Was ist Ionisationskammer vs Halbleiterdetektor – Definition

Ionisationskammern

Die Ionisationskammer , auch als  Ionenkammer bekannt , ist ein elektrisches Gerät, das verschiedene Arten 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 Strahlungsdosisraten bevorzugt  ,  da sie keine „Totzeit“ aufweisen, ein Phänomen, das die Genauigkeit der Geiger-Müller-Röhre bei hohen Dosisraten beeinflusst. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass das Betriebsmedium keine inhärente Signalverstärkung aufweist und daher diese Zählertypen 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 ist. Ionisationskammern können im  Strom- oder Impulsmodus betrieben werden. Im Gegensatz dazu werden Proportional- oder Geigerzähler fast immer im Pulsmodus verwendet. Detektoren ionisierender Strahlung können sowohl zur Aktivitätsmessung als auch zur Dosismessung eingesetzt werden. Mit dem Wissen über die Energie, die zur Bildung eines Ionenpaars benötigt wird, kann die Dosis erhalten werden. Das  flache Plattendesign wird bevorzugt,  da es ein genau definiertes aktives Volumen aufweist und sicherstellt, dass sich keine Ionen auf den Isolatoren ansammeln und eine Verzerrung 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 mit Ionenkammerinstrumenten weniger regulierte und dadurch kostengünstigere und tragbarere Netzteile verwendet werden, die dennoch eine einigermaßen genaue Reaktion bieten.
• 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 Borschicht beschichtet ist, kann die (n, alpha) -Reaktion stattfinden. Die meisten (n, alpha) -Reaktionen von thermischen Neutronen sind  10B (n, alpha) 7Li-  Reaktionen, die von einer Gamma-Emission von 0,48 MeV begleitet werden  . Darüber hinaus weist das Isotop Bor-10 einen hohen (n, alpha) Reaktionsquerschnitt entlang des gesamten  Neutronenenergiespektrums auf . Das Alpha-Teilchen verursacht eine Ionisierung innerhalb der Kammer, und ausgestoßene Elektronen verursachen weitere sekundäre Ionisierungen. Ein anderes Verfahren zum Nachweis von Neutronen unter Verwendung einer Ionisationskammer ist die Verwendung des Gases Bortrifluorid  (BF ₃ ) anstelle von Luft in der Kammer. Die ankommenden Neutronen produzieren Alpha-Teilchen, wenn sie mit den Boratomen im Detektorgas reagieren. Beide Methoden können zum Nachweis von Neutronen im Kernreaktor verwendet werden.

Nachteile von Ionisationskammern

• Keine Ladungsverstärkung . Detektoren im Ionisationsbereich arbeiten mit einer geringen elektrischen Feldstärke, die so ausgewählt ist, dass keine Gasvermehrung stattfindet. Die gesammelte Ladung (Ausgangssignal) ist unabhängig von der angelegten Spannung und ist für einzelne Partikel mit minimaler Ionisierung tendenziell recht klein und erfordert normalerweise 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 . Da es sich jedoch um ein kleines Signal handelt, kann dieses Signal mit Standardelektronik erheblich verstärkt werden. Ein Strom von 1 Mikroampere besteht aus etwa 10 ¹²  Elektronen pro Sekunde.
• Niedrige Dichte . Gammastrahlen lagern deutlich weniger Energie im Detektor ab als andere Partikel. Der Wirkungsgrad der Kammer kann durch die Verwendung eines Hochdruckgases weiter gesteigert werden.
• Damit  Alpha-  und  Betateilchen  durch Ionisationskammern nachgewiesen werden können, müssen sie mit einem  dünnen Fenster versehen sein . Dieses „Endfenster“ muss dünn genug sein, damit die Alpha- und Betateilchen eindringen können. Ein Fenster mit nahezu beliebiger Dicke verhindert jedoch, dass ein Alpha-Partikel in die Kammer gelangt. Das Fenster besteht üblicherweise aus Glimmer mit einer Dichte von ca. 1,5 – 2,0 mg / cm ² .