти дрейфующие заряды будут служить причиной индуцирования зарядов на электродах камеры и, как следствие, начальное напряжение Vo ИК будет уменьшаться. Затем появляется напряжение на нагрузке, которое равно значению, на которое снизилось напряжение на ИК Когда все заряды ИК находятся на противоположных электродах, это напряжение становится максимальным. Затем происходит медленное возвращение к состоянию равновесия за время, определяемое постоянной RC внешнего контура. В течение этого времени, напряжение на нагрузке достигает 0, а напряжение на ИК возвращается к начальному значению Vo. Если постоянная времени RC цепи превышает время сбора зарядов внутри ИК, образовывается сигнал с амплитудой, показывающей величину первичного заряда ИК.
Раннее, когда мы упоминали электроны и их подвижность в газах, мы говорили, что для сбора электронов в пространстве, диапазоном несколько сантиметров, необходимо всего несколько микросекунд. С другой стороны ионы (не играет роли, положительные или отрицательные) передвигаются медленнее и для их сбора необходимо время, измеряемое уже миллисекундами. Сигнал, точно отражает первоначальный заряд и ионов и электронов, который будет создан, но постоянная времени и последующее время формирования импульса будет больше чем миллисекунды. В таких условиях, частота повторения импульсов И.К. не должна быть большой, чтобы избежать избыточного накопления импульсов. Кроме того, выходная чувствительность цепи с низкими частотами делает систему восприимчивой к микрофонным шумам, образующимся из-за вибраций внутри ИК. По этим причинам, ИК импульсного типа чаще всего работает в электронно-
чувствительном режиме. Здесь взята постоянная времени, которая находится между временем сбора электронов и времени сбора ионов. Амплитуда импульса, отображает дрейф электронов и постоянно меняется. Однако существенную ошибку можно допустить, в случае, если амплитуда исходящего сигнала становится чувствительней по отношению к радиационному взаимодействию внутри камеры и не отражает общее число сформированных ионных пар. Использование более сложных трехэлектродных - сеточных камер, описанных в следующем разделе, может в значительной степени помочь преодолеть данные трудности. Заполняющий газ любой электронно-ионной чувствительной камеры, конечно, необходимо выбирать из тех газов, в которых электроны остаются свободными и не образуют отрицательных ионов.
