電離室靈敏度

一般說來，電離室的靈敏度取決于電離室內的空氣質量。由于電離室內的氣壓近似為一個大氣壓，那么，也可以說其靈敏度正比于空氣體積，因而這個體積又稱“靈敏體積”。隨著電離室體積增大，靈敏度增高。

電離室能量響應

如上所述，電離室的響應(靈敏度)正比于空氣比釋動能率(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。但是由于電離室本身不能完全由空氣制作，不能完全等同于空氣，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。

對于劑量測量的電離室，能量響應是極為重要的性能參數，而對于劑量監測的電離室雖然也關心能量響應，但不是非常重要。

電離室電子平衡

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。由于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，并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于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于次級電子最大射程，電子平衡條件就可基本滿足。我們稍微詳細點分析。

對于常用的或輻射，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1給出某些X射線在水中的減弱系數與次級電子的射程。

表1．X射線在水中的減弱系數與次級電子射程

電離室復合損失

如前所述，如果選擇了適當的極化電壓，復合效應便可忽略。但是復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。由于離子復合，空腔內的電荷收集效率不高，需用修正因子。

如果詳細研究，電離室的復合效應與其形狀、收集電壓、以及輻射產生電荷的速度有關。當測量加速器時，輻射是脈沖式的，脈沖瞬間的輻射劑量率遠遠大于其平均劑量率，復合修正因子變得相當重要。對于連續輻照(γ射線束)復合效應一般非常小。為了檢驗電離室的復合損失，可以將極化電壓減低到正常值的0.5倍，如果電流值大于正常極化電壓的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，則必須采取措施。

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。因此用于放射治療輻射場測量的電離室體積不能太大，通常小于1cm。

雖然電離室可以單獨?；?，但較多情況下電離室和其測量單元作為一個整體校準。 2100433B

電離輻射是一切能引起物質電離的輻射總稱，其種類很多，高速帶電粒子有α粒子、β粒子、質子，不帶電粒子有種子以及X射線、γ射線。

α射線是一種帶電粒子流，由于帶電，它所到之處很容易引起電離。α射線有很強的電離本領，這種性質既可利用。也帶來一定破壞處，對人體內組織破壞能力較大。由于其質量較大，穿透能力差，在空氣中的射程只有及厘米，只要一張紙或健康的皮膚就能擋住。

β射線也是一種高速帶電粒子，其電離本領比α射線小得多，但穿透本領比α射線大，但與X、γ射線比β射線的射程短，很容易被鋁箔、有機玻璃等材料吸收。

X射線和γ射線的性質大致相同，是不帶電波長短的電磁波，因此把他們統稱為光子。兩者的穿透力較強，要特別注意意外照射防護。

電離輻射存在于自然界，但人工輻射已遍及各個領域，專門從事生產、使用及研究電離輻射工作的，稱為放射工作人員。與放射有關的職業有：

核工業系統的和原料勘探、開采、冶煉與精加工，核燃料及反應堆的生產、使用及研究；農業的照射培育新品種，蔬菜水果保險，糧食貯存；醫藥的X射線透視、照相診斷、放射性核素對人體臟器測定，對腫瘤的照射治療等；工業部門的各種加速器、射線發生器及電子顯微鏡、電子速焊機、彩電顯像管、高壓電子管等。

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。如果選擇了適當的極化電壓，復合效應便可忽略，也沒有碰撞放大產生，此時可認為射線產生的初始離子對恰好全部被收集，形成電離電流。該電離電流正比于，因而正比于射線強度。加速器的監測探測器一般均采用電離室。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臺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，也可以處于封閉狀態。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。

