Измерение ионизационного тока

Так как ионизационные токи в ионизационной камере обычно малы , то они усиливаются с помощью усилителей постоянного тока.Электростатический вольтметр косвенно измеряет ток, регистрирую падение напряжения, с помощью последовательно подключенного в цепь сопротивления. (рис 5-5). Напряжение, формируемое на резисторе (величина сопротивления резистора обычно 10^9-10^12 Ом) может быть подано на сетку внутри трубки специально установленную там для снижения уровня шумов и образования небольшого сеточного тока в рабочей точке. Усиленный сигнал затем является основной частью измеряемого сигнала. Минусом обычных электрических цепей является то, что ток в них должен быть постоянным. Любой дрейф или изменение параметров приводит к соответсвующему изменению выходного сигнала. Поэтому цепь такого вида нужно часто балансировать, замыкая вход и и сбрасывая значения.

Существует другой подход – преобразовать постоянный ток в переменный, который затем обеспечит более стабильное усиление сигнала переменного тока на последующих этапах. Данное преобразование возможно при использовании динамического конденсатора или колебательного контура, с помощью сбора ионного тока в RC цепи с большой постоянной времени. Как видно на рисунке 5-6, разность потенциалов на электродах равна

V=IR (5-4)

где I – величина постоянного ионизационного тока. Заряд Q, накапливающийся в ёмкости равен:

Q= CV (5-5)

Рисунок 5-6. Схема электрометра с кварцевой пластинкой

Так как изменение значения емкости служит причиной изменения постоянной цепи, соответствующее изменение будет вызвано:

ΔV= Q*ΔC/C^{^2}

ΔV= IR/ΔC (5-6)

Если значение ёмкости изменяется синусоидально, имея среднюю значение С, то амплитуда напряжения переменного тока будет пропорциональна ионизационному току. Среднее значение ионизационного тока можно замерить за некоторое время, путем интегрирования.

Если сопротивление R в схеме 5-5 поставить бесконечно большим, любой ионизационный ток можно проинтегрировать по C. По падению напряжения на емкости за время измерения, можно вычислить величину полного ионизационного тока или величину заряда. При небольшом значении утечки, этот метод можно использовать для измерения токов ещё меньшего значения, чем измеряли в методе с постоянным током.

Рисунок 5-7. Измерение изменения полного заряда на И.К. через некоторое время после начала измерений. Начальное напряжение на И.К. Vo затем, через некоторое время- V Ионизационный заряд Q= CV

Для примера, предположим, что на ИК на схеме 5-7 первоначально подается напряжение Vo. Если утечка через диэлектрик камеры и внешние емкости незначительна, напряжение остается неизменным , таким же, как и первоначально, в отсутствии внешнего ионизирующего излучения. При введении детектора в поле ионизирующего излучения, некоторые ионы будут вылетать из емкости и тем самым, уменьшать значение напряжения . Если вызваный ионизирующим излучением, заряд ΔQ (т.е. или положительный заряд положительных ионов или отрицательный заряд электронов) вылетел из конденсатора, то полный заряд, накопленный в нем равен Q-ΔQ .

Падение же напряжения от значения Vo до V в этом случае будет равно

ΔV=Vo-V = ΔQ/C (5-7)

Измерение величины ΔV даёт представление о накопленном заряде или интеграле ионизационного тока в любой момент времени.