Ионизационная камера

Ионизационная камера, прибор для исследования и регистрации ядерных частиц и излучении, действие которого основано на способности быстрых заряженных частиц вызывать ионизацию газа. И. к. 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. Наиболее простой является И. к. с параллельными плоскими электродами (дисками). Диаметр диска в несколько раз превышает расстояние между ними. В цилиндрической И. к. электроды - два коаксиальных цилиндра, один из которых заземлён и служит корпусом И. к. (рис. 1). Сферическая И. к. состоит из 2 концентрических сфер (иногда внутренний электрод - стержень).

Различают И. к. токовые и импульсные. В токовых И. к. гальванометром измеряется сила тока I, создаваемого электронами и ионами (рис. 2). Зависимость I от V (рис. 3) - вольтамперная характеристика И. к. - имеет горизонтальный участок AB, где ток не зависит от напряжения (ток насыщения I₀). Это соответствует полному собиранию на электродах И. к. всех образовавшихся электронов и ионов. Участок AB обычно является рабочей областью И. к. Токовые И. к. дают сведения об общем интегральном количестве ионов, образовавшихся в 1 сек. Они обычно используются для измерения интенсивности излучений и для дозиметрических измерений (см. Дозиметрические приборы). Так как ионизационные токи в И. к. обычно малы (10^-10-10^-15 а), то они усиливаются с помощью усилителей постоянного тока.

В импульсных И. к. регистрируются и измеряются импульсы напряжения, которые возникают на сопротивлении R (рис. 4) при протекании по нему ионизационного тока, вызванного прохождением каждой частицы. Амплитуда и длительность импульсов зависят от величины R, а также от ёмкости С (рис. 4). Для импульсной И. к., работающей в области тока насыщения, амплитуда импульса пропорциональна энергии E, потерянной частицей в объёме И. к. Обычно объектом исследования для импульсных И. к. являются сильно ионизирующие короткопробежные частицы, способные полностью затормозиться в межэлектродном пространстве (a-частицы, осколки делящихся ядер). В этом случае величина импульса И. к. пропорциональна полной энергии частицы и распределение импульсов по амплитудам воспроизводит распределение частиц по энергиям, т. е. даёт энергетический спектр частиц. Важная характеристика импульсной И. к. - её разрешающая способность, т. е. точность измерения энергии отдельной частицы. Для a-частиц с энергией 5 Мэв разрешающая способность достигает 0,5%.

В импульсном режиме работы важно максимально сократить время t срабатывания И. к. Подбором величины R можно добиться того, чтобы импульсы И. к. соответствовали сбору только электронов, гораздо более подвижных, чем ионы. При этом удаётся значительно уменьшить длительность импульса и достичь t ~ 1 мксек.
Варьируя форму электродов И. к., состав и давление наполняющего её газа, обеспечивают наилучшие условия для регистрации определённого вида излучении. В И. к. для исследования короткопробежных частиц источник помещают внутри камеры или в корпусе делают тонкие входные окошки из слюды или синтетических материалов. В И. к. для исследования гамма-излучений ионизация обусловлена вторичными электронами, выбитыми из атомов газа или стенок И. к. Чем больше объём И. к., тем больше ионов образуют вторичные электроны. Поэтому для измерения g-излучении малой интенсивности применяют И. к. большого объёма (несколько л и более).
И. к. может быть использована и для измерений нейтронов. В этом случае ионизация вызывается ядрами отдачи (обычно протонами), создаваемыми быстрыми нейтронами, либо a-частицами, протонами или g-квантами, возникающими при захвате медленных нейтронов ядрами ¹⁰B, ³He, ¹¹³Cd. Эти вещества вводятся в газ или стенки И. к. Для исследования частиц, создающих малую плотность ионизации, используются И. к. с газовым усилением (см. Пропорциональный счётчик). И. к. применяют также при исследовании космических лучей (см. Калориметр ионизационный).
Лит.: Калашникова В. И., Козодаев М. С., Детекторы элементарных частиц, М., 1966 (Экспериментальные методы ядерной физики, ч. 1); Альфа-, бета- и гамма-спектроскопия, под ред. К. Зигбана, пер. с англ., в. 1, М., 1969.
? К. П. Митрофанов.