Was ist Ionisationskammer vs Proportional Counter

Im Allgemeinen sind die Ionisationskammer und auch der Proportionalzähler Arten von Gasionisationsdetektoren. Ionisationskammern können im Strom- oder Impulsmodus betrieben werden. Im Gegensatz dazu werden Proportionalzähler fast immer im Impulsmodus verwendet. Strahlendosimetrie

Im Allgemeinen sind die Ionisationskammer und auch der Proportionalzähler Arten von gasförmigen Ionisationsdetektoren. Diese können nach der an den Detektor angelegten Spannung kategorisiert werden:

Wie bei anderen Detektoren können Ionisationskammern 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.

Ionisationskammer

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 Arten von Zählern 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 sammeln 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 Nuclear 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 besteht darin, das Gas- Bortrifluorid (BF ₃ ) anstelle von Luft in der Kammer zu verwenden. 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 .

Proportionalzähler

Ein Proportionalzähler , auch als Proportionaldetektor bekannt , ist ein elektrisches Gerät, das verschiedene Arten ionisierender Strahlung erfasst. Die Spannung des Detektors wird so eingestellt, dass die Bedingungen dem Proportionalbereich entsprechen . In diesem Bereich ist die Spannung hoch genug, um die Primärelektronen mit ausreichender Beschleunigung und Energie zu versorgen, damit sie zusätzliche Atome des Mediums ionisieren können. Diese gebildeten Sekundärionen ( Gasverstärkung ) werden ebenfalls beschleunigt, was einen als Townsend-Lawinen bekannten Effekt verursacht , der einen einzelnen großen elektrischen Impuls erzeugt.

Vorteile von Proportionalzählern

Verstärkung . Gasförmige Proportionalzähler arbeiten normalerweise in hohen elektrischen Feldern in der Größenordnung von 10 kV / cm und erreichen typische Verstärkungsfaktoren von etwa 10 ⁵ . Da der Verstärkungsfaktor stark von der angelegten Spannung abhängt, ist die gesammelte Ladung (Ausgangssignal) auch von der angelegten Spannung abhängig und Proportionalzähler benötigen eine konstante Spannung. Der hohe Verstärkungsfaktor des Proportionalzählers ist der Hauptvorteil gegenüber der Ionisationskammer.
Empfindlichkeit . Der Prozess der Ladungsverstärkung verbessert das Signal-Rausch-Verhältnis des Detektors erheblich und reduziert die nachfolgende erforderliche elektronische Verstärkung. Da der Prozess der Ladungsverstärkung das Signal-Rausch-Verhältnis des Detektors erheblich verbessert, ist die anschließende elektronische Verstärkung normalerweise nicht erforderlich. Proportionalzählererkennungsinstrumente sind sehr empfindlich gegenüber geringen Strahlungswerten. Darüber hinaus ist bei der Messung der Stromabgabe ein Proportionaldetektor für Dosisraten nützlich,
da das Ausgangssignal proportional zur durch Ionisation abgelagerten Energie und daher proportional zur Dosisrate ist.
Spektroskopie . Durch geeignete funktionale Anordnungen, Modifikationen und Vorspannungen kann der Proportionalzähler verwendet werden, um Alpha-, Beta-, Gamma- oder Neutronenstrahlung in gemischten Strahlungsfeldern zu erfassen. Darüber hinaus können Proportionalzähler Partikel identifizieren und Energie messen (Spektroskopie). Die Impulshöhe spiegelt die Energie wider, die durch die einfallende Strahlung im Detektorgas abgelagert wird. Als solches ist es möglich, die größeren Impulse, die von Alpha-Partikeln erzeugt werden , von den kleineren Impulsen zu unterscheiden, die von Beta-Partikeln oder Gammastrahlen erzeugt werden .

Nachteile von Proportionalzählern

Konstante Spannung . Wenn Instrumente im Proportionalbereich betrieben werden, muss die Spannung konstant gehalten werden . Bleibt eine Spannung konstant, ändert sich auch der Gasverstärkungsfaktor nicht. Der Hauptnachteil bei der Verwendung von Proportionalzählern in tragbaren Instrumenten besteht darin, dass sie eine sehr stabile Stromversorgung und einen Verstärker benötigen, um konstante Betriebsbedingungen (in der Mitte des Proportionalbereichs) zu gewährleisten. Dies ist in einem tragbaren Instrument schwer vorzusehen, und deshalb werden Proportionalzähler eher in festen oder Laborinstrumenten verwendet.
Abschrecken . Für jedes in der Kammer gesammelte Elektron bleibt ein positiv geladenes Gasion übrig. Diese Gasionen sind im Vergleich zu einem Elektron schwer und bewegen sich viel langsamer. Freie Elektronen sind viel leichter als die positiven Ionen, daher werden sie viel schneller zur positiven Zentralelektrode gezogen als die positiven Ionen zur Kammerwand. Die resultierende Wolke positiver Ionen in der Nähe der Elektrode führt zu Verzerrungen bei der Gasvermehrung. In der Praxis wird die Beendigung der Lawine durch den Einsatz von „ Lösch “ -Technikenverbessert.

Dieses Diagramm zeigt die Anzahl der im gasgefüllten Detektor erzeugten Ionenpaare, die sich je nach angelegter Spannung für konstant einfallende Strahlung ändert. Die Spannungen können abhängig von der Detektorgeometrie und dem Gastyp und -druck stark variieren. Diese Figur zeigt schematisch die verschiedenen Spannungsbereiche für Alpha-, Beta- und Gammastrahlen. Es gibt sechs praktische Hauptbetriebsbereiche, in denen drei (Ionisations-, Proportional- und Geiger-Müller-Bereich) zur Detektion ionisierender Strahlung nützlich sind. Alpha-Partikel sind ionisierender als Beta-Partikel und als Gammastrahlen, so dass im Ionenkammerbereich durch Alpha mehr Strom erzeugt wird als durch Beta und Gamma, aber die Partikel können nicht unterschieden werden. Im proportionalen Zählbereich wird von Alpha-Partikeln mehr Strom erzeugt als von Beta. Aufgrund der Art der proportionalen Zählung ist es jedoch möglich, Alpha-, Beta- und Gamma-Impulse zu unterscheiden. In der Region Geiger gibt es keine Unterscheidung zwischen Alpha und Beta, da ein einzelnes Ionisationsereignis im Gas zu derselben Stromabgabe führt.

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Dieser Artikel basiert auf der maschinellen Übersetzung des englischen Originalartikels. Weitere Informationen finden Sie im Artikel auf Englisch. Sie können uns helfen. Wenn Sie die Übersetzung korrigieren möchten, senden Sie diese bitte an: [email protected] oder füllen Sie das Online-Übersetzungsformular aus. Wir bedanken uns für Ihre Hilfe und werden die Übersetzung so schnell wie möglich aktualisieren. Danke.