測量電磁輻射、粒子流強度或帶電粒子能量的設(shè)備。它由室壁導電的充氣容器和中心電極組成。荷電粒子或電磁輻射進入電離室后，便在氣體中引起電離現(xiàn)象。在外殼和中心電極之間加有適當?shù)碾妷海脕硎占a(chǎn)生的離子或電子。這個電壓不能太高，以免電場或碰撞電離等引起電荷倍增。電離室輸出電流與所充氣體的壓力、化學成分、電離室的容積以及入射線的能量等有關(guān)。
正文
離室的容積以及入射線的能量等有關(guān)。盡管電離過程十分復(fù)雜，但產(chǎn)生一對電荷載流子所需的平均能量是一定的，與電離粒子的類型和能量無關(guān)，即與探測器的工作條件無關(guān)。電離室的響應(yīng)波段取決于窗口材料和填充的工作氣體。
通常使用兩種類型的電離室。第一種電離室直接測量電荷載流子。如果輻射強度很低，電離室輸出電流也很小，就難以測準，所以這種連續(xù)輸出的電離室常常用在高輻射強度區(qū)域，例如，用于對太陽X射線和紫外線的測量。這種電離室結(jié)構(gòu)簡單可靠，早期用在火箭上來測量太陽氫 Lα 譜線輻射。以后的太陽輻射監(jiān)測衛(wèi)星(SOLRAD)系列也采用電離室，配備適當量程的靜電計放大器，臨測太陽 X射線和紫外線。
1967年，卡弗等人用電離室測量太陽埃和埃的紫外輻射，計算出太陽亮溫度的極小值，與照相等方法得到的結(jié)果相近，而探測器的定標比較簡單、直接。第二種電離室是埃爾文·內(nèi)爾提出的積分型電離室。它用在“探險者”6號、“先驅(qū)者” 5號和軌道地球物理臺(OGO)衛(wèi)星上。
英文拼寫
ionization?chamber
分類
是一種核輻射探測元件。一般為圓柱形，電離室中間有一個柱狀電極，它與外殼構(gòu)成一個電容器。在電離室的兩極加上電壓，可以收集放射性射線作用產(chǎn)生的電離電流。根據(jù)電離電流的大小可以確定放射性活度。按照被測射線種類不同，電離室可分為α電離室、β電離室和γ電離室。
發(fā)明歷史
一種最早的測量核輻射的氣體電離探測器之一，早在１９１—１９１４年間，就用它成功地發(fā)現(xiàn)了宇宙線。最簡單的電離室由兩塊平行板構(gòu)成，一塊接幾百至幾千伏正高壓，一塊通過電阻接地。當帶電粒子經(jīng)過時，使兩板之間氣體電離，正離子飛向陰極，電子飛向陽極。兩板上產(chǎn)生感應(yīng)電荷，在接地的電阻上就形成一脈沖信號。由于電子飛行速度比離子要大三個量級，電子將快速到達陽極，在到達前，由于是正反離子對共同貢獻，脈沖上升，隨著電子減少和離子被陰極吸收，脈沖慢慢下降，直到正離子被吸收。由此可見，電離室相當于簡單的放電線路，不同的電離室就是選擇不同的值iPiP設(shè)計出來的。如果離子收集時間為＋（約為秒），電子的]收集時間為－（約為秒），當取時，為離子脈沖H]iP]電離室，它收集了全部電子和離子，可以用它來測量帶電粒子的能量。當取－＜＜＋時為電子電離室，它比較快，可]iP]以用來測量帶電粒子的強度。但由于它的脈沖輻度與離子對產(chǎn)生地點有關(guān)，不能直接用它來測能量。為了把電離室做得又快又能測能量，人們把它改進成屏柵電離室，可以在重離子物理中測量重帶電粒子能量并鑒別粒子，也可改進為圓柱形脈沖電離室，既可測能量，又可作記數(shù)器.
