Vor- und Nachteile von Ionisationskammern – Definition

Die Ionisationskammer , auch Ionenkammer genannt , ist ein elektrisches Gerät, das verschiedene Arten von ionisierender Strahlung erfasst . Die Spannung des Detektors wird so eingestellt, dass die Bedingungen dem Ionisationsbereich entsprechen . Die Spannung ist nicht hoch genug, um eine Gasverstärkung (Sekundärionisation) zu erzeugen.

Vorteile von Ionisationskammern

• Momentaner Zustand. Ionisationskammern werden für hohe Strahlendosisleistungen bevorzugt , da sie keine „Totzeit“ aufweisen, ein Phänomen, das die Genauigkeit der Geiger-Müller-Röhre bei hohen Dosisleistungen beeinträchtigt. Dies liegt an der Tatsache, dass das Betriebsmedium keine inhärente Signalverstärkung aufweist und diese Arten von Zählern daher nicht viel Zeit benötigen, um sich von großen Strömen zu erholen. Da es keine Verstärkung gibt, bieten sie außerdem eine hervorragende Energieauflösung, die hauptsächlich durch elektronisches Rauschen begrenzt wird. Ionisationskammern können im Strom- oder Impulsmodus betrieben werden. Proportionalzähler oder Geigerzähler werden dagegen fast immer im Pulsbetrieb eingesetzt. Detektoren für ionisierende Strahlung können sowohl zur Aktivitätsmessung als auch zur Dosismessung eingesetzt werden. Mit dem Wissen über die Energie, die zur Bildung eines Ionenpaares benötigt wird, kann die Dosis erhalten werden. Das flache Plattendesign wird bevorzugt, weil es ein genau definiertes aktives Volumen hat und sicherstellt, dass sich keine Ionen auf den Isolatoren ansammeln und eine Störung des elektrischen Feldes verursachen.
• Einfachheit . Der Ausgangsstrom ist unabhängig von der Betriebsspannung des Detektors. Beobachten Sie den flachen Bereich der Kurve im Bereich der Ionenkammer. Infolgedessen können weniger regulierte und dadurch kostengünstigere und tragbarere Stromversorgungen mit Ionenkammerinstrumenten verwendet werden und bieten dennoch eine einigermaßen genaue Reaktion.
• Neutronendetektion . In Kernreaktoren werden Ionisationskammern im aktuellen Modus häufig zum Nachweis von Neutronen verwendet und gehören zum Neutron Instrumentation System (NIS). Wenn beispielsweise die innere Oberfläche der Ionisationskammer mit einer dünnen Schicht Bor beschichtet ist, kann die (n, alpha) -Reaktion stattfinden. Die meisten (n, alpha) -Reaktionen von thermischen Neutronen sind 10B (n, alpha) -7Li- Reaktionen, die mit einer Gamma-Emission von 0,48 MeV einhergehen . Darüber hinaus weist das Isotop Bor-10 einen hohen (n, alpha) Reaktionsquerschnitt entlang des gesamten Neutronenenergiespektrums auf . Das Alpha-Teilchen bewirkt eine Ionisierung innerhalb der Kammer, und ausgestoßene Elektronen verursachen weitere sekundäre Ionisierungen. Ein anderes Verfahren zum Nachweis von Neutronen unter Verwendung einer Ionisationskammer besteht in der Verwendung des GasesBortrifluorid (BF ₃ ) anstelle von Luft in der Kammer. Die einfallenden Neutronen produzieren Alpha-Partikel, wenn sie mit den Boratomen im Detektorgas reagieren. Mit beiden Methoden können Neutronen im Kernreaktor nachgewiesen werden.

Nachteile von Ionisationskammern

• Keine Ladungsverstärkung . Detektoren im Ionisationsbereich arbeiten mit einer geringen elektrischen Feldstärke, die so gewählt ist, dass keine Gasvermehrung stattfindet. Die gesammelte Ladung (Ausgangssignal) ist unabhängig von der angelegten Spannung und ist für einzelne minimalionisierende Partikel in der Regel recht klein und erfordert spezielle rauscharme Verstärker, um eine effiziente Betriebsleistung zu erzielen. In Luft, benötigt die mittlere Energie ein Ion ist etwa 34 eV, also eine 1 MeV Strahlung vollständig in dem Detektor erzeugt etwa absorbiert herzustellen 3 x 10 ⁴ Paar – Ionen . Es ist zwar ein kleines Signal, dieses Signal kann jedoch mit Standardelektronik erheblich verstärkt werden. Ein Strom von 1 Mikroampere besteht aus ungefähr 10 ¹² Elektronen pro Sekunde.
• Geringe Dichte . Gammastrahlen geben deutlich weniger Energie an den Detektor ab als andere Partikel. Der Wirkungsgrad der Kammer kann durch die Verwendung eines Hochdruckgases weiter erhöht werden.
• Damit Alpha- und Betateilchen von Ionisationskammern erfasst werden können, müssen sie mit einem dünnen Fenster versehen sein . Dieses „Endfenster“ muss dünn genug sein, damit die Alpha- und Betateilchen eindringen können. Ein fast beliebig dickes Fenster verhindert jedoch, dass Alpha-Partikel in die Kammer gelangen. 2,0 mg / cm – Das Fenster wird in der Regel von Glimmer mit einer Dichte von etwa 1,5 hergestellt ² .

Ionisationsregion

Im Ionisationsbereich bewirkt ein Spannungsanstieg keinen wesentlichen Anstieg der Anzahl der gesammelten Ionenpaare. Die Anzahl der von den Elektroden gesammelten Ionenpaare entspricht der Anzahl der durch die einfallende Strahlung erzeugten Ionenpaare und hängt von der Art und Energie der Partikel oder Strahlen in der einfallenden Strahlung ab. Daher ist die Kurve in diesem Bereich flach. Die Spannung muss höher sein als der Punkt, an dem dissoziierte Ionenpaare rekombinieren können. Andererseits ist die Spannung nicht hoch genug, um eine Gasverstärkung (Sekundärionisation) zu erzeugen. Detektoren im Ionisationsbereich arbeiten mit einer geringen elektrischen Feldstärke, die so ausgewählt ist, dass keine Gasvermehrung stattfindet. Ihr Strom ist unabhängig von der angelegten Spannung und sie sind esbevorzugt für hohe Strahlungsdosisraten, da sie keine „Totzeit“ haben, ein Phänomen, das die Genauigkeit der Geiger-Müller-Röhre bei hohen Dosisraten beeinflusst.