電離室

離室的容積以及入射線的能量等有關。儘管電離過程十分複雜，但產生一對電荷載流子所需的平均能量是一定的，與電離粒子的類型和能量無關，即與探測器的工作條件無關。電離室的響應波段取決於窗口材料和填充的工作氣體。

通常使用兩種類型的電離室。第一種電離室直接測量電荷載流子。如果輻射強度很低，電離室輸出電流也很小，就難以測准，所以這種連續輸出的電離室常常用在高輻射強度區域，例如，用於對太陽X射線和紫外線的測量。這種電離室結構簡單可靠，早期用在火箭上來測量太陽氫 Lα 譜線輻射。以後的太陽輻射監測衛星(SOLRAD)系列也採用電離室，配備適當量程的靜電計放大器，臨測太陽 X射線和紫外線。

1967年，卡弗等人用電離室測量太陽1580～1640埃和1430～1470埃的紫外輻射，計算出太陽亮溫度的極小值，與照相等方法得到的結果相近，而探測器的定標比較簡單、直接。第二種電離室是內爾提出的積分型電離室。它用在“探險者”6號、“先驅者” 5號和軌道地球物理台(OGO)衛星上。

ionization chamber

是一種核輻射探測元件。一般為圓柱形，電離室中間有一個柱狀電極，它與外殼構成一個電容器。在電離室的兩極加上電壓，可以收集放射性射線作用產生的電離電流。根據電離電流的大小可以確定放射性活度。按照被測射線種類不同，電離室可分為α電離室、β電離室和γ電離室。

一種最早的測量核輻射的氣體電離探測器之一，早在１９１—１９１４年間，就用它成功地發現了宇宙線。最簡單的電離室由兩塊平行板構成，一塊接幾百至幾千伏正高壓，一塊通過電阻接地。當帶電粒子經過時，使兩板之間氣體電離，正離子飛向陰極，電子飛向陽極。兩板上產生感應電荷，在接地的電阻上就形成一脈衝信號。由於電子飛行速度比離子要大三個量級，電子將快速到達陽極，在到達前，由於是正反離子對共同貢獻，脈衝上升，隨著電子減少和離子被陰極吸收，脈衝慢慢下降，直到正離子被吸收。由此可見，電離室相當於簡單的放電線路，不同的電離室就是選擇不同的值iPiP設計出來的。如果離子收集時間為＋（約為１０３C秒），電子的]收集時間為－（約為１０６＋C秒），當取時，為離子脈衝H]iP]電離室，它收集了全部電子和離子，可以用它來測量帶電粒子的能量。當取－＜＜＋時為電子電離室，它比較快，可]iP]以用來測量帶電粒子的強度。但由於它的脈衝輻度與離子對產生地點有關，不能直接用它來測能量。為了把電離室做得又快又能測能量，人們把它改進成屏柵電離室，可以在重離子物理中測量重帶電粒子能量並鑒別粒子，也可改進為圓柱形脈衝電離室，既可測能量，又可作記數器.

電離室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，那麼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。

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。如圖11-1所示，在該區內，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N0恰好全部被收集，形成電離電流。該電離電流正比於N0，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。

一般說來，電離室的靈敏度取決於電離室內的空氣質量。由於電離室內的氣壓近似為一個大氣壓，那麼，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”，對於測量照射量(空氣比釋動能)的電離室，其電流服從下式的規律

或者寫為：式中 SC — 電離室的靈敏度(靈敏因子) IC — 電離室的電離電流A — 照射量率C·kg ·s(A·kg) V — 電離室的靈敏體積 a — 常數，與電離室的材料和空氣密度有關，對於空氣等效電離室α≈1.2×10 因此隨著電離室體積增大，靈敏度增高。

如徠上所述，電離室的響應(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，當輻射的能量改變后，電離室的響應(靈敏度)也隨之改變，這種特性稱之為能量響應。

對於劑量測量的電離室，能量響應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響應，但不是非常重要。

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。

假設要測量V內一點A的劑量，那麼，就要取以點A為中心的質量元P，其質量為Δm。在計算電離輻射授予Δm的能量時，要看到電離輻射產生的次級電子既有離開P的C，也有由P的外部進入P的(例如B)。若假設電離輻射傳遞給Δm的能量為ΔEa，那麼式中(ΔEin)和(ΔEout)分別表示進入Δm和由Δm中帶走的能量，外部的下腳標e和u分別表示帶電和不帶電的電離輻射。(ΔER)u表示由不帶電的電離輻射引起Δm內的核子與電子的靜止質量的變化而損失的能量。顯然，(ΔEin)u - (ΔEout)u - (ΔER)u是不帶電電離輻射在Δm內產生的次級電子的全部動能之和，以ΔEk表示，那麼上式又可寫為：

當次級電子進入P內帶的能量(ΔEin)e與P內帶走的能量(ΔEout)e相等時，即(ΔEin)e = (ΔEout)e，稱為帶電粒子平衡。只有在帶電離子平衡條件下，才能測出點A處的劑量，否則難以判斷電離輻射究竟傳遞給Δm多大的能量。即是說，不能達到電子平衡條件時，不能進行以確定量值為目的的測量，因為無法找到修正方法。

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11-1給出某些X射線在水中的減弱係數與次級電子的射程。電離室的複合損失

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。複合損失修正的一般公式：

式中： is — 飽和電流 iR — 測量電流讀數 m— 複合常數，m = 36.7±2．2 q — 電離密度 V — 電離電壓(極化電壓) r1 — 極間距離，單位cm r2 — 電離室形狀參數

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。