Ионизационный метод. 
Дозиметрический контроль

Общие принципы

Ионизационные детекторы по конструкции являются своеобразными конденсаторами. Как и всякий конденсатор, ионизационные детекторы имеют два электрода. Внутренним (собирающим) электродом может служить металлический стержень (в ионизационных камерах) или тонкая металлическая нить d=0,1ч0,5 мм (в газоразрядных счетчиках). Внешним электродом — металлический корпус или стекло с напиленным с внутренней стороны металлом. Пространство между электродами заполнено чистым газом или смесью газов. К электродам приложено большое постоянное напряжение (500−1500 В). Под действием ионизирующего излучения в газе возникают заряды. В электрическом поле детектора электроны движутся к собирающему электроду, а положительные ионы — к отрицательному. В детекторе возникает ионизационный ток, величина которого зависит от вида излучения, приложенного к электродам напряжения, формы электродов и свойства газа-наполнителя.

В обычных условиях газ не является проводником электрического тока, и для возникновения его в детекторе необходимо наличие электрических зарядов и напряжения, приложенного к электродам детектора. Электрические заряды в детекторе создают ионизирующее излучение, причем величина тока в детекторе зависит от вида ионизирующего излучения, его интенсивности и приложенного к электродам напряжения.

Кривая вольт-амперной характеристики делится на несколько областей.

Первая область — область Ома. В присутствии источника излучения в газе детектора наряду с процессом ионизации протекает процесс рекомбинации. При небольших напряжениях, приложенных к электродам детектора, лишь малая часть достигает их, а остальные рекомбинируют. С увеличением напряжения возрастает скорость движения зарядов, уменьшается вероятность рекомбинации, всё больше зарядов доходит до электродов и ионизационный ток растет пропорционально напряжению, т. е. в этой области применим закон Ома.

Вторая область — область тока насыщения (в данном режиме работают ионизационные камеры). В этой области величина ионизационного тока не зависит от напряжения на электродах детектора, и это объясняется тем, что практически все заряды, созданные ионизирующим излучением, доходят до электрода детектора. Ток, отвечающий горизонтальному участку кривой, — ток насыщения. Значения тока насыщения служат мерой ионизации газа. Чем больше ионизационный эффект, тем больше величина ионизационного тока. Поэтому по току насыщения можно определить вид и энергию излучения, активность радионуклида, мощность дозы излучения. Ток насыщения определяется по формуле:

Iн = N•V•e,.

где N — число пар ионов, образованных в 1 с в 1 см 3 ионизационной камеры; e — заряд электрона; V — рабочий объем камеры, см 3.

Третья область — область пропорциональности. Дальнейшее возрастание ионизационного тока с увеличением напряжения объясняется вторичной ионизацией, т.к. наиболее подвижные заряды в электрическом поле детектора приобретают достаточную кинетическую энергию для ионизации нейтральных атомов газа-наполнителя. При вторичной ионизации происходит лавинообразное размножение зарядов. Такой механизм образования дополнительных зарядов в результате вторичной ионизации получил название ударной ионизации, а вся область напряжений, при которых она возникает, — областью ударной ионизации.

Размножение зарядов в газе характеризуется коэффициентом газового усиления К, который равен отношению ионизационного тока в газе Iг к току насыщения:

K = Iг / Iн Коэффициент газового усиления является постоянной величиной для данного детектора, он зависит от природы газа-наполнителя, его давления, напряжения на электродах детектора и от конструкционных особенностей детектора. С увеличением напряжения коэффициент газового усиления в области пропорциональности растет по нелинейному закону от 1 до 104.

Если ток насыщения обусловлен только первичной ионизацией, то ток Iг в газе — первичной и вторичной ионизацией, причем ток Iг в газе детектора пропорционален первичной ионизации, т. е. чем больше ионных пар создает ионизирующее излучение в газе, тем больше ионизационный ток Iг. Поэтому эту область называют областью пропорциональности. В ней работают пропорциональные счетчики.

Пропорциональные счетчики можно использовать для тех же целей, что и ионизационные камеры, но первые за счет коэффициента газового усиления более чувствительны к излучению.

Четвертая область — область ограниченной пропорциональности. В этой области нарушается пропорциональность между величинами ионизационного тока и первичной ионизации. При одном и том же напряжении коэффициент газового усиления для би в-частиц различен, и поэтому эти кривые не идут параллельно. Область ограниченной пропорциональности практически не используется для регистрации ионизирующих излучений. радионуклид излучение ионизирующий Пятая область вольт-амперной характеристики — область Гейгера. Дальнейшее увеличение ионизационного тока с увеличением напряжения на электродах детектора также объясняется вторичной ионизацией. В области пропорциональности газовый разряд охватывает небольшую часть объема детектора, в области Гейгера — весь объем. В области Гейгера величина тока совершенно не зависит от первичной ионизации, и газовый разряд охватывает одинаково весь объем счетчика при появлении в газе одной или нескольких тысяч ионных пар. Вторичная ионизация в этой области определяет значение ионизационного тока. В области Гейгера работают счетчики Гейгера-Мюллера, но их нельзя применять для определения вида и энергии излучений.