Použití ionizační komory (1)

Za běžných podmínek se plyny chovají jako výborné izolanty, ale působením ionizujícího záření se jejich chování mění. Elektricky neutrální atomy molekuly se působením ionizujícího záření štěpí na kladné ionty a elektrony. V důsledku toho již plyn není izolant, ale stane se vodivým. Toho se využívá u plynových detektorů, mezi které se řadí i ionizační komory. Dále se do plynových detektorů řadí proporcionální detektory a Geiger-Müllerovy detektory. Všechny tyto detektory se od sebe odlišují velikostí a rozložením intenzity elektrického pole, které jsou určeny geometrií detektoru, napětím a druhem a tlakem pracovního plynu. Ukázka pracovních režimů jednotlivých typů plynových detektorů je zobrazena na obr. 1.

Obr. 1: Pracovní oblasti různých typů plynových detektorů (sebraný náboj na elektrodách v závislosti na intenzitě elektrického pole, tedy elektrickém potenciálu mezi elektrodami)

První oblast na obr. 1 („region not used“) je oblast, kdy není intenzita elektrického pole dostatečná, produkty ionizace nejsou dostatečně rychle odděleny od sebe, dochází k jejich rekombinaci. Tato oblast se označuje jako oblast rekombinační nebo oblast Ohmova zákona. Pro práci plynových detektorů se nevyužívá.

S rostoucí intenzitou elektrického pole roste i driftová rychlost vytvořených iontů a elektronů, klesá pravděpodobnost rekombinace. Od určité hodnoty napětí je velikost sebraného náboje nezávislá na intenzitě elektrického pole, protože jsou již všechny vzniklé elektrony a ionty sebrány. Tato oblast se označuje jako oblast nasyceného proudu. V této oblasti pracují ionizační komory (na obr. 1 je tato oblast označená „ion chamber region“).

Za oblastí práce ionizačních komor je oblast proporcionality (na obr. 1 označená „proportional counting region“), ve které pracují proporcionální detektory. Počet sebraných iontů a elektronů je vyšší než počet vytvořených, což je dáno plynovým zesílením detektoru. Poté následuje oblast omezené proporcionality, pro plynové detektory se běžně nepoužívá.

Se zvyšující se hodnotou intenzity elektrického pole se dostáváme do oblasti Geiger-Müllerovy (na obr. 1 označena „Geiger region“), ve které pracují Geiger-Müllerovy detektory.

Ionizační komory i proporcionální detektory umožňují měření energie částic, proto se označují jako spektrometrické detektory, zatímco Geiger-Müllerovy detektory to neumožňují, jedná se pouze o čítače částic.

Vyhodnocení odezvy ionizační komory lze provést dvěma způsoby. V radiodiagnostice se využívá vyhodnocení proudové (integrální), při kterém se měří proud odpovídající ionizací vytvořenému náboji za jednotku času. Vyhodnocení impulzní je určeno pro spektrometrické měření, ale nelze ho použít pro takové fluence, jaké se využívají v rtg diagnostice.

Celkový náboj elektronů nebo iontů stejného znaménka je výsledný signál, který je vynásobením energií potřebnou na vznik jednoho iontového páru ve vzduchu vzhledem k hmotnosti vzduchu převeden na kermu ve vzduchu. Energie potřebná pro vytvoření jednoho iontového páru ve vzduchu je rovna 33,97 eV.

Jak je již zřejmé z výše uvedeného, ionizační komory jsou plněny vzduchem a používají se k měření kermy ve vzduchu nebo dávky. Ionizační komory mohou mít různý tvar, nejčastěji se v rtg diagnostice používají cylindrické (tvar válečku, patří sem i tužkové ionizační komory) a planparalelní (tvar disku).

U planparalelní ionizační komory jsou elektrody planparalelně uspořádané vzhledem ke vstupnímu okénku (povrchu) komory. U cylindrických komor je v geometrickém středu jedna elektroda (drátek), vnější obal pak představuje druhou elektrodu. Elektroda uprostřed je anoda, plášť komory je katoda.

Vzduch v dutině ionizačních komor používaných v radiodiagnostice komunikuje s vnějším prostorem okolo, proto je potřeba korigovat odezvu ionizační komory na teplotu, tlak a vlhkost okolí. Teplota a tlak ovlivňují odezvu komory významně, vlhkost zanedbatelně.

Ionizační komory, které nekomunikují s prostorem okolo (jsou vzduchotěsné), nejsou vhodné pro měření v rtg diagnostice, protože tloušťka stěn komory nezbytná k udržení vzduchotěsnosti vykazuje velkou energetickou závislost.

Použitá literatura
[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Ionization_chamber#/media/File:Detector_regions.gif
[2] Gerndt J. Detektory ionizujícího záření. České vysoké učení technické, Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská, 1994
[3] Dance DR, Christofides S, Maidment ADA, McLean ID, Ng KH. Diagnostic radiology physics: A handbook for teachers and students. International Atomic Energy Agency, 2014

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *