电离室

ion chamber，ionization chamber

电离室的分类极为复杂，下面是一些比较常见分类的举例

按照测量剂量率或剂量大小，分为

按照测量对象，分为：

按照电离室的形状，分为

电离室是最早的核辐射探测器。

电离室是一种探测 电离辐射的气体探测器。

气体探测器的原理是，当探测器受到 射线照射时，射线与气体中的分子作用，产生由一个电子和一个 正离子组成的 离子对。这些离子向周围区域自由扩散。 扩散过程中，电子和 正离子可以 复合重新形成 中性分子。但是，若在构成气体探测器的收集极和高压极上加直流的极化电压V，形成 电场，那么电子和正离子就会分别被拉向正负两极，并被收集。随着极化电压V逐渐增加，气体探测器的工作状态就会从复合区、饱和区、正比区、有限正比区、盖革区(G - M区)一直变化到连续放电区。

所谓 电离室即工作在饱和区的气体探测器，因而饱和区又称 电离室区。如图11-1所示，在该区内，如果选择了适当的极化电压， 复合效应便可忽略，也没有碰撞放大产生，此时可认为 射线产生的初始 离子对N0恰好全部被收集，形成电离 电流。该 电离电流正比于N0，因而正比于 射线强度。加速器的监测探测器一般均采用 电离室。标准 剂量计也用电离室作为测量元件。 电离室的电流可以用一台灵敏度很高的 静电计测量。

不难看出， 电离室主要由收集极和 高压极组成，收集极和高压极之间是气体。与其他气体探测器不同的是， 电离室一般以一个大气压左右的空气为 灵敏体积，该部分可以与外界完全连通，也可以处于封闭状态。其周围是由导电的空气等效材料或组织等效材料构成的电极，中心是收集电极， 二极间加一定的极化电压形成 电场。为了使收集到的 电离 离子全部形成 电离 电流，减少漏电损失，在收集极和高压极之间需要增加保护极。

当X 射线、γ射线照射 电离室，光子与电离室材料发生相互作用，主要在电离室室壁产生次级电子。次级电子使电离室内的 空气电离，电离离子在 电场的作用下向收集极运动，到达收集极的离子被收集，形成电离 电流信号输出给测量单元。

一般说来， 电离室的灵敏度取决于 电离室内的空气质量。由于 电离室内的气压近似为一个大气压，那么，也可以说其灵敏度正比于空气体积，因而这个体积又称“ 灵敏体积”，对于测量照射量( 空气比释动能)的电离室，其电流服从下式的规律

或者写为：

式中

SC — 电离室的灵敏度(灵敏因子)

IC — 电离室的电离电流A

— 照射量率C·kg ·s(A·kg)

V — 电离室的 灵敏体积

a — 常数，与 电离室的材料和 空气密度有关，对于空气等效电离室α≈1.2×10

因此随着 电离室体积增大，灵敏度增高。

如上所述， 电离室的响应( 灵敏度)正比于 空气比释动能率( 照射量率)，而不受其他影响，例如不应随能量的变化而变化，不应随温度的变化而变化等。但是由于 电离室本身不能完全由空气制作，不能完全等同于空气，当辐射的能量改变后， 电离室的响应( 灵敏度)也随之改变，这种特性称之为能量响应。

对于剂量测量的电离室， 能量响应是极为重要的性能参数：而对于剂量监测的电离室虽然也关心能量响应，但不是非常重要。

在加速器辐射和空气的相互作用中，加速器的光子不能直接引起 电离，而是通过光电吸收、康普顿散射和电子对生成作用损失 能量，产生次级电子。加速器的初级电子虽然引起 电离，但是引起 空气电离的主要还是次级电子。加速器光子或初级电子在与物质的作用中首先产生次级电子，而作为 电离室，进入 电离室空气空腔的次级电子主要在电离室的壁中产生的。由于壁的材料的 密度比空气大得多，产生的电子也多，因此随着壁厚的增加，进入电离室空气 灵敏体积的次级电子增加，当电离室壁厚增加到一定程度，电离室壁对次级电子的阻挡作用开始明显，并最终使得进入灵敏体积的次级电子和逃出灵敏体积的次级电子相等，我们便称这种状态为“电子平衡”，或称“电子建成”。广义的说，所谓电子平衡，是指进入测量体积元的次级电子 能量等于离开该体积元的次级电子能量。当 射线的 能量高时，次级电子的能量也高，穿透的材料厚度增大，达到电子平衡的厚度也增大。