電離室工作原理
電離室是一種探測電離輻射的氣體探測器。
氣體探測器的原理是，當探測器受到射線照射時，射線與氣體中的分子作用，產(chǎn)生由一個電子和一個正離子組成的離子對。這些離子向周圍區(qū)域自由擴散。擴散過程中，電子和正離子可以復(fù)合重新形成中性分子。但是，若在構(gòu)成氣體探測器的收集極和高壓極上加直流的極化電壓V，形成電場，那么電子和正離子就會分別被拉向正負兩極，并被收集。隨著極化電壓V逐漸增加，氣體探測器的工作狀態(tài)就會從復(fù)合區(qū)、飽和區(qū)、正比區(qū)、有限正比區(qū)、蓋革區(qū)(G?-?M區(qū))一直變化到連續(xù)放電區(qū)。
所謂電離室即工作在飽和區(qū)的氣體探測器，因而飽和區(qū)又稱電離室區(qū)。如圖11-1所示，在該區(qū)內(nèi)，如果選擇了適當?shù)臉O化電壓，復(fù)合效應(yīng)便可忽略，也沒有碰撞放大產(chǎn)生，此時可認為射線產(chǎn)生的初始離子對恰好全部被收集，形成電離電流。該電離電流正比于，因而正比于射線強度。加速器的監(jiān)測探測器一般均采用電離室。標準劑量計也用電離室作為測量元件。電離室的電流可以用一臺靈敏度很高的靜電計測量。
不難看出，電離室主要由收集極和高壓極組成，收集極和高壓極之間是氣體。與其他氣體探測器不同的是，電離室一般以一個大氣壓左右的空氣為靈敏體積，該部分可以與外界完全連通，也可以處于封閉狀態(tài)。其周圍是由導電的空氣等效材料或組織等效材料構(gòu)成的電極，中心是收集電極，二極間加一定的極化電壓形成電場。為了使收集到的電離離子全部形成電離電流，減少漏電損失，在收集極和高壓極之間需要增加保護極。
當X射線、γ射線照射電離室，光子與電離室材料發(fā)生相互作用，主要在電離室室壁產(chǎn)生次級電子。次級電子使電離室內(nèi)的空氣電離，電離離子在電場的作用下向收集極運動，到達收集極的離子被收集，形成電離電流信號輸出給測量單元。
電離室的主要性能
電離室的靈敏度
一般說來，電離室的靈敏度取決于電離室內(nèi)的空氣質(zhì)量。由于電離室內(nèi)的氣壓近似為一個大氣壓，那么，也可以說其靈敏度正比于空氣體積，因而這個體積又稱“靈敏體積”，對于測量照射量(空氣比釋動能)的電離室，其電流服從下式的規(guī)律
或者寫為：式中? SC?—?電離室的靈敏度(靈敏因子)? IC?—?電離室的電離電流A? —?照射量率C·kg?·s(A·kg)? V?—?電離室的靈敏體積? a?—常數(shù)，與電離室的材料和空氣密度有關(guān)，對于空氣等效電離室 因此隨著電離室體積增大，靈敏度增高。
電離室的能量響應(yīng)
如上所述，電離室的響應(yīng)(靈敏度)正比于空氣比釋動能率(照射量率)，而不受其他影響，例如不應(yīng)隨能量的變化而變化，不應(yīng)隨溫度的變化而變化等。但是由于電離室本身不能完全由空氣制作，不能完全等同于空氣，當輻射的能量改變后，電離室的響應(yīng)(靈敏度)也隨之改變，這種特性稱之為能量響應(yīng)。
對于劑量測量的電離室，能量響應(yīng)是極為重要的性能參數(shù)：而對于劑量監(jiān)測的電離室雖然也關(guān)心能量響應(yīng)，但不是非常重要。
電子平衡
