Theoretische Untersuchung der Sättigungskorrektion von Ionisationskammern in gepulsten Strahlungsfeldern bei beliebiger Pulsdauer

ZusammenfassungIn Ionisationskammern wird infolge der Rekombination von Ladungsträgern nicht die gesamte durch die Strahlung frei gesetzte Ladung gesammelt. Dieser Effekt wird durch den Sättigungskorrektionsfaktor kS berücksichtigt. Die physikalische Beschreibung des Korrektionsfaktors für gepulste Strahlung ist etabliert. Jedoch gilt sie nur unter der Annahme, dass die Pulsdauer kurz gegen die Sammelzeit der Ionisationskammer ist.In diesem Beitrag wird eine Beschreibung der Sättigungskorrektion für Strahlungspulse beliebiger Länge entwickelt. Dazu wird ein Differentialgleichungssystem iterativ gelöst. Die Lösung wird anhand bereits veröffentlichter Experimente mit einer Rooskammer (PTW TM34001) in einem gepulsten Elektronenstrahl überprüft.Die Ergebnisse des iterativen Verfahrens beschreiben die experimentellen Daten gut. Die Berechnungen sind auch für experimentell nicht zugängliche Strahleinstellungen möglich und tragen so zum Verständnis und zur korrekten Beschreibung der Sättigungskorrektion bei beliebigen Pulsdauern bei. So ergeben sich unter anderem die von der Pulsdauer abhängigen Ladungsträgerverteilungen in der Ionisationskammer, einschließlich des Übergangs zu den Verhältnissen bei kontinuierlicher Bestrahlung.Ferner wird gezeigt, dass die Formel für kS nach Hochhäuser und Balk [1] auch bei beliebiger Pulsdauer anwendbar ist, wenn für die Parameter a und p von der Pulsdauer abhängige Effektivwerte benutzt werden. Diese Effektivwerte werden für die Rooskammer für Pulsdauern bis zu 300 μs bestimmt.

In ionization chambers, not all released charge is collected due to the recombination of charge carriers. This effect is taken into account by the saturation correction factor kS. A physical description of the correction factor has been established for pulsed radiation. However, it is only accurate when the pulse length is short compared with the collection time of the ionization chamber.In this paper we develop a description of the saturation correction for radiation pulses of arbitrary length. For this, a system of partial differential equations is solved iteratively. The numerical solutions are verified experimentally for a Roos ionization chamber (PTW TM34001) exposed to a pulsed electron beam.The results of this iterative procedure describe the experimental data well. The calculations are also possible for beam structures which are experimentally hard to get and thereby contribute to a better understanding and correct description of the saturation correction at arbitrary pulse length. Among other things the pulse length dependent distributions of the charge carriers in the ionization chamber is calculated, inclusive of the transition to the conditions prevailing in the case of continuous irradiation.Furthermore is shown that the formula for kS established by Hochhäuser and Balk [1] is applicable even at arbitrary pulse length, if pulse duration dependent effective values are used for the parameters a and p. These effective values have been determined for the Roos chamber at pulse lengths up to 300 μs.