Іонізаційна камера являє собою пристрій з двох ізольованих електродів, до яких докладено постійна напруга.
У найпростішому випадку іонізаційну камеру можна уявити собі у вигляді двох металевих паралель-них пластин, простір між якими заповнено будь-яким газом, наприклад повітрям.
При впливі іонізуючого випромінювання на газ в ньому утворюються позитивні і негативні іони. При відсутності напруги між пластинами ці іони, як і всі інші нейтральні молекули й атоми газу, бу-дуть перебувати в хаотичному тепловому русі. Однак, якщо до пластин прикласти постійну напругу, рух іонів стає 'спрямованим: поло-тивних іони під впливом електричного поля будуть рухатися до негативно зарядженої пластини - катода, негативні іони - до позитивно зарядженої пластини - анода.
Рух іонів під дією електричного поля викликає появу іонізаційного струму в ланцюзі камери, який може бути визначений за допомогою якого-небудь приладу електровимірювання. Сила іонізаційного струму дорівнює сумарному електричномузаряду, перенесеної-Сінному іонами до електродів камери протягом однієї се-Кунда. Вона визначається числом іонів і залежить від ско-рости їх руху.
Поряд з процесами іонізації в газі одночасно відбувається і зворотний процес - рекомбінація, тобто з'єднання іонів протилежних знаків, в результаті чого утворюються нейтральні атоми і молекули. Реком-бинации відбувається внаслідок зіткнення іонів раз-особистого знака в процесі хаотичного теплового руху-ня молекул газу. Чим більше швидкість хаотичного дві-вання, тобто чим вище температура газу, тим більш ймовірна рекомбінація іонів. З іншого боку, реком-бинации буде пропорційна кількості іонів каж-дого знака. Дійсно, зростання числа позитивних і негативних іонів в одиниці об'єму газу збільшує ймовірність їх зустрічі між собою і, отже, ймовірність утворення нейтральної молекули. Таким чином, в обсязі газу між пластинами камери при впливі іонізуючих випромінювань відбуваються два конкуруючих між собою процесу - утворення іонів і їх рекомбінація. З цієї причини залежність іонізаційного струму від напруги, поданого на пла-Стін, так звана вольтамперная характеристика ка-заходи, має характер, показаний на рис. 13.
Зі збільшенням напруги U і, отже, з ро-стом напруженості електричного поля в просторі між електродами зростає швидкість руху іонів, що призводить до зменшення ймовірності їх рекомбіна-ції. В результаті зростає сила струму в ланцюзі камери (навчаючи-стік Про А, рис. 13).
Однак при подальшому збільшенні напруги на-ступає момент (точка А на кривій рис. 13), коли зростання іонізаційного струму припиняється внаслідок того, що все утворюються іони досягають електродів камери.
Струм, при якому практично все іони, що утворюються в камері в результаті впливу іонізуючого випромі-чення, збираються на електродах, називається струмом на-насичення.
Ділянка АБ вольтамперної характеристики камери со-відповідає режиму струму насичення.
При збільшенні напруги (більше U2) струм в ка-мері знову почне зростати за рахунок того, що електрони, утворені під дією випромінювання, набувають ме-жду двома зіткненнями з молекулами газу досить велику швидкість і в свою чергу починають іонізуючого-вать газ.
Якщо інтенсивність іонізуючого випромінювання возра-стає в 2 рази, буде утворюватися в 2 рази більше іонів. Це викликає збільшення іонізаційного струму, але одночасно в 4 рази збільшується і ймовірність ре-комбінації. З цієї причини режим струму насичення на-ступає при більшій напрузі U \ на електродах ка-заходи. Очевидно, що струм насичення Гі буде в 2 рази більше струму / н -
Таким чином, в ионизационной камері, що працює в режимі струму насичення, через невеликий проміжок часу після початку дії випромінювання настає рав-новесіе: число пар іонів, що виникають в камері в оди-ніцу часу, дорівнює кількості пар іонів, що потрапляють на електроди за той же час. Звідси величина струму насичена-ня дорівнює
/ H = JV • е • V ампер,
де N - число пар іонів, що виникають в 1 секунду в 1 см 3 камери;
V - об'єм камери в см 3;
е -заряд кожного іона в кулонах.
З цієї формули випливає, що величина струму насичена-ня може служити мірою потужності дози випромінювання, ко-торая завжди пропорційна числу пар іонів, утворюють-трудящих в 1 см 3 повітря в одиницю часу. Шкала електро-вимірювального приладу, включеного в ланцюг камери, мо-же бути проградуірована безпосередньо в одиницях потужності дози (наприклад, рентген / годину).
Слід зазначити, що наведена на рис. 13 вольт-амперна характеристика буде притаманна ионизационной камері, між електродами якої електричне поле строго рівномірно, тобто напруженість поля в будь-якій точці постійна.
Для найпростішої камери, що складається з двох парал-лельно пластин, ця умова не виконується. На рис. 14 силовими лініями показаний характер електричного поля між пластинами, що знаходяться в однорідному воздуш-ном просторі. Густота силових ліній пропорції-нальна напруженості електричного поля.
У такій камері з ростом напруги на пластинах сила іонізаційного струму буде безперервно увеличи-тися.
