加速器电离室的工作原理与维修

加速器电离室的工作原理与维修

解放军总医院304临床部仪器科张永敏

摘要：本文着重介绍电离室的工作原理及电离室的构造，电离室作为射线探测器在加速器中所起的重要作用。以及电离室损坏后的修复、更换，怎样通过实验的方法确定电离室的工作电压，避免更换电离室后所带来的不良后果。

关键词：加速器电离室

电离室又称射线探测器，它是将射线能量转换成电信号的装置，是射线设备的重要部件，它的优劣以及是否正常使用，都会直接影响设备的性能。目前射线设备常用的气体探测器主要有电离室、正比计数器、盖革计数器，他们分别在不同的电场下工作。

1.原理与结构

1.1射线穿过电离室时，探测器中的气体在射线的作用下被电离, 电离后的电子和离子在电场的作用下分别向正负两极移动，根据收集极收集到电离电荷的多少来量度辐射的能量。

电离室是一个充有氮气或其他气体的密封容器，容器内装有电极，电极与容器壁之间加有一定的电压，形成电场。当带电粒子进入电离室时，气体被电离成许多正负离子对。在

电场的作用下分别向正负极移动形成电流，其微弱的电流信号大约为107--103-A。实际上

加速器常用的电离室为一平板圆盒状结构。外部有负高压电极，两套独立的信号电流接收电极，接收到的两路弱电流信号用作计量停机，第一路信号计量停机失败后，第二路信号在第一路信号（设定治疗计量）的基础上多40rad后停机保护用。

1.2 若穿过电离室的射线强度不变，那么探测器的输出脉冲器强度随着外电场由低到高连续变化时，可在收集极收集到不同的电流脉冲强度。这是因为所加电场不同产生电离的离子对数目也不同，所以在收集极得到的电流脉冲强度也不同。

如果我们在电离室的高压电极加一个连续变化的电场就会发现，当电场电压较低时，电离后的正负离子对分别向两极移动，在移动过程中正负离子对相互碰撞而复合，真正到达两极的离子较少，收集极收集的电流脉冲强度也小，大部分离子对碰撞复合而烟灭（复合＞到达两极的离子），这一阶段称为复合区。随着电场电压继续升高几乎所有被电离的正负离子对在电场的作用下到达两极，形成较强的电流脉冲。此时电场再升高，离子流没有明显变化，形成一个平坦的区域，这就是电离区。现在放射设备用的电离室就工作在这一区域。当电压继续升高时平坦区域被打破，由于电场较高，电离后的正负电子对具有较高的能量，在到达两极的路程中，与气体分子相碰撞产生次级电离，次级电离产生的电子具有足够的能量再次引起新的电离，这样两极收集到的正负离子对大大增加，这一区域称为正比区，正比计数器就工作在这一区域。电场电压再升高，在正极周围聚集大量正离子形成电荷区，限止离子流的形成，此区域称为限止正比区。电场进一步增加，到达两极的正负离子对逐渐达到饱和，这一区域称为盖革区，盖革-弥勒计数器工作在此区。若电压再升高，将会引起极间击穿放电，探测器将不能正常工作，或被损坏。

由此我们知道，加速器电离室工作在电离区，在调试时一定要注意这一点，避免造成计数不准影响机器性能或造成严重的后果。

1.3 在使用电离室时考虑的参数主要有饱和特性、灵敏度和线形范围。按电离室的设计要求对电离室电场电压进行必要的调试，使电离室工作在良好的电离区域。

2．电离室工作灵敏体积的计算

v=πr²h=π·(40)²·2=1.0·104mm3

测电流为I，则计量率为：

X=i/V•空=i/104•1.293•1/109-=7.7•104•i(c/kg•s)=3•108•I(R/S)

=1.8•1010•I(R/min)

空气中某点的吸收计量率D与该点的照射率X有如下关系：

D(GY/S)=8.69•103-X(R/S)

我们对BJ-6B加速器电离室实测如下：条件：加速器工作状态pps=1/12.4kHz,检流器X1档分度值≧51/10^9(A/分度)

从表中数据不难看出在电离室加-300v到-400v电压时电离室得到的数据基本稳定。电场电压-300V—-400V基本满足线性关系，BJ-6B加速器电离室的工作电压是-400V。

饱和特性、测量I/V曲线，在相同辐射强度下，分别测量收集极Ⅰ收集极Ⅱ。

3. 电离室检修与更换

在检修或更换电离室前首先进行校验检查电离室是否正常。检查抢发射电流，磁控管平均电流是否正常，或用计量仪进行计量测试，结果是否与机器计量一致、偏差或无计量，进行比较后得出正确的判断，方可对电离室进行必要的检修与更换。

3.1 BJ-6B 加速器设有校验程序，即在不出束的情况下电离室前置放大器的输入端通

过开关加入106

－A 的弱电流模拟信号，模拟电离室输出电流检测后级电路工作是否正常，

构造如图所示。若屏幕计量显示正常，说明故障发生在前置放大器输入端之前。

3.2首先检查电离室-400v 是否正常；电离室信号输出线是否折断或短路；转接头是否虚接。

3.3若计量不稳或计量1和计量2相互影响，收集极可能击穿或-400V 带载能力差，或高压与地碰接，需要拆下照射头检查或更换电离室。

应特别注意计量检测电路经过调整维修后，一定要进行校准后才能进行临床应用，避免计量偏差造成事故发生。

剂量测量电

路

电离室

模拟信号