Các buồng ion hóa là đơn giản nhất trong tất cả các máy dò bức xạ chứa đầy khí, và được sử dụng rộng rãi để phát hiện và đo lường một số loại bức xạ ion hóa; Tia X, tia gamma và hạt beta. Thông thường, thuật ngữ buồng ion hóa hóa gỗ, được sử dụng riêng để mô tả các máy dò thu thập tất cả các điện tích được tạo ra bởi ion hóa trực tiếp trong khí thông qua ứng dụng của điện trường. Nó chỉ sử dụng các điện tích riêng biệt được tạo ra bởi mỗi tương tác giữa bức xạ tới và khí, và không liên quan đến các cơ chế nhân khí được sử dụng bởi các công cụ bức xạ khác, như bộ đếm Geiger-Müller hoặc bộ đếm tỷ lệ.
Buồng ion có phản ứng đồng đều tốt với bức xạ trên một phạm vi năng lượng rộng và là phương tiện ưa thích để đo mức độ cao của bức xạ gamma. Chúng được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp điện hạt nhân, phòng thí nghiệm nghiên cứu, X quang, X quang và giám sát môi trường.
Nguyên lý hoạt động
Một buồng ion hóa đo điện tích từ số lượng cặp ion được tạo ra trong khí gây ra bởi bức xạ sự cố. Nó bao gồm một khoang chứa đầy khí với hai điện cực; được gọi là cực dương và cực âm. Các điện cực có thể ở dạng các tấm song song (Buồng ion hóa song song: PPIC) hoặc bố trí hình trụ với một dây anode bên trong được đặt đồng trục.
Hình: Sơ đồ của buồng ion tấm song song, cho thấy sự trôi dạt của các ion. Các electron thường trôi nhanh hơn 1000 lần so với các ion dương do khối lượng nhỏ hơn nhiều của chúng.
Một điện thế được áp dụng giữa các điện cực để tạo ra một điện trường trong khí nạp. Khi khí giữa các điện cực bị ion hóa bởi bức xạ ion hóa sự cố, các cặp ion được tạo ra và các ion dương và các electron phân ly kết quả sẽ di chuyển đến các điện cực có cực ngược lại dưới tác động của điện trường. Điều này tạo ra dòng ion hóa được đo bằng mạch điện kế. Máy đo điện kế phải có khả năng đo dòng điện đầu ra rất nhỏ trong khu vực của xương đùi đến picoamper, tùy thuộc vào thiết kế buồng, liều bức xạ và điện áp ứng dụng.
Mỗi cặp ion tạo ra cặn hoặc loại bỏ một điện tích nhỏ đến hoặc từ một điện cực, sao cho điện tích tích lũy tỷ lệ thuận với số lượng cặp ion được tạo ra, và do đó là liều bức xạ. Thế hệ điện tích liên tục này tạo ra dòng ion hóa, là thước đo của toàn bộ liều ion hóa vào buồng. Tuy nhiên, buồng không thể phân biệt giữa các loại bức xạ (beta hoặc gamma) và không thể tạo ra phổ năng lượng của bức xạ.
Điện trường cũng cho phép thiết bị hoạt động liên tục bằng cách quét các electron, giúp ngăn không cho khí nạp trở nên bão hòa, nơi không thể thu thập thêm các ion và bằng cách ngăn chặn sự tái hợp của các cặp ion, làm giảm dòng ion. Chế độ hoạt động này được gọi là chế độ hiện tại của dòng điện tử, có nghĩa là tín hiệu đầu ra là dòng điện liên tục và không phải là đầu ra xung như trong các trường hợp của ống Geiger-Müller hoặc bộ đếm tỷ lệ.
Nhắc đến biểu đồ thu thập cặp ion đi kèm, có thể thấy rằng trong vùng hoạt động của buồng ion ion, bộ sưu tập các cặp ion có hiệu quả không đổi trong một phạm vi điện áp ứng dụng, do cường độ điện trường tương đối thấp mà buồng ion thực hiện không có bất kỳ hiệu ứng nhân giống nào. Điều này là để phân biệt với ống Geiger-Müller hoặc bộ đếm tỷ lệ theo đó các electron thứ cấp, và cuối cùng là nhiều trận tuyết lở, khuếch đại rất lớn điện tích ion ban đầu.
Hình: Sơ đồ dòng ion chống điện áp cho máy dò bức xạ khí xi lanh dây. Buồng ion sử dụng vùng phát hiện có thể sử dụng thấp nhất.