Camera a ionizzazione
Sto studiando questo dispositivo dal libro “Glenn F.Knoll - Radiation Dectection and Measurement (2010)”. A pag 149 viene riportato il circuito equivalente della camera a ionizzazione:
Il libro dice che il segnale di interesse VR è quello che si legge ai capi della resistenza di carico R. Quando nella camera non viene prodotta alcuna ionizzazione il segnale è nullo e tra i piatti della camera sussiste una differenza di potenziale V0 applicata con un generatore. La didascalia della figura dice che la capacità C, trascurando quella di altri elementi circuitali, è la capacità della camera. Rappresentata in questo modo (parallelamente ad R) non funge da bypass quindi mi aspetterei che in assenza di ionizzazione ai capi di R si legga la tensione V0 e non 0 come riporta il testo. Dove sbaglio? Perché il collegamento della capacità è tratteggiato?
Grazie
Il libro dice che il segnale di interesse VR è quello che si legge ai capi della resistenza di carico R. Quando nella camera non viene prodotta alcuna ionizzazione il segnale è nullo e tra i piatti della camera sussiste una differenza di potenziale V0 applicata con un generatore. La didascalia della figura dice che la capacità C, trascurando quella di altri elementi circuitali, è la capacità della camera. Rappresentata in questo modo (parallelamente ad R) non funge da bypass quindi mi aspetterei che in assenza di ionizzazione ai capi di R si legga la tensione V0 e non 0 come riporta il testo. Dove sbaglio? Perché il collegamento della capacità è tratteggiato?
Grazie
Risposte
In "regime stazionario", ovvero a riposo (in assenza di ionizzazione) sia la capacità della camera di ionizzazione sia le altre capacità parassite del circuito, equivalgono a dei circuiti aperti, di conseguenza, nel circuito della tua immagine, in quel regime, nel resistore non può scorrere nessuna corrente; ne segue che tutta la tensione V0 del generatore andrà a localizzarsi ai morsetti della camera di ionizzazione che, come già detto, equivale ad un interruttore aperto.
Per quanto riguarda la tua seconda domanda, la capacità C che rappresenta la capacità complessiva, viene disegnata tratteggiata in quanto pur non essendo realmente quella la sua effettiva posizione nel circuito, lo diventa nello studio del circuito equivalente in "regime dinamico", ovvero in presenza di una variazione delle grandezze circuitali (tensione e corrente) associate alla presenza di ionizzazione.
Per quanto riguarda la tua seconda domanda, la capacità C che rappresenta la capacità complessiva, viene disegnata tratteggiata in quanto pur non essendo realmente quella la sua effettiva posizione nel circuito, lo diventa nello studio del circuito equivalente in "regime dinamico", ovvero in presenza di una variazione delle grandezze circuitali (tensione e corrente) associate alla presenza di ionizzazione.
Ho un altro dubbio!
Supponiamo che una particella ionizzante abbia attraversato il gas ed abbia formato una coppia ione-elettrone. Soffermiamoci sullo ione. La sua presenza nell'intercapedine genera cariche negative indotte sulle due armature:
Durante lo spostamento dello ione verso il catodo, tali cariche indotte vengono ridistribuite. Se la costante di tempo caratteristica del circuito è maggiore del tempo di deriva, la ridistribuzione è a carico della camera (che può essere considerata come se fosse isolata dal generatore):
Per ogni spostamento $ dx $ che lo ione fa verso il catodo, una carica $ dq $ negativa migra dall'anodo al catodo attraverso il circuito. Così si ottiene il segnale d'uscita sulla resistenza.
Non riesco a capire perchè questo meccanismo produca un calo di tensione tra gli elettrodi della camera o, equivalentemente, perchè la carica su di essi immagazzinata diminuisca.
Se penso al fatto che al termine della deriva dello ione una carica negativa complessiva, in valore assoluto pari alla sua carica, sia stata trasferita dall'anodo al catodo, mi verrebbe da pensare che la carica tra le armature sia aumentata e con essa il potenziale.
