전리함 - 기체전리이용,전리함 영역

전리함 영역(Ionization region, II영역)에서
전류는 인가전압에 상관없이 방사선에 의해 전리된 이온쌍의 수에 비례한다.
저가의 간이 전원으로도 상당히 정확한 값을 측정함.

에너지 선별력이 있음. <- 비교적 에너지 의존성^[각주:1]GM>섬광계수기.) " valign="top">이 적음.
조사선량과 조사선량률 측정. (공기등가물질로 전리함 벽 사용시)
흡수선량과 흡수선량률 측정. (인체등가물질로 전리함 벽 사용시)

<에너지 의존선이 비교적 적지만 없는 건 아님.>
전리함에 의한 선량률 측정시 80-200keV에서 고감도를 보이는 에너지 의존성이 있다.
만일 이같은 고감도보이는 에너지 영역의 선원으로 교정을 수행할 경우,
이보다 높은 에너지 대의 방사선, 예를 들어 Co-60과 같이 1.17MeV, 1.33MeV의 높은 E의 감마선의 경우,
선량률이 과소평가됨을 주의하라.

α,β,γ 선에 대한 선질 특성 우수.(모든 종류의 방사선 측정)

단 출력펄스가 낮아 감도가 좋지 않음.(1차 전자만 수집하기 때문)
펄스전리함의 경우 운영하기 어려움.(낮은 출력펄스때문에 noise와 구분이 어려움)
누설 전류 의한 오차(전극간 절연문제)가 발생.

전리함의 포화전류(1차 전자 혹은 이온에 비례)에 영향을 주는 것
 - 전리함 내 GAS의 종류 및 압력
 - 전리함의 크기

전리함에서 이용되는 기체
 - 주로 공기 (어느지역에서나 조성이 거의 일정해서 주로 쓰임)
 - 또는 Ar(불활성 기체)나 N₂(비활성 기체)가 주로 쓰임.

종류

공기 등가벽 전리함 (조사선량 측정용)
공기등가 물질(방사선 흡수능력이 공기와 같은 재료)로 벽을 구성한 전리함
전자평형 조건을 고려하여 벽의 두께는 2차 하전입자의 최대 비정보다 두꺼워야 함.
단 너무 두꺼운 경우 입사 방사선의 감쇠가 일어나므로
최적 두께는 2차전자 최대 비정에 해당되는 두께가 된다

Fano 정리 :

공기와 전체조성이 같으면 밀도가 달라도
공동 내로 들어오는 2차전자 선속은 같음.
공기등가벽의 단위체적당 발생하는 2차전자수는 밀도에 비례하고
2차전자의 비정(range)은 밀도에 반비례하므로
즉, 밀도가 달라도 공동 내로 들어오는 2차전자 선속은 동일함
공기등가벽(=전리조벽)을 이용한 조사선량 측정의 기본원리.

조직 등가벽 전리함 (흡수선량 측정용)
공동벽 구성물질을 조직 등가 물질로 구성한 전리함
Bragg-Gray 공동이론^[각주:2]을 이용하여 흡수선량 측정에 이용.
공기 등가벽 전리함과 마찬가지로 전자 평형조건을 고려하여 벽 두께를 결정한다.
조직과 공기의 질량저지능비는 1.11 : 1

자유 공기 전리함 (Free air Ionization Chamber)
주변 방사선의 간섭을 최대한 배제한 전리함 (평판형 전극 사용).
방사선의 절대 측정 및 방사선량 측정의 1차 표준기기로 사용한다.
검출부의 유효체적이 주변공기에 노출된 자유공기전리함의 경우, 표준상태 하의 공기로 보정해야
표준상태 하의 공기에서 정의된 조사선량을 구할 수 있음.(밀도보정)


직류전리함 (선량,선량률 측정. 주로 많이 쓰임)

전류펄스를 시간적으로 평균한 전리전류를 측정.
전리함 영역에 해당하는 인가전압을 걸어주어 포화된 전류를 얻음.