Дійсно, при якомусь напрузі настане режим струму насичення в просторі між пласти-нами, де напруженість електричного поля максі-мінімальний (область АБ). Однак в інших областях (БВ, ВГ) напруженість поля ще недостатня, і при подальшому збільшенні різниці потенціалів між пластинами іонізаційний струм буде наростати. Процес наростання буде безперервно тривати, так як електричне поле нічим не обмежена. Таким чином, в такий про-Стейшн ионизационной камері обсяг повітря, з кото-рого відбувається збирання іонів, необмежений і режим струму насичення практично неможливий. Следова-кові, камера такого типу не придатна для вимірювання потужності дози випромінювання за величиною струму насичення.
Обмеження обсягу камери може бути здійснено двома методами - електричним полем і створенням за-критого обсягу за допомогою стінок.
У першому випадку один з електродів камери, в ланцюг якого включається вимірювальний прилад і який зазвичай називається збирає, оточується додаткового-тільних електродом, як показано на рис. 15.
Якщо на додатковий електрод Д подати потен-циал, дорівнює потенціалу збирає, розподіл електричного поля в камері матиме вигляд, показаний-ний на рис. 15. Напруженість електричного поля в межах, обмежених розмірами збирає електро-Трод, тепер уже строго рівномірна.
При впливі випромінювання іонізація повітря, як і раніше, відбувається в усьому об'ємі камери. Однак 'че-рез вимірювальний прилад тепер проходить тільки частина ионизационного 1 струму з стовпа повітря, обмеженого' поверхнею збирає електрода. Обсяг повітря, з якого іони потрапляють на збирає електрод, при-нято називати робочим об'ємом камери. Як видно з рис. 15, робочий об'єм камери становить частину її геометричного обсягу.
Наявність рівномірного електричного поля дозволяє легко забезпечити режим струму насичення і досить точно визначити робочий об'єм камери як добуток площі збирає електрода на висоту h.
Слід зауважити, що навіть невелике розходження в по-потенціалів збирає і додаткового електродів викликає спотворення електричного поля в камері. Це мало вплине на величину напруги, необхідного для забезпечення режиму струму насичення, але може ви-кликати значні відхилення дійсного робочого
обсягу від обчисленого від геометричних розмірів збирає електрода.
Розглянутий вище метод обмеження обсягу иони-заційного камери внаслідок деякої складності не придатний для переносної і польовий дозиметричної апаратури.
Більш простим є другий метод - створення за-критого обсягу за допомогою стінок. Схематичне з-браженіе камери подібного типу показано на рис. 16
Високовольтний електрод являє собою прямоуголь-ву або циліндричну коробку, яка є корпу-сом камери, всередині якої розміщується збирає (внутрішній) електрод. Висновок збирає електрода з корпусу камери здійснюється через бурштиновий або по<- листироловый изолятор, имеющий очень хорошие изоля-ционные свойства. Между высоковольтным и собирающим электродами ставится так называемое охранное кольцо. Охранное кольцо предохраняет цепь собирающего элек-трода от токов утечки по изолятору между высоковольт-ным и собирающим электродами. Эти токи утечки всегда направлены в ту же сторону, что и ионизационный ток камеры, и могут привести к завышению показаний при-бора.
У камерах такого типу збирання іонів відбувається з обсягу, обмеженого стінками. Форма і розміри елек-Трод, в залежності від призначення камери, можуть бути найрізноманітнішими. Зустрічаються камери, електроди яких виконані у вигляді пластин, концентричних ша-рів, коаксіальних циліндрів і іншої форми. Цілком зрозуміло, що створення рівномірного електричного поля в стеночной камерах вельми складно. Однак через наявність обмеженого обсягу режим струму насичення в гакіх камерах отримати можливо, при цьому напруга па електродах має бути вищим.
Для циліндричних і -сферіческіх камер сам вибір конструкції вже зумовлює наявність нерівномірного поля - з наближенням до центрального електроду напря-боргованості поля зростає. Найбільшу рівномірність поля можливо забезпечити в камері зі стінками у вигляді паралелепіпеда і збирає електродом у вигляді пла-Стін, розміщеної паралельно стінок (так звані-травня плоска камера).
Загальний вигляд іонізаційнийкамери циліндричної форми наведено на рис. 17. При тій же відстані ме-жду електродами, що і в плоскій камері, режим струму насичення в циліндричної камері буде забезпечують-тися при більшій напрузі і різниця в напряже-пах буде тим більше, чим більше відношення діаметрів зовнішнього і внутрішнього електродів.
У ионизационной камері, що складається з двох кон-рических куль, нерівномірність поля ще більше, ніж в циліндричній, що може потребувати значного збільшення напруги живлення.
Робочий об'єм стеночной камери завжди менше гео-метричного. Це виходить, по-перше, внаслідок того, що частина обсягу займає збирає електрод, і, по-друге, внаслідок витоку частини іонів на охоронне кільце. Для зменшення витоків конструкція охоронного кільця робиться так, щоб його поверхня, виступаю-щая усередину обсягу камери, була якомога менше.
Як вже зазначалося вище, при одному і тому ж рас-стоянні між електродами найменша напруга, що забезпечує режим струму насичення, має місце для камери плоскої конструкції. Звідси ясно, що іонізующей-ційних камери для польових приладів, де економія пі-танія має істотне значення, повинні мати пло-кую конструкцію.