Camere a ionizzazione Misurano la carica Q (di un solo segno) prodotta dalla radiazione in una massa m di gas, essendo vera l’uguaglianza: energia spesa in media per creare una coppia di ioni nel gas OSS: se [Dg]=Gy, [Q]=C, [m]=kg . Ma (ICRU 1971) Se T è l’energia cinetica iniziale delle particelle cariche (secondarie nel caso di radiazioni indirettamente ionizzanti), ciascuna in grado di produrre mediamente N coppie di ioni frazione di T spesa in bremsstrahlung frazione di N prodotta dalla bremsstrahlung numero medio atomi eccitati ( ) W(He) =41.8 eV

• W è sostanzialmente indipendente dal tipo di radiazione Nel caso di n possibili valori Ti dell’energia cinetica con significato dei simboli Ni, gi e gi’ analogo a quello descritto per n=1. L’energia spesa per coppia di ioni viene ottenuta sperimentalmente misurando la carica Q prodotta da n particelle cariche di energia cinetica T (nell’ipotesi in cui la radiazione bremsstrahlung sfugga dalla cavità e questa abbia dimensioni almeno pari al percorso delle particelle) potenziale di 1a ionizzazione • W > E1 • W è sostanzialmente indipendente dal tipo di radiazione (e dalla sua energia) ma dipende dal tipo di gas per l’aria secca e radiazione a basso LET

Camere a ionizzazione a cavità Se il gas è contenuto in un inviluppo solido Camere a ionizzazione a cavità GUARD ELECTROD (intercetta le correnti di perdita attraverso l’isolante tra l’elettrodo ad HV e quello a massa, evitando così che queste raggiungano il collettore). Con un’opportuna scelta della grandezza della cavità e del gas ivi contento, nonché dello spessore e materiale costitutivo delle pareti w, consentono di misurare la dose in un qualunque mezzo m mediante l’applicazione della teoria della cavità. ES: cavità piccola (relazione di Bragg-Gray)

Nel caso di irradiazione con fasci di fotoni, l’adozione di pareti spesse consente l’uguaglianza: In particolare l’uso di pareti spesse aria-equivalenti permette di misurare l’esposizione: Ciò è possibile fino a 3 MeV mentre le camere ad aria libera possono essere utilizzate fino a 300-400 keV. Possono essere tanto compatte da consentire la misura dei profili di dose. Se a geometria sferica possono misurare campi multidirezionali, al contrario delle camere ad aria libera che richiedono un fascio monodirezionale al loro asse.

Camere a condensatore OSS: le camere a condensatore Generalmente si misura Q utilizzando Ponendo l’interruttore in posizione 1 la camera viene caricata ad un potenziale P1 (tipicamente 400 V) nella camera, la cui capacità è C, risulta immagazinata una carica Q1=CP1 La camera viene scollegata dal generatore di tensione (interruttore in 2) ed immersa in un campo di radiazione. OSS: le camere a condensatore possono operare senza cavi. La carica Q prodotta dall’irraggiamento viene raccolta dagli elettrodi facendo diminuire la carica ivi deposta in Q2=Q1- Q e la d.d.p. tra di essi in P2=CQ2. Dalla misurazione di P2 (eseguita per con un voltmetro elettrostatico) si ricava Q. Camera a cavità di tipo Victoreen soltanto gli ioni prodotti nella camera a cavità (parte destra del disegno) vengono raccolti dagli elettrodi

Diverse geometrie per le camere a cavità

Camere a misura continua In alcuni casi (per es. nel calcolo delle schermature) è più utile conoscere l’intensità di dose piuttosto che la dose. Si utilizzano Usualmente le correnti in gioco sono dell’ordine di (10-9-10-15) A. misurata con una camera ad aria di 1 cm3 ES: Sono troppo basse per essere misurate da un galvanometro. si misura la caduta di tensione ai capi di un resistore attraverso un elettrometro (voltmetro con impedenza d’ingresso >> di quella del resistore)

Densità dell’aria La densità dell’aria  alla temperatura T(°C), pressione P(torr) e pressione parziale del vapor acqueo Pw(torr) può essere determinato dalla relazione: pressione del vapor acqueo saturato = 19.827 +1.21(T-22) torr Comunemente si utilizza l’umidità relativa T=22 °C   RH=50%  Pw=9.914 trr ES OSS: Fissati T e P, all’aumentare di RH la densità dell’aria diminuisce. a T=22 °C e P=760 torr 10% di crescita in RH la densità dell’aria diminuisce dello 0.1%.

Effetto dell’umidità sulla carica raccolta Si consideri una cavità di Bragg-Gray riempita dapprima di aria secca e quindi di aria umida, esposta ad un’identica irradiazione X. OSS: non è un’uguaglianza esatta perché non è esattamente . dove si utilizza il sottoscritto a l’aria secca ed h per quella umida. Il rapporto tra le cariche raccolte nei due casi è determinato dal 1° corollario di Bragg-Gray: Sia sia decrescono all’aumentare di RH mantenendosi però entrambi 1. Ai fini della ionizzazione osservata gli effetti di queste due decrescite si bilanciano e, nell’intero range RH=(15-75) % è possibile assumere Qh/Qa=1 a meno di un errore dello 0.3%.