동일한 방사선원에 대해선 인가전압에 상관없이 일정한 포화전류 얻음.
비전리가 큰 방사선의 경우,
동일한 전압에 대해 생성되는 이온쌍의 수가 많으므로 더 큰 전리전류를 얻음.

Q=1.6 x 10^-19 E(ev)/W(eV) = 1.6 x 10^-19 N

Q : 전리함 내에서 생성되는 한쪽이온의 총전하
E : 입사한 하전입자의 에너지
W : 기체 중에서 한개의 이온쌍을 만드는데 필요한 평균 E.
N : 전리함 속에 생성된 이온쌍의 수

전리함의 체적과 생성되는 전하량을 알면 조사선량을 알 수 있다.
또한

Q=It

이므로 I (전류)를 알 경우, t (전하의 수집시간)도 알 수 있으므로
조사선량률도 알수 있다.

펄스전리함 ( 하전입자 방출 핵종 분석)

전리함속에 1개의 하전입자가 입사시 전류펄스 하나가 생김.
여러 개의 하전입자가 차례차례 입사시 그것에 대응하여 전류 펄스들 발생.
즉 전류 펄스수를 계수율계로 측정하여 전리함에 입사한 하전입자의 수를 구함.
중하전입자의 검출에 이용되며, β,γ선의 검출에는 적합치 않다.
전류펄스의 파고치에서 하전입자의 종류 및 E를 알 수 있음.
위치나 방향에 따른 의존성 있음.

V= Q/C = 1.6x10^-19 E/(WC)

V : 하전입자가 모든 에너지를 전리함내에서 잃을 시 전극에서 얻어지는 전압
E : 입사한 하전입자의 에너지
W : 기체 중에서 한개의 이온쌍을 만드는데 필요한 평균 E.
C : 전극사이 전기용량 (F)

전류펄스의 크기는
인가전압과는 무관하며,
입사되는 하전입자의 비전리에 비례한다.

Pocket Dosimeter
소형전리함을 장착하여 방사선 조사에 의한 방전의 결과 생긴 양극전압의 강하를 전위계로 측정 판독
현장에서 직접 확인할 수 있는 가능한 직독시용도 가능.
보조개인피폭선량계

<참고>

공기 등가 물질
공기의 실효원자번호에 가까운 재료 사용 : 흑연, bakelite, lucite, polystyrene, nylon 등
공기등가벽의 내면에 탄소가루 등을 도포하여 전극으로 사용, 중심에는 이온쌍 수집전극 설치

평형두께 :
2차전자평형(CPE)을 유지하기 위해 필요한 공기등가벽 두께
공기등가벽에서 생성된 2차전자의 비정과 거의 같음
입사 X-선의 에너지가 증가함에 따라 2차전자의 비정도 증가하므로 두꺼워짐
(~4-5 mm for ⁶⁰Co γ-ray^[각주:3],  ~ 1 cm for 4 MeV X-ray)

Buildup 영역
평형두께보다 얇은 공기등가벽 영역

* 전장 생성을 위한 여러 형태의 전극이 있음.
  평판형의 경우 강한 전장은 생성하기 어렵지만, 전장이 균일도가 우수하여 이온쌍 수집효율이 좋다.
    전기장 E = D/V
 
  실린더형과 구형전극은 보다 강한 전장을 생성하여, 기체증폭이 필요한 비례계수관등에서 이용된다.
     실린더형 E = V / (r*ln(b/a))
     구형       E = Vab/((b-a)*r^2)

1. "비교적이라는 [본문으로]
2. 공동에서 벽물질과 공동내부기체 간에 하전입자평형 또는 2차 전자 평형 상태가 이루어진다고 가정시 벽물질과 내부기체의 흡수선량비는 벽물질과 내부기체의 질량저지능의 비와 같다. [본문으로]
3. 1.17MeV, 1.33MeV [본문으로]