一般来说，只要包围收集体积空气的材料的厚度大于次级电子最大射程，电子平衡条件就可基本满足。我们稍微详细点分析。

假设要测量V内一点A的剂量，那么，就要取以点A为中心的质量元P，其质量为Δm。在计算 电离辐射授予Δm的 能量时，要看到电离辐射产生的次级电子既有离开P的C，也有由P的外部进入P的(例如B)。若假设 电离辐射传递给Δm的 能量为ΔEa，那么

式中(ΔEin)和(ΔEout)分别表示进入Δm和由Δm中带走的 能量，外部的下脚标e和u分别表示带电和不带电的 电离辐射。(ΔER)u表示由不带电的 电离辐射引起Δm内的核子与电子的静止质量的变化而损失的 能量。显然，(ΔEin)u - (ΔEout)u - (ΔER)u是不带电 电离辐射在Δm内产生的次级电子的全部动能之和，以ΔEk表示，那么上式又可写为：

当次级电子进入P内带的 能量(ΔEin)e与P内带走的能量(ΔEout)e相等时，即(ΔEin)e = (ΔEout)e，称为带电粒子平衡。只有在带电 离子平衡条件下，才能测出点A处的剂量，否则难以判断 电离辐射究竟传递给Δm多大的 能量。即是说，不能达到电子平衡条件时，不能进行以确定量值为目的的测量，因为无法找到修正方法。

对于常用的 或 辐射，要达到带电粒子平衡，所需的 介质厚度为其产生的次级电子射程。表11-1给出某些X 射线在水中的减弱系数与次级电子的射程。

表11-1． X— 射线在水中的减弱系数与次级电子射程

如前所述，如果选择了适当的极化电压，复合效应便可忽略。但是复合损失不仅与极化电压有关，还与 电离室 灵敏体积中空气的 电离密度有关，即与剂量率有关。由于离子复合，空腔内的电荷收集效率不高，需用修正因子。复合损失修正的一般公式：

式中：

is — 饱和电流

iR — 测量电流读数

m— 复合常数，m = 36.7±2．2

q — 电离密度

V — 电离电压(极化电压)

r1 — 极间距离，单位cm

r2 — 电离室形状参数

如果详细研究，电离室的 复合效应与其形状、收集电压、以及辐射产生电荷的速度有关。当测量加速器时，辐射是脉冲式的，脉冲瞬间的辐射剂量率远远大于其平均剂量率，复合修正因子变得相当重要。对于连续辐照(γ 射线束)复合效应一般非常小。为了检验 电离室的复合损失，可以将极化电压减低到正常值的0.5倍，如果电流值大于正常极化电压的99．5%，问题不大；如果电流值仅为正常极化电压的99．0%，须要认真对待；如果更小，则必须采取措施。

但是 电离室的体积越大，对周围的扰动越大，影响辐射场的测量。而辐射场的测量中，扰动的影响是很难定量确定。因此用于放射治疗辐射场测量的 电离室体积不能太大，通常小于1cm。

虽然 电离室可以单独校淮，但较多情况下电离室和其测量单元作为一个整体校准。

电离辐射是一切能引起物质 电离的辐射总称，其种类很多，高速带电粒子有α粒子、 β粒子、 质子，不带电粒子有种子以及X 射线、γ射线。

α射线是一种带电粒子流，由于带电，它所到之处很容易引起 电离。 α射线有很强的 电离本领，这种性质既可利用。也带来一定破坏处，对人体内组织破坏能力较大。由于其质量较大，穿透能力差，在空气中的射程只有及厘米，只要一张纸或健康的皮肤就能挡住。

β射线也是一种高速带电粒子，其 电离本领比 α射线小得多，但穿透本领比α射线大，但与X、γ射线比β射线的射程短，很容易被 铝箔、 有机玻璃等材料吸收。

X 射线和γ射线的性质大致相同，是不带电波长短的 电磁波，因此把他们统称为 光子。两者的 穿透力极强，要特别注意意外照射防护。

电离辐射存在于 自然界，但目前人工辐射已遍及各个领域，专门从事生产、使用及研究电离辐射工作的，称为放射工作人员。与放射有关的职业有：

核工业系统的和原料勘探、开采、冶炼与精加工， 核燃料及 反应堆的生产、使用及研究；农业的照射培育新品种，蔬菜水果保险，粮食贮存；医药的X 射线透视、照相诊断、 放射性 核素对人体脏器测定，对肿瘤的照射治疗等；工业部门的各种加速器、射线发生器及 电子显微镜、电子速焊机、彩电 显像管、高压电子管等。