Ионизационные камеры для -излучения. Бета-частицы отли-4аются от а-частиц значительно меньшей ионизирующей способностью (порядка десятков пар ионов на 1 см пути в воздухе при нормальных условиях) и соответственно большей проникающей способностью. Пробег р-частиц в воздухе при нормальных условиях - порядка нескольких метров, в твердых телах - нескольких миллиметров. Значительная часть р-частиц рассеивается при прохождении через вещество. Для использования все го пробега р-излучения внутри ионизационной камеры пришлось бы делать камеру очень больших размеров. Поэтому в р-ка-мере обычно используется лишь небольшая часть пробега и чем больше камера, тем больше ее чувствительность. Практически применяются камеры объемом 1-2 л.

Проникающая способность р-излучения такова, что можно помещать препарат вне камеры, впуская в нее излучение через окошко, прикрытое слоем алюминия (толщиною порядка 0,1 мм) или бумагой. Алюминий или бумага служат фильтром защищающим р-камеру от а-частиц.

У р-лучей ионизующая способность во много раз ниже, чем у а-частиц, поэтому концентрация ионов и электронов в ионном следе, а следовательно, и вероятность рекомбинации не столь велика, как в а-камере. Поэтому насыщение достигается при сравнительно небольшом напряжении, р-камеры работают при напряжении порядка 300-400 в.

Для р-излучения характерна объемная ионизация, так как р-частицы оставляют в газе криволинейный ионный след, отклоняясь от своего пути при взаимодействии с электронами газа, поэтому выбор конфигурации электрического поля не связан с расположением следов. Форму электродов выбирают так, чтобы получить возможно большую напряженность поля. Этой цели удовлетворяют цилиндрические электроды, одним из которых является стержень, расположенный на оси другого. Возле стержня создается большая концентрация силовых линий поля (рис. 39), что обеспечивает достаточную для насыщения напряженность поля при сравнительно небольшом напряжении.

Ионизационные камеры для у-излучения. Гамма-излучение характеризуется большой проникающей и слабой ионизующей способностью. Кроме того, у-нзлучение отличается от других излучений самим механизмом ионизации газа, у-фотоны не производят ионизацию непосредственно, а вызывают вторичные эффекты (фотоэффект, комптон-эффект и образование пар), в результате которых возникают быстрые вторичные электроны с энергией, доходящей до нескольких мегаэлектронвольт. Эти вторичные электроны ионизируют газ аналогично р-частицам, поэтому устройство у-камер определяется поведением вторичных электронов.

Рис. 39. Конфигурация электрического поля в р-ка-мере с цилиндрическими электродами

Вторичные электроны возникают как в стенках у-камеры, так и в наполняющем ее газе, причем и те и другие электроны ионизируют газ. Количество тех и других вторичных электронов пропорционально количеству у-фотонов и зависит от их энергии, однако для стенок и газа коэффициент пропорциональности разный. Поэтому одно и то же излучение вызовет разный ионизационный ток в зависи- люсти от того, какими вторичными электронами в большей степени создается ионизация газа - электронами, возникшими в стенках, или электронами, возникшими в газе. Соотношение между теми и другими электронами может меняться в зависимости от многих факторов (форма камеры, материал, из которого она сделана, толщина стенок, род и давление газа, положение источника излучения относительно камеры, спектральный состав излучения и т. д.) и трудно поддается учету. Следовательно, для того чтобы не менялся коэффициент пропорциональности между ионизационным током и числом и энергией у-фотонов, необходимо, чтобы газ ионизировался либо только вторичными электронами, возникшими в газе, либо только вторичными электронами, возникшими в стенках. Поэтому существуют два типа у-камер, а именно:

1) большие у-камеры, в которых приняты меры к тому, чтобы в газ поступало как можно меньше вторичных электронов из стенок и газ ионизировался только вторичными электрона.ми. возникшими в газе;

2) малые у-камеры, в которых ионизация газа почти целиком осуществляется вторичными электронами, поступающими из стенок.

Большие (газовые) ионизационные камеры для у-излучения. Размеры этих камер определяются пробегом вторичных электронов в газе. Если размеры камеры позволяют использовать в ней весь пробег вторичных электронов, то будет существовать линейная зависимость между энергией у-фотонов и ионизационным током в камере, так как чем больше энергия у-фотонов, тем больше пробег вторичных электронов и тем больше ионов и электронов они создадут при ионизации. Однако если в камере использован не весь пробег, то при увеличении энергии у-фотонов ионизационный ток не будет меняться, так как не меняется длина тон части пробега, которая использована внутри камеры. В этом случае нарушается линейная зависимость между энергией у-фотонов и ионизационным током, как

показано на рис. 40, что затрудняет сравнение излучений разного спектрального состава. Для таких измерений необходимо, чтобы размеры камеры были больше пробега вторичных элек-

Энергия излучения С

Рис. 40. При.мерный вид зависимости между энергией Y-фотоиов и ионизационным током при разных раз.мерах ионизационной камеры: / - фотоэлектроны достигли стенок камеры; 2 - ком-птон-электроны достигли стенок камеры

по своей природе или давлению от атмосферного воздуха, то окошки прикрываются тонким слоем вещества, которое выбирают так, чтобы оно мало поглощало и рассеивало у-лучи. В этом случае окошки тоже будут служить источником вторичных электронов. Чтобы ионизация, созданная этими вторичными электронами, не влияла на ионизационный ток в камере, применяют систему электродов, показанную на рис. 42. В камере этого типа, кроме основного, собирающего электрода £1, в цепь которого включен измерительный прибор, имеются еше два собирающих электрода £2, которым сообщен тот же потенциал, что и среднему электроду. Длина всех трех электродов выбрана большей.

