Ionizacijska komora

Ionizacijska komora je detektor za otkrivanje i mjerenje jakosti ionizirajućega zračenja. Glavni su joj dijelovi zatvorena cilindrična komora, u kojoj se nalazi plin pod određenim tlakom, i dvije elektrode s različitim električnim potencijalima. To je jedan od prvih detektora ionizirajućega zračenja kojemu se načelo detekcije zasniva na sabiranju ionskih parova koji nastaju u plinu u električnom polju komore. Prolaskom fotona ili neke nabijene čestice dovoljne energije kroz komoru, ioniziraju se ili pobuđuju molekule plina uzduž staze čestice. Ionizacijom neutralne molekule nastaju pozitivni ion i slobodni elektron, koji se nazivaju ionskim parom. Iz nastalih ionskih parova stvara se strujni signal, koji se dalje može oblikovati i pojačavati u izlazni signal, razmjeran jakosti (broju čestica i energiji) upadnog zračenja. Ionski parovi nastaju izravnim ioniziranjem, ali su mogući i drugi procesi kojima upadno zračenje gubi energiju bez stvaranja iona (procesi pobuđivanja molekula). Zato je temeljni detekcijski parametar komore ukupni broj njezinih ionskih parova stvorenih uzduž staze zračenja. Ionizacijska energija elektrona u zadnjim elektronskim ljuskama većine plinova (vodik, dušik, kisik, helij, metan) iznosi 10 do 20 eV, ali se kao glavni parametar u primjeni drži srednja energija upadnog zračenja potrebna za tvorbu ionskog para. Za spomenute plinove vrijednost energije upadnog zračenja je od 20 do 40 eV po ionskom paru, dakle znatno veća od ionizacijske energije. Razlika potencijala između elektroda obično je reda veličine 100 V, ali s gradijentom približno od 1 kV/m. U električnom polju komore, uz slučajno toplinsko (termičko) gibanje, ioni dobivaju brzinu zanošenja vd

${\displaystyle v_{d}=\mu \cdot E}$

gdje je: μ - električna pokretljivost iona, E - jakost električnoga polja. Nastajanje signala iz izvornih ionskih parova stvorenih prolaskom zračenja narušava se procesima rekombinacije u plinu. To su sudari u kojima se događa uhvat slobodnog elektrona od strane pozitivnog iona, pa nastaje neutralno stanje atoma, ili sudaranje pozitivnoga iona s negativnim ionom, pri čemu se oba neutraliziraju. U oba je slučaja informacija o izvornom ionskom paru izgubljena i nema doprinosa konačnomu signalu. Pod visokim zahtjevima proporcionalnosti (u pogledu energije i vrste čestice) ionizacijska se komora zamjenjuje proporcionalnim brojilom.

Energijsko razlučivanje ionizacijske komore ne ovisi samo o srednjem broju ionskih parova što ih stvara upadno zračenje, nego i o njegovoj statističkoj fluktuaciji (raspodjeli). U odzivu detektora te se pojave uračunavaju Fanoovim faktorom F, iskustvenom konstantom koja uzima u obzir kolikim se udjelom upadno zračenje pretvara u nositelje signala u detektoru (0 ≤ F ≤ 1).^[1]

1. ↑ ionizacijska komora, [1] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2019.