ПРОХОДНАЯ ИОНИЗАЦИОННАЯ КАМЕРА

Данное техническое решение относится к медицинской технике, точнее к детекторам излучения рентгеновских экспонометров и приборам дозиметрического контроля, которые используются при рентгенологических процедурах, например при рентгенотерапии кожных заболеваний.
Известна проходная ионизационная камера, содержащая рабочую камеру, заполненную азотом с входным и выходным окнами закрытыми соответственно высоковольтным и собирающим электродами, подключенными к стабилизированному источнику электрического напряжения (Радиационная дозиметрия под редакцией Н.Г.Гусева и К.А.Труханова. - М.: Иностр. Литература, 1958.- С. 33. [1]).
Известна также проходная ионизационная камера, содержащая полый корпус из диэлектрика с входным и выходным окнами, закрытыми соответственно высоковольтным и собирающим электродами, подключенными к стабилизированному источнику электрического напряжения, между которыми находится охранный электрод
(Рентгенотехника Справочник, Том 1 под редакцией В.В. Клюева. - М.: Машиностроение, 1992. - С. 447. [2]).
Наиболее близкой по конструкции к заявляемому объекту является проходная ионизационная камера, содержащая полый корпус, заполненный газом, с входным и выходным окнами, первый и второй электроды, закрепленные внутри корпуса параллельно плоскости входного и выходного окон, подключенными к стабилизированному источнику электрического напряжения (патент РФ №163274 от 26.02.2016 [3]). Аналог [3] был выбран нами в качестве прототипа.
Недостатком прототипа [3], как и всех известных аналогов, является необходимость наличия в их конструкции высокостабилизированного электрического напряжения питания электродов камер (не менее 0,02%) для обеспечения высокой точности измерения, так как нестабильность питающего напряжения (ее переменная составляющая) накладывается на измеряемый сигнал. Поскольку высокую стабильность питающего напряжения технически обеспечить затруднительно, стоимость таких камер не всегда доступна для потребителя.
Целью настоящей работы является создание ионизационной камеры без внешнего источника питания, используя разность потенциалов между электродами за счет соответствующего подбора их материала.
-6
-1
Технический результат полезной модели выражается в повышении чувствительности ионизационной камеры, особенно при низких значениях мощностей доз от 10…10 Р/мин (рентген в минуту).
Этот технический результат достигается тем, что в проходной ионизационной камере, содержащей полый корпус из диэлектрика, заполненный газом, с входным и выходным окнами, внутри которого находятся два электрода, плоскость которых проходит параллельно окнам камеры, материалы электродов подобраны таким образом, что их потенциальные барьеры, образованные двойным электрическим слоем на границе соприкосновения поверхности материала электрода и газа, образуют собственное электрическое поле между этими электродами внутри измерительного объема камеры, при этом расстояние между электродами, не превышает длины свободного пробега электронов в газе, заполняющем измерительный объем камеры.
Далее описание сопровождается рисунками и пояснениями к ним. На фиг. 1 показана конструкция предлагаемой ионизационной камеры (вид сбоку в разрезе), на фиг. 2 вид по стрелке А фиг. 1, а на фиг. 3 приведена электронная схема подключения ионизационной камеры.
5
6
5
6
5
6
5
6
5
6
Проходная ионизационная камера 1 имеет полый корпус 2 из диэлектрического материала, например гетинакса, выполненный в форме прямоугольного параллепипеда. Корпус 2 камеры 1 имеет входное 3 и выходное 4 окна квадратной формы. Внутри корпуса 2 закреплены два электрода 5 и 6. Каждый электрод имеет подложку, соответственно 7 и 7, выполненную из твердого рентгенопрозрачного диэлектрика, например оргстекла, на которую методом вакуумного напыления нанесен рабочий электропроводный слой, соответственно 8 и 8. Плоскость электродов 5 и 6 проходит параллельно окнам 3, 4 корпуса 2 камеры 1. В камере 1 пространство между электродами 5 и 6 заполнено газом 9, например атмосферным воздухом. Материалы рабочих слоев 8 и 8 электродов 5 и 6 подобраны таким образом, что их потенциальные барьеры, образованные двойным электрическим слоем на границе соприкосновения поверхности материала электрода и газа 9, образуют собственное электрическое поле между этими электродами внутри измерительного объема камеры 1, при этом расстояние между рабочими слоями 8 и 8 электродов 5, 6, не превышает длины свободного пробега электронов в газе, заполняющем измерительный объем камеры 1. Рабочий слой 8 соединен с электрическим контактом 10, а рабочий слой 8 - с электрическим контактом 11, предназначенными для подключения камеры 1 к электронной схеме.
-6
-1
5
6
5
6
Исследования показали, что предложенная камера имеет хорошую чувствительность в диапазоне низких значениях мощностей доз от 10…10 Р/мин (рентген в минуту) при использовании в качестве рабочих слоев 8 и 8 электродов 5 и 6 следующих материалов, соответственно серебра Ag и алюминия Аl. Работа выхода Ag составляет -4.7эВ, а Аl -4.2эВ. Поэтому в камере 1 разность потенциалов между электродами -0,5В. Данная разность потенциалов обеспечивает перемещение ионов, которые образуются при облучении камеры 1 в межэлектродном промежутке заполненном газом (в частном случае воздухом). Расстояние между рабочими слоями 8 и 8 электродов 5 и 6 составляет 2,5-3,0 мм.
Предложенная камера работает следующим образом. При облучении камеры ионизирующим излучением, например рентгеновским, происходит ионизация газа, заполняющего межэлектродное пространство, с образованием положительных и отрицательных ионов. Под действием внутреннего электрического поля ионы разного знака перемещаются навстречу друг другу, образуя электрический ток разной полярности, пропорциональный интенсивности ионизирующего излучения.
Преимущества предложенной ионизирующей камеры перед традиционными выражаются в следующем:
1) Отсутствие внешнего источника питания.
1
2
2) Возможность вдвое увеличить чувствительность камеры за счет регистрации тока, образованного как положительными, так и отрицательными ионами (смотрите схему на фиг. 3, где 1 - ионизационная камера, R и R сопротивления нагрузки в цепях тока противоположной полярности, А - усилитель).
3) Экономическая целесообразность новой камеры обусловлена отсутствием источника напряжения питания с высокой степенью стабилизации.