Camera de ionizare

Camera de ionizare

Schema camerei de ionizare, care colectează ioni care rezultă din ionizarea gazului. O tensiune mare se aplică celor doi electrozi conductori, catodului și anodului. O particulă care trece printr-un gaz creează ioni, în timp ce ionii pozitivi se deplasează spre catod și ionii negativi se deplasează în anod.

Camera de ionizare, un instrument de investigare și înregistrare a particulelor nucleare și a radiațiilor, a căror acțiune se bazează pe capacitatea particulelor încărcate rapid de a provoca ionizarea gazului.

1.2.1 Principii de funcționare și caracteristici de bază

Camera de ionizare măsoară fie curentul de ionizare, fie încărcăturile de energie electrică apărute în volumul gazului. Pentru a separa diferitele încărcări de volumul de gaz, se aplică o anumită diferență de potențial. Tensiunea electrică este aplicată elementelor camerei de ionizare, numite electrozi. Acestea limitează volumul de lucru al camerei de ionizare, adică volumul gazului prin care curge curentul de ionizare. Tensiunea la electrozi a fiecărei camere de ionizare este determinată de designul, presiunea și natura gazului de umplere. Trebuie să asigure curentul de saturație prin gaz. Cu această tensiune, toți ionii formați de radiația nucleară în volumul de lucru cad pe electrozi, iar camera de ionizare este caracterizată printr-un maxim

Fig. 3. Schema camerei de ionizare

Sensibilitatea detectorului este înțeleasă ca fiind un curent minim de ionizare, care poate fi măsurat cu un detector. Cu cât este mai mare sensibilitatea, cu atât este mai mică intensitatea radiației detectată de detector. Ionizare foarte sensibilă

camerele de măsură măresc curenții de până la 10 -15 A.

Camerele de ionizare funcționează la tensiuni corespunzătoare unei descărcări silențioase, care nu este auto-susținută, în gaz (figura 2, secțiunile I și II), de regulă, în regiunea curentului de saturație (secțiunea II). Tensiunea de funcționare este selectată în mijlocul platoului.

Atunci când funcționează sub tensiune camera de ionizare în saturație platou curent J n variază liniar în funcție de intensitatea radiației I. Fie per unitate de timp, în fiecare unitate de volum de gaz este produs N = bE / ε perechi de ioni, unde E - particule de energie, b - fracția de energie a particulei absorbită pe unitatea de volum a gazului și ε este energia formării perechii de ioni. Deoarece volumul de lucru al unei anumite camere este constant, curentul de saturație

este proporțională cu intensitatea radiației I.

Cea mai importantă regularitate este folosită la măsurarea radiației nucleare de către o cameră de ionizare. Contorul curent poate fi calibrat nu pe unitate de curent, ci pe unitate de intensitate a radiației, ceea ce simplifică procesarea rezultatelor măsurătorilor.

Înainte de a afla caracteristicile debitului de gaz în camera de ionizare, găsim raportul dintre curentul de ionizare J și densitatea ionilor N. Fie perechi de ioni N forma câte un volum de gaz în fiecare secundă. Parte din perechile de ioni, α NN2 se recombinează, iar cealaltă parte, N-αN2 = N (1-αN). asamblate pe electrozi. Înmulțind ultimul produs cu încărcătura elementară e și cu volumul de lucru V, obținem relația dintre curentul J și curentul de saturație JH = eNV. densitatea ionică N și coeficientul de recombinare α în regiunile din legea lui Ohm și curentul de saturație:

Curentul de ionizare este reprezentat de produsul a doi factori. Primul factor J n este curentul de saturație. Ea curge in gaz daca ionii nu se recombina si este proportional cu densitatea ionilor N. Al doilea factor (1-αN) este egal cu fractia de ioni care cad din gaz catre electrozii. Aceasta depinde atât de coeficientul de recombinare a, cât și de densitatea ionilor N. Dacă densitatea ionilor N este mărită pentru un coeficient constant, atunci nu numai că va crește valoarea curentului Jn. dar și recombinarea ionilor. Prin urmare, densitatea ionilor afectează dublul curentului J. Aceasta contribuie la o creștere a curentului J. și, în același timp, inhibă această creștere. Gradul de influență al fiecărui proces depinde de schimbarea curentului J. Pe măsură ce crește tensiunea pe electrozi, coeficientul de recombinare α scade. iar curentul tinde spre un curent de saturație JH. În regiunea de saturație, aproape toți ionii sunt colectați pe electrozi. Cu toate acestea, platoul are o pantă mică, deoarece

coeficientul de recombinare nu este zero. Prin urmare, o mică fracțiune de ioni se recombină. Cu tensiunea crescândă, fracția de ioni de recombinare devine mai mică, iar curentul J pe platou crește ușor.

