Et ioniseringskammer er en gasfyldt sensor designet til at måle niveauet af ioniserende stråling .
Måling af strålingsniveauet sker ved at måle niveauet af gasionisering i kammerets arbejdsvolumen, som er placeret mellem de to elektroder. Der skabes en potentialforskel mellem elektroderne . Ved tilstedeværelse af frie ladninger i gassen opstår der en strøm mellem elektroderne [1] , som er proportional med hastigheden af forekomsten af ladninger og dermed strålingsdosishastigheden . Et karakteristisk træk ved ioniseringskammeret, i modsætning til andre gasfyldte sensorer, er en relativt lav elektrisk feltstyrke i gasgabet, så strømmen afhænger ikke af spændingen på elektroderne og er lig med produktet af elektronladningen og antallet af ionpar.
I bred forstand omfatter ioniseringskamre også proportionaltællere og Geiger-Muller-tællere . Disse enheder bruger fænomenet den såkaldte gasforstærkning på grund af sekundær ionisering - i et stærkt elektrisk felt accelereres de elektroner, der er opstået under passagen af en ioniserende partikel, til en energi, der er tilstrækkelig til igen at ionisere gasmolekyler. I en snæver forstand er et ioniseringskammer en gasfyldt ioniseringsdetektor, der fungerer uden for gasforstærkningstilstanden. Udtrykket bruges i denne betydning nedenfor.
Gassen, der fylder ioniseringskammeret, er sædvanligvis en inert gas (eller en blanding deraf) med tilsætning af en let ioniserbar forbindelse (normalt et carbonhydrid , såsom methan eller acetylen ), ethanoldamp anvendes også . Åbne ioniseringskamre (f.eks. ioniseringsrøgdetektorer) er fyldt med luft.
Ioniseringskamre er strømførende (integrerende) og pulserende. I sidstnævnte tilfælde opsamles hurtigt bevægende elektroner på anoden af kammeret (i en tid af størrelsesordenen 1 μs), mens langsomt drivende tunge positive ioner ikke når at nå katoden i løbet af denne tid . Dette gør det muligt at registrere individuelle impulser fra hver partikel. En tredje elektrode indføres i sådanne kamre - et gitter placeret nær anoden, hvorpå positivt ladede ioner sætter sig .
Ioniseringskamre giver dig mulighed for at måle ikke kun alfa- , beta- eller gammastråling , men også neutronstråling , hvilket er ret svært, da neutroner ikke bærer en ladning, og deres passage gennem kammerets gasvolumen ikke fører til gasionisering, hvilket kunne måles.
For at måle neutronfluxen er kammeret opdelt i 2 identiske dele. I den første del måles baggrundsioniseringen af gassen på grund af alfa-, beta- eller gammastråling, i den anden del af kammeret påføres bor-10 på væggene (til ioniseringskamre, der måler høje neutronfluxer i atomreaktorer ) eller uran-235 (til kamre, der måler lave neutronfluxer). Når en neutron fanges af en uran-235-kerne, opstår der en tvungen fission af kernen og yderligere ionisering af gassen i kammerets volumen ved hjælp af fissionsfragmenter. Bor-10, efter indfangning af en neutron, henfalder til en lithium-7 kerne og en alfapartikel ifølge reaktionen
10B + n → 11 B* → a + 7 Li + 2,31 MeV .Forskellen i ionisering af begge kammervolumener er proportional med neutronfluxen. En variant af et ioniseringskammer med uran-235 (eller en anden fissil isotop) på elektroderne kaldes et fissionskammer . Nogle gange er kammeret fyldt med en gasformig forbindelse 10 BF 3 - bor-10 trifluorid , hvilket gør det muligt at forbedre effektiviteten af fragmentdetektion.
Ved måling af neutronfluxer kan ioniseringskamre fungere i tre tilstande:
Det bruges på atomkraftværker i neutronfluxkontroludstyret (NFCM) til at måle reaktorens neutroneffekt.
Ioniseringskamre bruges også som røgdetektorer . Luften mellem elektroderne bestråles med alfapartikler (for eksempel bruges americium-241 som en kilde ) og opnår en vis ledningsevne på grund af ionisering. Når røg kommer ind i interelektroderummet, på hvis partikler ionerne neutraliseres, falder lækstrømmen på grund af ionerne.