Рис. 41. Рао1Юложв:~р;-1е цилиндрических электродов в большой у-камере Рис. 42. Одна из конструкций большой у-камеры

тронов В газе. Для этой цели была построена, например, камера с плоскими электродами, длина которых и расстояние между ними могли меняться до 3 м. Уменьшить размеры камеры можно, применяя воздух при повышенном давлении (6-10 ати) или более тяжелый газ; и то и другое уменьшает пробег вторичных электронов. При сравнении у-излучения одного спектрального состава .можно пользоваться Y-:aмepaми меньшего размера (объемом 1-2 л).

В больших камерах принимаются меры к тому, чтобы почти все вторичные электроны возникали в газе. Поэтому несмотря на хорошую проникающую способность у-излучения, его впускают в камеру 5 и выпускают из нее через окошки А и В, как показано на рис. 41. Для той же цели электрод М, собирающий ионы, расположен в стороне от пути, по которому проходят у-лучи.

Если камера наполняется каким-либо газом, отличающимся

чем длина пробега вторичных электронов в газе. Поэтому вторичные электроны, возникшие в материале, прикрывающем окошко, производят ионизацию только в той части газа, которая расположена возле крайних, собирающих электродов. Часть газа, расположенная возле среднего электрода, ионизируется только теми вторичными электронами, которые возникли в газе. Таким образом, вторичные электроны, возникшие в материале, прикрывающем окошки, не влияют на показания измерительного прибора.

В некоторых у-камерах стенки и электроды покрывают слоем легкого вещества. Это уменьшает вероятность испускания вторичных электронов под действием у-излучения, так как чем меньше атомный номер, тем меньше рассеяние излучения и излучение флуоресценции.

Вторичные электроны, возникшие в газе при действии на него у-лучей, имеют примерно такую же ионизирующую способ-

НОСТЬ, что И р-частицы. Следовательно, вероятность рекомбинации и напряжение насыщения такие же, что и в случае р-излучения. Поэтому у-камеры работают при напряжении того же порядка, что и р-камеры (300-400 в).

Характер ионизации, производимой вторичными электронами, такой же, как и в случае р-излучения, т. е. объемный. Поэтому форму электродов выбирают из тех же соображений.

Малые (твердые или наперстков ые) ионизационные камеры для у-излучения. В малых ионизационных камерах ионизация газа осуществляется электронами, возникающими в стенках. Для этого объем газа в камере выбран очень маленьким, а толщина стенок выбрана порядка пробега вторичных электронов в веществе стенки. Боль-щая толщина стенки бесполезна, так как вторичные электроны, возникшие в стенке дальше от ее внутренней поверхности, чем на расстояние пробега, не попадут в газ и не вызовут в нем, ионизации. Кроме того, излишняя толщина стенки увеличивает поглощение в ней у-излучения. Так как пробег вторичных электронов в твердом веществе мал, то размеры таких твердых камер получаются незначительными, отчего они и получили название наперстковых.

Конструктивно наперстковая камера представляет собой трубочку / из материала, эквивалентного воздуху, внутри которого на очень хорошем (обычно янтарном) изоляторе 2 укреплен металлический электрод 3 (рис. 43).

Принцип действия камеры следующий. Металлическому электроду 3 сообщается некоторый заряд, после чего трубку закрывают крышкой и подвергают облучению. При прохол-дении через камеру у-лучей в ее стенках возникают вторичные электроны, в количестве, пропорциональном интенсивности измеряемого-у-излучения . Эти вторичные электроны (быстрые, т. е. с энергиями порядка сотен и тысяч килоэлектронвольт), переходя из стенок в газ, ионизируют его, создавая в нем медленные электроны и ионы в количестве, также пропорциональном интенсивности у-излучения. Заряженный электрод собирает медленные электроны или положительные ионы (в зависимости от знака его-заряда), отчего часть его заряда нейтрализуется. В результате

Материалом, эквивалентным воздуху, называют вещество, в котором, под действием у-лучей создается такое же количество электронов на единицу массы, что и в воздухе. Таким материалом являются графит, бакелит, целлулоид, целлофан и графитироваииая бумага.

Вторичных электронов возникает такое количество, какое возникло бы. в воздухе, масса которого равна массе стенок, так как материал стенок эквивалентен воздуху.

заряд электрода уменьшается, причем уменьшение заряда r единицу времени (т. е. ионизационный ток) пропорционально интенсивности излучения (числу фотонов в единицу времени), а

Рис. 43. Одна из конструкций малой у-камеры; / эбонит; 2 - янтарь; 3 - металлич ескпй стержень

изменение заряда за все время облучения пропорционально количеству у-лучей, прошедших через камеру за это время.

Изменение заряда определяется измерением потенциала электрода до и после облучения. Обозначим через L, U, и Q потенциал и заряд электрода до и после облучения соответственно. Тогда имея в виду, что

(?;=--=(Ск + Сз)[7;.

где с к и Сэ -емкости электрода и электрометра, получим, что изменение заряда AQ = lAt равно

А Q = Qk - Qk = Ск[7к - (Ск + Сэ) U,

а ионизационный ток равен

Скк-(Ск + Сэ) к-

Величины AQ и I пропорциональны количеству у-лучей и интенсивности излучения соответственно.

Преимуществом малых ионизационных у-камер по сравненик> с большими являются их малые размеры, позволяющие изготовлять их как карманные приборы, например в виде, подобном автоматической ручке. Недостаток их - малая чувствительность. Это объясняется тем, что лишь незначительная часть пробега вторичных электронов используется в газе, где они создают ионизацию. Малые ионизационные камеры применяются для индивидуального дозиметрического контроля, т. е. для определения дозы излучения (количества у-лучей), прошедших через.