Densitatea ionului N și coeficientul de recombinare α sunt determinate de mai mulți factori. Densitatea ionului este legată de intensitatea radiației, natura și presiunea gazului. Coeficientul α este o funcție nu numai a tensiunii la electrozi, ci și a proprietăților gazului (natură, presiune, temperatură). În consecință, curentul de ionizare depinde de mai multe cantități. Când studiem efectul unei valori asupra curentului J, altele sunt considerate constante. Pe măsură ce crește intensitatea radiației I, crește densitatea ionilor N și, prin urmare, recombinarea lor. Pentru a reduce recombinarea, este necesară creșterea tensiunii. Apoi viteza ionului crește, iar coeficientul de recombinare scade. Ca rezultat, diferența dintre parantezele ecuației (2) tinde spre unitate, iar curentul de ionizare la curentul de saturație. Schimbarea ratei de recombinare a ionilor cu intensitate crescătoare am schimbat începutul platoului în regiunea cu tensiuni mai mari. Deoarece granița regiunii de proporționalitate rămâne neschimbată, lățimea platoului este redusă.

Punctul de operare ar trebui să fie întotdeauna selectat pe un platou pentru a menține proporționalitatea curentului de ionizare și intensitatea radiației. Cu toate acestea, în camerele de ionizare plasate într-un câmp de intensități ridicate ale radiațiilor, recombinarea ionilor poate fi atât de semnificativă încât regimul de saturație nu poate fi atins până la limita regiunii de proporționalitate. Regiunea legii lui Ohm în acest caz trece direct în regiunea proporționalității, iar caracteristica de curent-tensiune nu are un platou. Densitatea moleculelor de gaz este proporțională cu presiunea. Prin urmare, la presiuni diferite, radiația nucleară de intensitate constantă creează un număr diferit de perechi de ioni pe unitatea de volum. Cu o presiune tot mai mare, densitatea ionilor devine mai mare și crește recombinarea ionilor. În consecință, pe măsură ce crește presiunea, densitatea ionilor crește, iar fracția de ioni care nu participă la procesul de recombinare scade.

Concurența dintre aceste două efecte explică dependența curentului de ionizare J de presiune (figura 4). La început curentul crește monotonic. Într-un domeniu mic de presiune, care este o caracteristică a fiecărui gaz, curentul de ionizare este proporțional cu presiunea p. De exemplu, pentru argon, liniaritatea schimbării curentului J de la presiunea p este observată în intervalul 0,5-1,2 atm, pentru aer de la 1 la 40 atm, etc. Apoi curentul J atinge un maxim. La o presiune corespunzătoare curentului maxim J max. modificările în ratele formării și recombinarea ionilor sunt egale în valoare absolută și opuse în semn. După maximul curent, recombinarea ionilor devine foarte mare. Cu o creștere suplimentară a presiunii, rata de recombinare a ionilor crește mai repede decât viteza de formare a ionilor, astfel încât curentul de ionizare începe să scadă monotonic. Presiunea gazului modifică atât tensiunile la limita superioară cât și cea superioară ale regiunii de saturație. Cu o presiune tot mai mare, tensiunea inițială devine mai mare. Cu toate acestea, tensiunea superioară trece de asemenea la o regiune superioară. Electronii din gazele mai dens au o traiectorie mai mică decât în ​​cazul gazelor mai puțin dense. Energia pe care un electron o primește de la un câmp electric la

liberă, în primul caz mai puțin decât în ​​cel de-al doilea. Pentru a accelera un electron la o energie mai mare decât energia ionizată moleculară, este necesară o tensiune mai mare.

Fig. 4. Dependența curentului de ionizare de presiunea gazului în camera de ionizare.

Numărul ionilor produși în 1 cm3 din volumul de muncă în condiții de altfel egale (presiune, intensitatea radiației, și așa mai departe. D.) Depinde de natura gazului (densitatea gazului de electroni atomic egal cu numărul de electroni atomice în 1 cm3 de gaz, iar energia formarea de perechi de ioni). La aceeași presiune și volum de gaz, curentul de ionizare din camera de ionizare umplută cu argon (Z = 18, ε = 27 eV) este mai mare decât în

cameră de ionizare umplută cu azot (Z = 7, ε = 32 eV).

Rata medie de mișcare termică a moleculelor și a ionilor dintr-un gaz este proporțională cu temperatura. Încălzirea gazului determină o mișcare termică mai intensă a ionilor, iar recombinarea ionilor crește. În regimul de saturație, acest efect este mic, deoarece viteza ionică în direcția câmpului electric este mult mai mare decât viteza mișcării termice.

Articole similare

• Gheață înghețată pe spatele frigiderului - normă sau defecțiune

• Netatmo de bun venit camera inteligent cu recunoașterea feței, chip Rusia

• Cum se pornește camera web pe un laptop

Trimiteți-le prietenilor: