電離室:概念,分類,按照測量劑量率或劑量大小,按照測量對象,按照電離室的形狀,按照

電離室是利用電離輻射的電離效應測量電離輻射的探測器，又稱離子室，台灣等地稱電離箱。電離室由處於不同電位的電極和其間的介質組成。電離輻射在介質中產生電離離子對，在電場的作用下，正負離子分別向負極和正極漂移，形成電離電流。由於電離電流與輻射的強度成正比，測量該電流即可得到電離輻射的強度。

按照介質的種類，電離室可分為空氣電離室、液體電離室和固體電離室等；按照測量方法分為脈衝型電離室和電流型電離室。電離室種類繁多，除了上述分類，還可按照套用、輻射種類、形狀、氣體種類和壓力、測量對象、測量的校準量等分類。如：吸收劑量電離室、電子束電離室、高氣壓井型電離室、α脈衝電離室、補償型中子電離室、放射治療輻射測量用（治療水平）電離室等。

基本介紹

中文名：電離室
外文名：ion chamber，ionization chamber
描述：測量電離輻射的探測器
套用：測量電離輻射強度
學科：物理學

概念,分類,按照測量劑量率或劑量大小,按照測量對象,按照電離室的形狀,按照測量理論,工作原理,電離輻射,主要性能,靈敏度,能量回響,電子平衡,複合損失,

概念

電離室是最早的核輻射探測器。也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。這些離子向周圍區域自由擴散。擴散過程中，電子和正離子可以複合重新形成中性分子。但是，若在構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，並被收集。隨著極化電壓V逐漸增加，氣體探測器的工作狀態就會從複合區、飽和區、正比區、有限正比區、蓋革區(G - M區)一直變化到連續放電區。

工作原理

所謂電離室即工作在飽和區的氣體探測器，因而飽和區又稱電離室區。如果選擇了適當的極化電壓，複合效應便可忽略，也沒有碰撞放大產生，此時可認為射線產生的初始離子對恰好全部被收集，形成電離電流。該電離電流正比於，因而正比於射線強度。加速器的監測探測器一般均採用電離室。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台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，也可以處於封閉狀態。其周圍是由導電的空氣等效材料或組織等效材料構成的電極，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生相互作用，主要在電離室室壁產生次級電子。次級電子使電離室內的空氣電離，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。

電離輻射

電離輻射是一切能引起物質電離的輻射總稱，其種類很多，高速帶電粒子有α粒子、β粒子、質子，不帶電粒子有種子以及X射線、γ射線。

α射線是一種帶電粒子流，由於帶電，它所到之處很容易引起電離。α射線有很強的電離本領，這種性質既可利用。也帶來一定破壞處，對人體內組織破壞能力較大。由於其質量較大，穿透能力差，在空氣中的射程只有及厘米，只要一張紙或健康的皮膚就能擋住。

β射線也是一種高速帶電粒子，其電離本領比α射線小得多，但穿透本領比α射線大，但與X、γ射線比β射線的射程短，很容易被鋁箔、有機玻璃等材料吸收。

X射線和γ射線的性質大致相同，是不帶電波長短的電磁波，因此把他們統稱為光子。兩者的穿透力較強，要特別注意意外照射防護。

電離輻射存在於自然界，但人工輻射已遍及各個領域，專門從事生產、使用及研究電離輻射工作的，稱為放射工作人員。與放射有關的職業有：

核工業系統的和原料勘探、開採、冶煉與精加工，核燃料及反應堆的生產、使用及研究；農業的照射培育新品種，蔬菜水果保險，糧食貯存；醫藥的X射線透視、照相診斷、放射性核素對人體臟器測定，對腫瘤的照射治療等；工業部門的各種加速器、射線發生器及電子顯微鏡、電子速焊機、彩電顯像管、高壓電子管等。

主要性能

靈敏度

一般說來，電離室的靈敏度取決於電離室內的空氣品質。由於電離室內的氣壓近似為一個大氣壓，那么，也可以說其靈敏度正比於空氣體積，因而這個體積又稱“靈敏體積”。隨著電離室體積增大，靈敏度增高。

能量回響

如上所述，電離室的回響(靈敏度)正比於空氣比釋動能率(照射量率)，而不受其他影響，例如不應隨能量的變化而變化，不應隨溫度的變化而變化等。但是由於電離室本身不能完全由空氣製作，不能完全等同於空氣，當輻射的能量改變後，電離室的回響(靈敏度)也隨之改變，這種特性稱之為能量回響。

對於劑量測量的電離室，能量回響是極為重要的性能參數，而對於劑量監測的電離室雖然也關心能量回響，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的作用中首先產生次級電子，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生的。由於壁的材料的密度比空氣大得多，產生的電子也多，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，並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於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於次級電子最大射程，電子平衡條件就可基本滿足。我們稍微詳細點分析。

對於常用的或輻射，要達到帶電粒子平衡，所需的介質厚度為其產生的次級電子射程。表1給出某些X射線在水中的減弱係數與次級電子的射程。

表1．X射線在水中的減弱係數與次級電子射程

X射線的最大能量 (MeV)	線性減弱係數（cm）	次級電子最大射程（cm）
0.02	0.796	0.0008
0.05	0.226	0.0042
0.1	0.171	0.014
0.5	0.097	0.097
1.0	0.071	0.33
2.0	0.049	0.84
4	0.034	0.93
6	0.027	1.27
8	0.024	1.69
10	0.022	2.03
15	0.019	2.28
20	0.018	2.95

複合損失

如前所述，如果選擇了適當的極化電壓，複合效應便可忽略。但是複合損失不僅與極化電壓有關，還與電離室靈敏體積中空氣的電離密度有關，即與劑量率有關。由於離子複合，空腔內的電荷收集效率不高，需用修正因子。

如果詳細研究，電離室的複合效應與其形狀、收集電壓、以及輻射產生電荷的速度有關。當測量加速器時，輻射是脈衝式的，脈衝瞬間的輻射劑量率遠遠大於其平均劑量率，複合修正因子變得相當重要。對於連續輻照(γ射線束)複合效應一般非常小。為了檢驗電離室的複合損失，可以將極化電壓減低到正常值的0.5倍，如果電流值大於正常極化電壓的99.5%，問題不大；如果電流值僅為正常極化電壓的99.0%，須要認真對待；如果更小，則必須採取措施。

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。因此用於放射治療輻射場測量的電離室體積不能太大，通常小於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。

電離室

基本介紹

概念

分類

按照測量劑量率或劑量大小

按照測量對象

按照電離室的形狀

按照測量理論