Poi penso a quando lo ione viene "assorbito" dal catodo e mi viene da pensare che vada ad annullare la carica negativa trasferita riportando il sistema alla sua carica inziale.....
Supponiamo che una particella ionizzante abbia attraversato il gas ed abbia formato una coppia ione-elettrone. Soffermiamoci sullo ione. La sua presenza nell'intercapedine genera cariche negative indotte sulle due armature:
Durante lo spostamento dello ione verso il catodo, tali cariche indotte vengono ridistribuite. Se la costante di tempo caratteristica del circuito è maggiore del tempo di deriva, la ridistribuzione è a carico della camera (che può essere considerata come se fosse isolata dal generatore):
Per ogni spostamento $ dx $ che lo ione fa verso il catodo, una carica $ dq $ negativa migra dall'anodo al catodo attraverso il circuito. Così si ottiene il segnale d'uscita sulla resistenza.
Non riesco a capire perchè questo meccanismo produca un calo di tensione tra gli elettrodi della camera o, equivalentemente, perchè la carica su di essi immagazzinata diminuisca.
Se penso al fatto che al termine della deriva dello ione una carica negativa complessiva, in valore assoluto pari alla sua carica, sia stata trasferita dall'anodo al catodo, mi verrebbe da pensare che la carica tra le armature sia aumentata e con essa il potenziale.
Poi penso a quando lo ione viene "assorbito" dal catodo e mi viene da pensare che vada ad annullare la carica negativa trasferita riportando il sistema alla sua carica inziale.....
Se come hai detto ipotizziamo una costante di tempo del circuito RC molto maggiore del tempo di transito degli ioni fra le armature, la camera di ionizzazione può essere considerata isolata dal resto del circuito e di conseguenza nulla la corrente nello stesso.
Gli ioni (elettroni) avvicinandosi all'armatura negativa (positiva) porteranno sì ad una redistribuzione della carica negativa (positiva) sulla stessa ma avranno anche un effetto "schermante", che porta a ridurre il campo elettrico (medio) interno e quindi la tensione $V_c$ ai morsetti della camera di ionizzazione, effetto che diverrà massimo al loro arrivo sul catodo (anodo); sostanzialmente la carica effettiva della camera verrà ridotta e di conseguenza la tensione $V_c$ ai morsetti della stessa.
Ai morsetti del resistore verrà quindi a presentarsi una tensione
$V_R=V_0-V_c$
che potrà poi essere rilevata e che andrà a riportarsi al valore di riposo $V_c=V_0$ via salita esponenziale con costante di tempo $\tau=RC$, grazie alla corrente $i$ che andrà a scorrere nel circuito.
Vista però la differenza fra velocità di deriva elettronica e ionica, se non ricordo male, soprassedendo sulle varianti migliorative della struttura della camera (griglie ecc.), si sfrutta principalmente la più veloce deriva elettronica, al fine di ridurre i tempi di risposta della stessa.
Gli ioni (elettroni) avvicinandosi all'armatura negativa (positiva) porteranno sì ad una redistribuzione della carica negativa (positiva) sulla stessa ma avranno anche un effetto "schermante", che porta a ridurre il campo elettrico (medio) interno e quindi la tensione $V_c$ ai morsetti della camera di ionizzazione, effetto che diverrà massimo al loro arrivo sul catodo (anodo); sostanzialmente la carica effettiva della camera verrà ridotta e di conseguenza la tensione $V_c$ ai morsetti della stessa.
Ai morsetti del resistore verrà quindi a presentarsi una tensione
$V_R=V_0-V_c$
che potrà poi essere rilevata e che andrà a riportarsi al valore di riposo $V_c=V_0$ via salita esponenziale con costante di tempo $\tau=RC$, grazie alla corrente $i$ che andrà a scorrere nel circuito.
Vista però la differenza fra velocità di deriva elettronica e ionica, se non ricordo male, soprassedendo sulle varianti migliorative della struttura della camera (griglie ecc.), si sfrutta principalmente la più veloce deriva elettronica, al fine di ridurre i tempi di risposta della stessa.
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