Ионизационная камера - прибор для исследования и регистрации ядерных частиц и излучения, действие которого основано на способности быстрых заряженных частиц вызывать ионизацию газа. Ионизационная камера представляет собой воздушный или газовый электрический конденсатор, к электродам которого приложена разность потенциалов V. При попадании ионизирующих частиц в пространство между электродами там образуются электроны и ионы газа, которые, перемещаясь в электрическом поле, собираются на электродах и фиксируются регистрирующей аппаратурой.

Различают ионизационные камеры токовые и импульсные. В токовых камерах гальванометром измеряется сила тока I, создаваемого электронами и ионами (рис. 1). Зависимость I от V (рис. 2) — вольтамперная характеристика ионизационной камеры — имеет горизонтальный участок AB, где ток не зависит от напряжения (ток насыщения I₀). Это соответствует полному собиранию на электродах камеры всех образовавшихся электронов и ионов. Участок AB обычно является рабочей областью ионизационной камеры. Токовые ионизационные камеры дают сведения об общем интегральном количестве ионов, образовавшихся в 1 сек. Они обычно используются для измерения интенсивности излучений и для дозиметрических измерений. Так как ионизационные токи в ионизационной камере обычно малы (10^-10—10^-15 А), то они усиливаются с помощью усилителей постоянного тока.

 

 

В импульсных ионизационных камерах регистрируются и измеряются импульсы напряжения, которые возникают на сопротивлении R (рис. 3) при протекании по нему ионизационного тока, вызванного прохождением каждой частицы. Амплитуда и длительность импульсов зависят от величины R , а также от ёмкости С (рис. 3). Для импульсной ионизационной камеры, работающей в области тока насыщения, амплитуда импульса пропорциональна энергии E, потерянной частицей в объёме. Обычно объектом исследования для импульсных камер являются сильно ионизирующие короткопробежные частицы, способные полностью затормозиться в межэлектродном пространстве (α-частицы, осколки делящихся ядер). В этом случае величина импульса пропорциональна полной энергии частицы и распределение импульсов по амплитудам воспроизводит распределение частиц по энергиям, т. е. даёт энергетический спектр частиц. Важная характеристика импульсной камеры — её разрешающая способность, т. е. точность измерения энергии отдельной частицы. Для α-частиц с энергией 5 Мэв разрешающая способность достигает 0,5%.

В импульсном режиме работы важно максимально сократить время t срабатывания ионизационной камеры. Подбором величины R можно добиться того, чтобы импульсы ионизационной камеры соответствовали сбору только электронов, гораздо более подвижных, чем ионы. При этом удаётся значительно уменьшить длительность импульса и достичь t ~ 1 мкс.
Варьируя форму электродов, состав и давление наполняющего газа, обеспечивают наилучшие условия для регистрации определённого вида излучении.

Наиболее простой является ионизационная камера с параллельными плоскими электродами (дисками). Диаметр диска в несколько раз превышает расстояние между ними. В цилиндрической ионизационной камере электроды — два коаксиальных цилиндра, один из которых заземлён и служит корпусом ионизационной камеры (рис. 1). Сферическая ионизационная камера состоит из 2 концентрических сфер (иногда внутренний электрод — стержень).

В ионизационной камере для исследования короткопробежных частиц источник помещают внутри камеры или в корпусе делают тонкие входные окошки из слюды или синтетических материалов. Для исследования γ-излучений ионизация обусловлена вторичными электронами, выбитыми из атомов газа или стенок ионизационной камеры. Чем больше объём камеры, тем больше ионов образуют вторичные электроны. Поэтому для измерения γ-излучении малой интенсивности применяют камеры большого объёма (несколько л и более).

Импульсные ионизационные камеры широко используются в ядерной физике. Возможности импульсных ионизационных камер возросли в связи с прогрессом в технике усиления слабых сигналов, связанным с появлением малошумящих полевых транзисторов. В качестве импульсной ионизационной камеры обычно используют ионизационную камеру с сеткой (рис.1).

Рабочим объёмом является объём между катодом и сеткой. Образовавшиеся в рабочем объёме электроны под действием электрического поля E⁽¹⁾ дрейфуют к сетке, проходят сквозь сетку, увлекаемые более сильным полем E⁽²⁾, действующим между анодом и сеткой, и собираются на аноде. Собирание электронов происходит за несколько микросекунд. За это же время положительные, ионы, обладающие в 10³ раз меньшей подвижностью, практически остаются на месте. Сетка экранирует анод от индукции воздействия положительных, ионов. Поэтому анодный сигнал оказывается пропорциональным собранному на аноде заряду, который, в свою очередь, пропорционален энергии ионизирующей частицы. Такая ионизационная камера позволяет также определить пространственное положение следа (трека) частицы путём регистрации катодного сигнала, времени его задержки по отношению к анодному и фронта нарастания анодного сигнала. Разбивая анод на несколько частей, можно получить информацию о длине трека.