在加速器輻射和空氣的相互作用中，加速器的光子不能直接引起電離，而是通過光電吸收、康普頓散射和電子對生成作用損失能量，產(chǎn)生次級電子。加速器的初級電子雖然引起電離，但是引起空氣電離的主要還是次級電子。加速器光子或初級電子在與物質(zhì)的作用中首先產(chǎn)生次級電子，而作為電離室，進入電離室空氣空腔的次級電子主要在電離室的壁中產(chǎn)生的。由于壁的材料的密度比空氣大得多，產(chǎn)生的電子也多，因此隨著壁厚的增加，進入電離室空氣靈敏體積的次級電子增加，當電離室壁厚增加到一定程度，電離室壁對次級電子的阻擋作用開始明顯，并最終使得進入靈敏體積的次級電子和逃出靈敏體積的次級電子相等，我們便稱這種狀態(tài)為“電子平衡”，或稱“電子建成”。廣義的說，所謂電子平衡，是指進入測量體積元的次級電子能量等于離開該體積元的次級電子能量。當射線的能量高時，次級電子的能量也高，穿透的材料厚度增大，達到電子平衡的厚度也增大。
一般來說，只要包圍收集體積空氣的材料的厚度大于次級電子最大射程，電子平衡條件就可基本滿足。我們稍微詳細點分析。
假設(shè)要測量V內(nèi)一點A的劑量，那么，就要取以點A為中心的質(zhì)量元P，其質(zhì)量為Δm。在計算電離輻射授予Δm的能量時，要看到電離輻射產(chǎn)生的次級電子既有離開P的C，也有由P的外部進入P的(例如B)。若假設(shè)電離輻射傳遞給Δm的能量為ΔEa，那么式中(ΔEin)和(ΔEout)分別表示進入Δm和由Δm中帶走的能量，外部的下腳標e和u分別表示帶電和不帶電的電離輻射。(ΔER)u表示由不帶電的電離輻射引起Δm內(nèi)的核子與電子的靜止質(zhì)量的變化而損失的能量。顯然，是不帶電電離輻射在Δm內(nèi)產(chǎn)生的次級電子的全部動能之和，以ΔEk表示，那么上式又可寫為：
當次級電子進入P內(nèi)帶的能量(ΔEin)e與P內(nèi)帶走的能量(ΔEout)e相等時，即，稱為帶電粒子平衡。只有在帶電離子平衡條件下，才能測出點A處的劑量，否則難以判斷電離輻射究竟傳遞給Δm多大的能量。即是說，不能達到電子平衡條件時，不能進行以確定量值為目的的測量，因為無法找到修正方法。
對于常用的?或?輻射，要達到帶電粒子平衡，所需的介質(zhì)厚度為其產(chǎn)生的次級電子射程。表11-1給出某些X射線在水中的減弱系數(shù)與次級電子的射程。電離室的復(fù)合損失
如前所述，如果選擇了適當?shù)臉O化電壓，復(fù)合效應(yīng)便可忽略。但是復(fù)合損失不僅與極化電壓有關(guān)，還與電離室靈敏體積中空氣的電離密度有關(guān)，即與劑量率有關(guān)。由于離子復(fù)合，空腔內(nèi)的電荷收集效率不高，需用修正因子。復(fù)合損失修正的一般公式：
式中：? ?—?飽和電流? ?—?測量電流讀數(shù)? m—?復(fù)合常數(shù)，? q?—電離密度? V?—?電離電壓(極化電壓)? ?—?極間距離，單位cm? —?電離室形狀參數(shù)
如果詳細研究，電離室的復(fù)合效應(yīng)與其形狀、收集電壓、以及輻射產(chǎn)生電荷的速度有關(guān)。當測量加速器時，輻射是脈沖式的，脈沖瞬間的輻射劑量率遠遠大于其平均劑量率，復(fù)合修正因子變得相當重要。對于連續(xù)輻照(γ射線束)復(fù)合效應(yīng)一般非常小。為了檢驗電離室的復(fù)合損失，可以將極化電壓減低到正常值的0.5倍，如果電流值大于正常極化電壓的，問題不大；如果電流值僅為正常極化電壓的，須要認真對待；如果更小，則必須采取措施。
但是電離室的體積越大，對周圍的擾動越大，影響輻射場的測量。而輻射場的測量中，擾動的影響是很難定量確定。因此用于放射治療輻射場測量的電離室體積不能太大，通常小于1cm。
雖然電離室可以單獨校淮，但較多情況下電離室和其測量單元作為一個整體校準。
參考資料 >