Охранные кольца и плоские цилиндрические камеры

В простейшей конструкции ионизационной камеры, показанной на рис. 5.1, создаваемое между электродами электрическое поле подвержено «окантовыванию» и «выпячиванию» в смежные с электродами области. За счет таких выпячиваний нечетко определенным становится объем, из которого собираются ионы. С увеличением напряжения смещения электрическое поле в окантовывающих областях становится сильнее, объем эффективно расширяется, что приводит к сбору дополнительных ионов. В результате, размеры собирающего объема зависят от напряжения смещения. В идеале, объем должен оставаться постоянным и независящим от .

Добавление охранного контура к основной конструкции ионизационной камеры позволит четко определить собирающий объем и исключить влияние окантовывания электрического поля. Добавление охранного контура показано на рис. 5.6. С внешней стороны обоих собирающих электродов размещаются дополнительные электроды с подведенным напряжением так, что электрическое поле расширяется за пределы границ изначального собирающего электрода. Эти электроды называются охранными электродами. Охранные электроды размещаются в непосредственной близости с собирающими электродами, но изолированы от них.

Рис. 5.6. Использование охранных электродов в ионизационной камере

На практике часто ионизационные камеры создаются цилиндрически симметричными (например, вдоль вертикальной оси, проходящей через центр электродов), в этом случае достаточно одного охранного электрода, размещенного концентрически вокруг каждого круглого собирающего электрода. В этом случае, электрода называется охранным кольцом. На рис. 5.6 показано, что линии электрического поля между собирающими электродами параллельны, таким образом, собирающий объем не изменяется при изменении напряжения смещения. Нежелательная ионизация в областях окантовывания электрического поля собирается охранными электродами. Как видно из схемы включения источника смещения и измерительного устройства, заряд, обусловленный этой ионизацией, не измеряется. А измеряется лишь ионизация, созданная в области измерительного объема, отмеченной пунктирными линиями на рис. 5.6. Для запитывания собирающих и охранных электродов достаточно использования одного источника напряжения. К тому же, верхний собирающий электрод и охранное кольцо могут быть конструктивно выполнены как одна цельная пластина, поскольку они электрически связаны.

Плоская цилиндрическая камера является практическим воплощением схемы рисунка 5.6. Сечение этой камеры показано на рис. 5.7. Корпус камеры состоит из чашевидной полости, созданной из непроводящего материала, возможно из некоторого типа пластмассы. Крышкой камеры является тонкая пленка проводящего материала, например лавсана (полиэтилентерефталат – ПЭТФ) покрытого тонким алюминиевым или графитовым слоем. Покрытый лавсан служит как положительно смещенным собирающим электродом, так и охранным кольцом. На дне корпуса камеры располагаются собирающий электрод и окружающее его охранное кольцо. Собирающий объем четко определяется как область, расположенная непосредственно над собирающим электродом.

Рис. 5.7. Плоская цилиндрическая ионизационная камера

Небольшое воздуховыпускное отверстие в корпусе камеры уравновешивает давление в камере с внешними условиями. Камера с такой особенностью называется камерой открытого типа. Количество образуемой ионизации зависит от числа молекул в камере, которое в свою очередь зависит от атмосферного давления и температуры. Поэтому необходимо использовать поправочный коэффициент, учитывающий ежедневные флуктуации температуры и давления для получения достоверных результатов измерений. Альтернативой камере открытого типа является закрытая или герметизированная ионизационная камера, в которой запаян определенный объем воздуха. Герметизированные камеры всегда воспроизводят одинаковый отклик на равное количество излучения независимо от внешней температуры или давления. Однако при использовании камер закрытого типа необходимо следить за тем, чтобы не нарушить герметизацию. Существенный перепад давления (например, при подъеме камеры на большую высоту) может привести к нарушению герметичности, и следовательно к несостоятельности калибровочного коэффициента.

Плоские цилиндрические камеры с очень тонким входным окном успешно показали себя в измерениях низкоэнергетического γ-излучения. Тонкое окно пропускает в активный объем камеры γ-излучения с исключительно низкой энергией. Камера с более толстыми стенками будет избирательно ослаблять γ-излучения с меньшей энергией, что привет к неравномерному отклику в диапазоне энергий γ-излучения.

Преимущества использования ИК с геометрией плоского цилиндрического типа состоят в следующем:

(1) Экспозиционная доза (а в последствии и поглощенная доза) может быть определена в непосредственной близости к поверхности среды, особенно если расстояние между электродами мало.

(2) В случаях резкого изменения дозы по глубине вещества (например, для электронной дозиметрии) малое расстояние между электродами позволяет очень точно определять глубину.

(3) При электронной дозиметрии с использованием цилиндрических камер необходимо проводить смещающую коррекцию по отношению к фактическому расположению ионизационной камеры. Плоские цилиндрические камеры не требуют проведения такой коррекции.