Camere a ionizzazione

Le camere a ionizzazione consistono essenzialmente in 3 componenti: anodo, catodo e il gas contenuto nella camera. Normalmente le camere a ionizzazione operano nel mezzo del loro plateau di lavoro, in questo modo la corrente in uscita risulta meno influenzata dalle inevitabili fluttuazioni della tensione applicata, si può notare infatti, dalla figura seguente, che le curve di risposta sono simili per differenti intensità di radiazione .

Il più semplice design possibile è quello di due piastre piane parallele mantenute ad un adeguato potenziale. Sebbene le linee di forza del campo elettrico così prodotto non siano perfettamente parallele (ciò accade per gli effetti di bordo), se si prendono opportuni accorgimenti costruttivi si può considerare la sua distribuzione come uniforme. Il campo elettrico in funzione del tempo può essere espresso come:

con potenziale applicato e è la d.d.p al tempo t causata dagli elettroni e gli ioni all’interno della camera. Alla variazione del potenziale è associata una variazione della corrente che fluisce nel circuito equivalente:

dove C è la capacità totale somma di quella della camera e di quella circuitale, R è la resistenza totale del circuito. Se al tempo t=0 la corrente varia istantaneamente da a  (causa, per esempio, il passaggio di una radiazione ionizzante nella camera) la caduta di tensione ai capi della resistenza varierà da  a e cioè:

Per la prima legge di Kirchoff  si avrà che:

che, data la condizione di contorno , permette di valutare l’andamento della tensione in uscita come:

è cioè funzione esponenziale della quantità di carica depositata (determinata dalla costante di tempo del circuito RC). Per ottenere un’alta velocità di risposta è indispensabile quindi che la costante RC sia la più piccola possibile.

Vantaggi e svantaggi delle camere a ionizzazione: partendo dal presupposto che non esistono strumenti universali è possibile elencare una serie di vantaggi e svantaggi associati a questo tipo di tecnologia. I principali pregi sono:

• relativa insensibilità rispetto a inevitabili fluttuazioni della tensione di alimentazione;
• proporzionalità;
• gas di rilevamento poco soggetto a deterioramento perché non sottoposto ad effetto valanga.

Alcune limitazioni invece:

• poca corrente circolante per campi radianti bassi. Questo rende le camere a ionizzazione praticamente inutilizzabili nel misurare il fondo di radioattività naturale;
• sensibilità alla variazione delle condizioni atmosferiche: temperatura e pressione possono influire sul funzionamento dello strumento, anche se nella maggior parte delle applicazioni questo fenomeno è trascurabile.

Victoreen mod. CDV-715

Questi dispositivi sono stati largamente utilizzati in passato. Vale la pena ricordare che durante la guerra fredda, negli Stati Uniti la protezione civile distribuì alla popolazione strumenti del genere che insieme a vari coupon informativi, permetteva loro di difendersi al meglio da un possibile attacco nucleare condotto dalla allora  Unione Sovietica.

Le camere a ionizzazione possono essere anche utilizzate come rivelatori “passivi”. In questo campo, le camere a ionizzazione, trovano molte applicazioni come dosimetri personali per alte esposizioni. Esse sfruttano il principio diretto di ionizzazione del mezzo.Fisicamente l’elemento sensibile del rivelatore è costituito da due fibre metallizzate in quarzo, una mobile e l’altra fissa, installate all’ interno di un involucro ed immerse in un gas a bassa pressione.Le fibre metalliche e l’involucro sono collegate alle armature di un condensatore, che viene caricato.In condizioni normali le due lamine metalliche si respingono. Quando il mezzo gassoso si ionizza, aumenta la sua conduzione e la carica del condensatore si neutralizza progressivamente, allora la distanza tra le fibre metalliche diminuisce. Mediante un oculare quindi si può leggere questo spostamento su una scala graduata per stimare l’ esposizione. I dosimetri di questo tipo devono essere periodicamente ricaricati tramite un apparecchio dedicato. Sotto lo schema delle parti che compongono dosimetro a penna:

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