Ionisointikammio on kaasulla täytetty anturi, joka on suunniteltu mittaamaan ionisoivan säteilyn tasoa .
Säteilytason mittaus tapahtuu mittaamalla kaasun ionisaatiotaso kammion työtilavuudessa, joka sijaitsee kahden elektrodin välissä. Elektrodien välille syntyy potentiaaliero . Kun kaasussa on vapaita varauksia, elektrodien väliin syntyy virta [1] , joka on verrannollinen varausten esiintymisnopeuteen ja vastaavasti säteilyn annosnopeuteen . Ionisointikammion erottuva piirre, toisin kuin muut kaasutäytteiset anturit, on suhteellisen alhainen sähkökentän voimakkuus kaasuraossa, joten virta ei riipu elektrodien jännitteestä ja on yhtä suuri kuin elektronin varauksen tulo ja ioniparien lukumäärä.
Laajassa merkityksessä ionisaatiokammioihin kuuluvat myös suhteelliset laskurit ja Geiger-Muller-laskurit . Näissä laitteissa käytetään sekundaariionisaatiosta johtuvaa ns. kaasuvahvistuksen ilmiötä - voimakkaassa sähkökentässä ionisoivan hiukkasen läpikulun aikana syntyneet elektronit kiihdytetään energiaan, joka riittää puolestaan ionisoimaan kaasumolekyylejä. Suppeassa merkityksessä ionisaatiokammio on kaasulla täytetty ionisaatioilmaisin, joka toimii kaasuvahvistustilan ulkopuolella. Termiä käytetään tässä merkityksessä alla.
Ionisointikammion täyttävä kaasu on yleensä inertti kaasu (tai niiden seos), johon on lisätty helposti ionisoituvaa yhdistettä (yleensä hiilivetyä , kuten metaania tai asetyleenia ), käytetään myös etanolihöyryä . Avoimet ionisaatiokammiot (esim. ionisaatiosavuilmaisimet) täytetään ilmalla.
Ionisointikammiot ovat virta- (integroivia) ja pulssitoimisia. Jälkimmäisessä tapauksessa nopeasti liikkuvia elektroneja kerätään kammion anodille (suuruusluokkaa 1 μs), kun taas hitaasti ajautuvat raskaat positiiviset ionit eivät ehdi saavuttaa katodia tänä aikana . Tämä mahdollistaa yksittäisten pulssien rekisteröinnin jokaisesta hiukkasesta. Kolmas elektrodi viedään tällaisiin kammioihin - anodin lähellä sijaitseva verkko, johon positiivisesti varautuneet ionit asettuvat .
Ionisointikammioiden avulla voit mitata alfa- , beeta- tai gammasäteilyn lisäksi myös neutronisäteilyä , mikä on melko vaikeaa, koska neutronit eivät kanna varausta ja niiden kulkeminen kammion kaasutilavuuden läpi ei johda kaasun ionisaatioon, mikä voisi mitata.
Neutronivuon mittaamiseksi kammio on jaettu kahteen identtiseen osaan. Ensimmäisessä osassa mitataan kaasun tausta-ionisaatio alfa-, beeta- tai gammasäteilyn takia, kammion toisessa osassa boori-10 levitetään seiniin (ionisaatiokammioihin, jotka mittaavat suuria neutronivirtoja ydinreaktoreissa ) tai uraani-235 (kammioihin, jotka mittaavat pieniä neutronivirtoja). Kun uraani-235-ydin vangitsee neutronin, tapahtuu ytimen pakkofissio ja kaasun lisäionisaatio kammion tilavuudessa fissiofragmenttien avulla. Boori-10 hajoaa neutronin siepattuaan litium-7-ytimeksi ja alfahiukkaseksi reaktion mukaan
10 B + n → 11 B* → α + 7 Li + 2,31 MeV .Molempien kammioiden tilavuuksien ionisaatioero on verrannollinen neutronivuon. Muunnelmaa ionisaatiokammiosta, jossa on uraani-235 (tai jokin muu halkeamiskykyinen isotooppi) elektrodeilla, kutsutaan fissiokammioksi . Joskus kammio on täytetty kaasumaisella yhdisteellä 10 BF 3 - boori-10 trifluoridilla , mikä mahdollistaa fragmenttien havaitsemisen tehokkuuden parantamisen.
Neutronivirtoja mitattaessa ionisaatiokammiot voivat toimia kolmessa tilassa:
Sitä käytetään ydinvoimalaitoksissa neutronivuon ohjauslaitteistossa (NFCM) mittaamaan reaktorin neutronitehoa.
Ionisointikammioita käytetään myös savuilmaisimina . Elektrodien välistä ilmaa säteilytetään alfahiukkasilla (lähteenä käytetään esimerkiksi americium-241 :tä ) ja se saa jonkin verran johtavuutta ionisaation vuoksi. Kun savua tulee elektrodien väliseen tilaan, jonka hiukkasissa ionit neutraloituvat, ionien aiheuttama vuotovirta pienenee.