Correzione per le condizioni dell’aria L’effetto dell’umidità sulla ionizzazione della camera si considera trascurabile per indicare le condizioni dell’aria non occorre riportare il valore di RH. Il rapporto tra la carica QT, P raccolta in condizioni di T e P generiche e la carica Q22, 760 raccolta per T=22 °C e P=760 torr, considerate come condizioni di riferimento è pari a: Il fattore di taratura in esposizione NX  X/Q, fornito dai Laboratori Primari, viene definito come il rapporto tra l’esposizione X in aria libera nel centro della camera e la carica Q raccolta per T=22 °C e P=760 torr. Il segnale Q’=QT,P misurato nelle condizioni di T e P effettivamente esistenti in sede di utilizzazione della camera deve essere moltiplicato per il fattore di correzione:

Ricombinazione Ionica In una camera a ionizzazione un certo numero di elettroni e ioni positivi nel loro percorso verso gli elettrodi si ricombinano. La camera raccoglie una carica Q’ minore di quella Q effettivamente prodotta dalla radiazione. La ricombinazione è detta iniziale o colonnare e generale o di volume a seconda che riguardi ioni prodotti rispettivamente nella stessa traccia o in tracce diverse. Solitamente soltanto quella generale dipende dalla densità di ioni nella cavità (crescendo con essa). Infatti la ricombinazione degli ioni formati da singole tracce è indipendente dal numero di tracce nell’unità di volume. Ciò è vero a meno che le tracce non si sovrappongono (intensità di dose molto elevata) o la densità di carica spaziale riduce il campo elettrico nella camera. La ricombinazione iniziale è trascurabile tranne che per la radiazione densamente ionizzante e quella sparsamente ionizzante in gas ad alta densità. Entrambi i tipi di ricombinazione dipendono dalla tensione applicata.

OSS: il breakdown elettrico degli isolanti la moltiplicazione del gas. Non è possibile aumentare la tensione di raccolta P oltre una certa soglia intervengono Normalmente si utilizzano tensioni P=(200-500) V. Oltre che da P la ricombinazione ionica dipende dalla distanza tra gli elettrodi e dalla geometria della cavità. Per poterlo applicare l’utilizzatore deve correggere la carica Q’ effettivamente letta dalla camera per il fattore di ricombinazione ionica kion  Q/Q’ Il fattore di taratura viene riferito alla raccolta di tutta la carica Q prodotta dalla ionizzazione. Gli ioni negativi hanno velocità di drift minore di quella degli elettroni e sono quindi più soggetti alla ricombinazione. Per evitare la ricombinazione Ionica occorrerebbe utilizzare gas non elettronegativi. OSS:

Kion per irradiazione continua (ES: 60Co) Ricomb. generale: con mc = 8.2·105 Volt·s1/2 cm-1/2 C-1/2 V(cm3)= volume cavità t(s)= durata irradiazione OSS: dipende dalla densità di ioni e questa, a propria volta, dall’intensità di dose Sia P1 la normale tensione di lavoro e la corrispondente lettura della camera. viene determinato mediante la tecnica delle due tensioni: nelle stesse condizioni di irradiazione la camera viene utilizzata applicando ad essa dapprima P1 e poi una tensione inferiore P2=P1/n (almeno n=2). lettura corrispondete a P2

Kion per irradiazione pulsata Ricombinazione iniziale: Kion per irradiazione pulsata < < tempo di transito ionico (~10-3 s) durata impulso intervallo tra impulsi se invece è vera la disuguaglianza >> la trattazione può essere approssimata da quella per irradiazione continua densità di carica iniziale creata da un impulso (C·cm-3) =2.8·1012 Volt·cm/C (Boag-Currant, 1980) L’inserimento di u1 nell’eq. di Boag-Currant fornisce kion(P1). Applicando alla camera le tensioni P1 e P1/n dal rapporto delle letture si ricava u1. OSS: dipende dalla densità di ioni e questa, a propria volta, dalla dose per impulso

La ricombinazione generale può essere significativa (fino al 3%) per Le soluzioni per kion(P1) ottenute numericamente dall’eq. di Boag-Currant sono fittate da un polinomio del 2° ordine: con coefficienti in prossimità della saturazione (kion<1.05) espressione del kion(P1) relativo alla ricombinazione iniziale per Q1’/Q2’1. kion(P1) per n =2 Q’1/ Q’2 (rad. pulsata) (rad. continua) Per una camera irraggiata con fasci pulsati in prossimità della saturazione: La ricombinazione generale può essere significativa (fino al 3%) per fasci pulsati e pulsati a scansione.