電離室的分類極為復雜，下面是一些比較常見分類的舉例。

電離室按照測量劑量率或劑量大小

1）治療水平電離室，靈敏體積約在0.01毫升至5.0 毫升之間，測量的劑量率范圍在1 mGy/min至10 Gy/min；

2）診斷水平電離室，靈敏體積約在5毫升至500毫升之間，測量的劑量率范圍在0.1 mGy/min至10 Gy/min，但劑量只有0.1 mGy至0.1Gy；

3）防護水平電離室，靈敏體積約在，30毫升至3升之間，測量的劑量率范圍在0.1 μGy/h至1 Gy/h；

4）環境水平電離室，靈敏體積約在3升至100升之間，為了減小體積，常采取氣體加壓設計，測量的劑量率范圍在1μGy/h至10μGy/h；

電離室按照測量對象

1）α電離室、β電離室、或α、β電離室，電離室的部分壁非常薄，是的α、β粒子或其次級電子可以穿過，到達靈敏體積。有時也設計成將α、β源直接置入電離室內部的形式；

2）γ電離室電離室壁通常有一定厚度，從而降低對α、β粒子的響應；

3）中子電離室用于中子劑量測量，常設計成雙電離室的形式。其基本原理是石墨電離室主要對光子響應，對中子基本無響應，而塑料電離室則對光子和中子都響應，計算二個電離室響應之差便是中子劑量；

4）電子束電離室，專門用于加速器電子束測量的平行平板電離室；

5）布喇格峰電離室，設計用于測量重離子射束的布喇格峰的電離室。

電離室按照電離室的形狀

1）殼電離室：電離室的測量體積在0.1cm³至1.0 cm³之間，由裝在支持桿上硬的外電極包圍。測量體積通常圍繞支持桿的軸對稱，使用時對稱軸垂直于輻射束的軸線。殼電離室有二類，即指（套）型電離室和球型電離室。指（套）型電離室外電極為硬的圓柱形狀，一端封閉，另一端裝在支持桿上。球型電離室的外電極是硬的球形壁裝在支持桿上。

2）平行板電離室：電離室的測量體積在0.01cm³至0.5 cm³之間，由二平行電極包圍。使用時二平行電極面垂直于輻射束的軸線。

3）通氣電離室：電離室的結構使得測量體積內的空氣可與大氣自由交換。因此需要對空氣密度變化的影響做修正。

4）密封電離室：電離室的結構限制測量體積內的空氣與大氣之間的通路，充分保證電離室的響應與環境條件變化在制造廠指明的時間期間內無關。

5）無保護電離室：電離室的電纜中圍繞中心信號導體的保護導體終止在電纜中，不延伸進入電離室裝置的桿或體內。

6）部分保護電離室：電離室的電纜中圍繞中心信號導體的保護導體延伸進入電離室裝置的桿或體內，但不進入電離室的空氣中。

7）保護電離室：電離室裝置的桿或體的保護導體與保護電極連接，保護電極與電離室內空氣接觸。

電離室按照測量理論

1）石墨空腔電離室；

2）絕對測量自由空氣電離室。

電離室是最早的核輻射探測器。也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，電子和正離子可以復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，那么電子和正離子就會分別被拉向正負兩極，并被收集。隨著極化電壓V逐漸增加，氣體探測器的工作狀態就會從復合區、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。

電離室(ionization chamber)分脈沖電離室和電流電離室兩類。脈沖電離室以脈沖形式記錄單個粒子入射時造成的電離效應，用于測量樣品的相對活度和射線能量。這方面的應用已基本上被半導體探測器所代替。電流電離室記錄一段時間進入電離室內的大量粒子所產生的總平均電離電流，反映總電離效應，用于測量X、γ、β射線或中子的通量、劑量等。經過標定的電流電離室也可測量放射性活度。選擇適當厚度的等效材料作為電極，可以測量吸收劑量和照射量。由于簡單可靠，在監測場合常用。袖珍累計電離室也用作個人劑量筆。

坪特性曲線（plateau curve)

氣體電離型探測器主要包括電離室、正比計數器和蓋革——彌勒計數管（G-M計數管）。后兩種主要用于計數。脈沖電離室用于計數；電流電離室用于劑量測量。