En joniseringskammare är en gasfylld sensor designad för att mäta nivån av joniserande strålning .
Mätning av strålningsnivån sker genom att mäta nivån av gasjonisering i kammarens arbetsvolym, som är belägen mellan de två elektroderna. En potentialskillnad skapas mellan elektroderna . I närvaro av fria laddningar i gasen uppstår en ström mellan elektroderna [1] , som är proportionell mot graden av förekomst av laddningar och följaktligen stråldoshastigheten . En utmärkande egenskap hos joniseringskammaren, till skillnad från andra gasfyllda sensorer, är en relativt låg elektrisk fältstyrka i gasgapet, så strömmen beror inte på spänningen på elektroderna och är lika med produkten av elektronladdningen och antalet jonpar.
I vid bemärkelse inkluderar joniseringskammare även proportionellräknare och Geiger-Mullerräknare . Dessa enheter använder fenomenet med den så kallade gasförstärkningen på grund av sekundär jonisering - i ett starkt elektriskt fält accelereras elektronerna som har uppstått under passagen av en joniserande partikel till en energi som är tillräcklig för att i sin tur jonisera gasmolekyler. I en snäv mening är en joniseringskammare en gasfylld joniseringsdetektor som arbetar utanför gasförstärkningsmoden. Termen används i denna mening nedan.
Gasen som fyller joniseringskammaren är vanligtvis en inert gas (eller en blandning därav) med tillsats av en lätt joniserbar förening (vanligtvis ett kolväte , såsom metan eller acetylen ), etanolånga används också . Öppna joniseringskammare (t.ex. joniseringsrökdetektorer) är fyllda med luft.
Joniseringskammare är ström (integrerande) och pulsade. I det senare fallet samlas snabbt rörliga elektroner på anoden av kammaren (under en tid av storleksordningen 1 μs), medan långsamt drivande tunga positiva joner inte hinner nå katoden under denna tid . Detta gör det möjligt att registrera individuella pulser från varje partikel. En tredje elektrod införs i sådana kamrar - ett rutnät som ligger nära anoden, på vilket positivt laddade joner sätter sig .
Joniseringskammare låter dig mäta inte bara alfa- , beta- eller gammastrålning , utan också neutronstrålning , vilket är ganska svårt, eftersom neutroner inte bär en laddning och deras passage genom kammarens gasvolym inte leder till gasjonisering, vilket kunde mätas.
För att mäta neutronflödet är kammaren uppdelad i 2 identiska delar. I den första delen mäts bakgrundjoniseringen av gasen på grund av alfa-, beta- eller gammastrålning, i den andra delen av kammaren appliceras bor-10 på väggarna (för joniseringskammare som mäter höga neutronflöden i kärnreaktorer ) eller uran-235 (för kammare som mäter låga neutronflöden). När en neutron fångas upp av en uran-235 kärna uppstår en påtvingad klyvning av kärnan och ytterligare jonisering av gasen i kammarens volym av fissionsfragment. Bor-10, vid infångning av en neutron, sönderfaller till en litium-7 kärna och en alfapartikel enligt reaktionen
10B + n → 11 B* → a + 7 Li + 2,31 MeV .Skillnaden i jonisering av båda kammarvolymerna är proportionell mot neutronflödet. En variant av en joniseringskammare med uran-235 (eller annan klyvbar isotop) på elektroderna kallas en klyvningskammare . Ibland är kammaren fylld med en gasformig förening 10 BF 3 - bor-10 trifluorid , vilket gör det möjligt att förbättra effektiviteten av fragmentdetektion.
Vid mätning av neutronflöden kan joniseringskammare fungera i tre lägen:
Den används vid kärnkraftverk i neutronflödeskontrollutrustningen (NFCM) för att mäta neutroneffekten i reaktorn.
Joniseringskammare används också som rökdetektorer . Luften mellan elektroderna bestrålas med alfapartiklar (till exempel används americium-241 som en källa ) och får viss ledningsförmåga på grund av jonisering. När rök kommer in i interelektrodutrymmet, på vars partiklar jonerna neutraliseras, minskar läckströmmen på grund av jonerna.