Die Ionisationskammer ist im Prinzip ein gasgefüllter Kondensator. An den Elektroden liegt die Kammerspannung an. Durch sie, sowie durch die geometrischen Eigenschaften der Ionisationskammer, ist das elektrische Feld bestimmt. Durch Strahleneinwirkung werden im betreffenden Gas Ladungsträger erzeugt, die im vorhandenen elektrischen Feld beschleunigt werden und zu den entsprechenden Elektroden wandern.

Die angelegte Kammerspannung ist dabei so gewählt, daß der Detektor im Sättigungsbereich arbeitet. Aufgrund der extrem geringen Ionisationsströme (typischerweise 10-12A) müssen Kriechströme zwischen den Elektroden unbedingt vermieden werden. Zu diesem Zweck verwendet man eine Schutzelektrode, die sowohl von der Kathode als auch von der Anode isoliert und direkt geerdet ist. Die Anode hingegen ist über die Registrierelektronik geerdet. Damit sind die Schutzelektrode und die Anode praktisch auf dem selben Potential, und der Großteil eventueller Kriechströme würde ohne von der Elektronik gemessen zu werden über die Schutzelektrode abfließen (siehe Abbildung).

Die Nachweisempfindlichkeit von Ionisationskammern hängt im wesentlichen von der Gasart (in Verwendung sind He, H2, N2, O2, CH4, Luft), dem Meßvolumen, dem Gasdruck sowie von der Empfindlichkeit der Meßelektronik ab.

Das empfindliche Meßvolumen wird bei einer Ionisationskammer im allgemeinen entweder allseitig durch die Kammerwand (Kugelkammer, Zylinderkammer, Fingerhutkammer) oder durch eine Kammerwand und eine Strahleintrittsblende (Blendenkammer, Durchstrahlkammer) begrenzt.

Der Kammerwand kommt bei Dosismessungen an Photonenstrahlen besondere Bedeutung zu. Die Dicke der Kammerwand muß so bemessen sein, daß der Aufbau eines Sekundärelektronengleichgewichtes im Meßvolumen erzielt wird (unter Sekundärelektronengleichgewicht versteht man, daß Elektronen die durch die Primärstrahlung im Meßvolumen erzeugt wurden und dieses über die Kammerwand verlassen, durch Elektronen die ihrerseits in der Kammerwand durch Wechselwirkungsprozesse enstanden sind und in das Meßvolumen gelangen, ersetzt werden).

Gleichzeitig muß die Schwächung der Primärstrahlung vernachlässigbar bleiben. Dies wird durch ein luftäquivalentes Kammerwandmaterial erreicht. Für steigende Strahlungsenergie muß die Dicke der Kammerwand daher entsprechend größer sein, oder mit anderen Worten: nur für einen bestimmten Energiebereich arbeiten diese Kammern so, als ob sie unendlich groß wären.

Je nach Art der Ankopplung an ein elektronisches Registriersystem unterscheidet man zwischen Impuls- und Stromionisationskammer.

Die Impulsionisationskammer
Bei der Impulsionisationskammer werden einzelne durch ionisierende Teilchen ausgelöste Spannungsimpulse registriert. Ist N die Anzahl der erzeugten Ladungsträger und C die Kapazität der Ionisationskammer einschließlich der Verstärkerankopplung, so gilt näherungsweise für den Maximalwert des Spannungsimpulses mit der Elementarladung e:

U(max) = N . e / C

Die Impulshöhe ist somit ein Maß für die Zahl der primär erzeugten Ionenpaare N.

Die Stromionisationskammern
Stromionisationskammern erfassen die gesamten im Meßvolumen erzeugten elektrischen Ladungsträger. Gemessen wird entweder die Ladung oder die Stromstärke. Bei der Entladungsmethode wird der Kondensator C auf die Sättigungsspannung U(o) aufgeladen. Durch die im elektrischen Feld gesammelten Ladungsträger wird der Kondensator wieder entladen. Die erzeugte Ionenladung ist dann

Q = C / ( U(o) - U(t) )

Die Spannungsänderung U(t) wird mit einem Elektrometer registriert. Die Entladungsmethode hat den entscheidenden Nachteil, daß sich bei zunehmender Entladung des Kondensators die Kammerspannung verringert. Dadurch kann bei zu hoher Strahlungsintensität der Zustand einer mangelnden Sättigung eintreten. Diese Methode wird deshalb nur dort angewendet, wo praktische Gesichtspunkte, wie z.B. der Verzicht auf eine kontinuierliche Spannungsversorgung ausschlaggebend sind und keine Sättigungsminderung während der Strahleneinwirkung zu erwarten ist. Auf der Entladungsmethode basieren beispielsweise die für Strahlenschutzzwecke eingesetzten Kondensatorkammern und Stabdosimeter.

Bei der Auflademethode lädt der Ionisationsstrom den Kondensator auf eine bestimmte Spannung U auf. Die Spannung U wird ebenfalls mit einem Elektrometer gemessen. Die gemessene Ionenladung ist dann:

Q = C / U

Bei der direkten Messung des Ionisationsstromes kann bei Ionisationsmeßgeräten die Dosisleistung oder Strahlungsintensität abgelesen werden.