LR-115探测器在氡扩散室中α粒子径迹的径向与轴向分布研究：实验与理论模型验证

本研究针对LR-115固体核径迹探测器(SSNTD)在氡扩散室中α粒子径迹分布非均匀性问题，通过实验与理论模型结合，揭示了径迹密度分布受扩散室尺寸、粒子探测角度及能量窗口(LR-115特有)影响的规律。研究发现侧壁贡献随径向距离增加而增大，体积贡献则相反，为氡浓度精确测量提供了校准依据，对核辐射探测技术优化具有重要意义。

　　

氡作为一种天然放射性气体，其浓度监测对辐射防护至关重要。固体核径迹探测器(SSNTD)如LR-115和CR-39被广泛用于氡浓度检测，但现有技术存在明显局限：多数扩散室仅局部放置探测器，而氡及其子体(Rn progeny)在空间分布上具有非均匀性，可能导致测量误差。更复杂的是，LR-115探测器存在独特的能量窗口特性——仅能检测特定能量范围的α粒子，这与全能量响应的CR-39形成鲜明对比。这种特性如何影响径迹分布？扩散室尺寸变化会带来什么影响？这些问题直接关系到探测器的校准精度和实际测量可靠性。

来自塞尔维亚的研究团队在《Radiation Physics and Chemistry》发表的研究中，通过实验与理论建模相结合的方式，首次系统分析了LR-115探测器在圆柱形扩散室内的径迹分布规律。研究采用特制扩散室，底部和侧壁均布置LR-115探测器，在控制条件下暴露于恒定氡浓度环境。理论部分基于改进的扩散方程，引入四个不同的V函数来描述探测器响应特性，对应不同的临界角度和能量窗口。通过对比实验数据与模型预测，不仅验证了模型的适用性，更揭示了径迹分布的空间变化机制。

关键技术方法包括：1) 圆柱形扩散室双探测器(底部+侧壁LR-115)系统构建；2) 基于V函数的α粒子探测概率建模；3) 包含氡及其子体扩散、衰变和沉积的多物理场耦合计算；4) 蚀刻后径迹密度显微测量技术。实验使用已知活度的氡源，确保数据可靠性。

理论部分
研究团队扩展了先前开发的CR-39模型，将其应用于LR-115探测器。核心方程描述氡及其第n代子体浓度C_n
随时间变化：?C_n
/?t = D·ΔC_n

• λ_n
  C_n

• λ_n-1
  C_n-1
  ，其中D为扩散系数，λ为衰变常数。模型特别考虑了滤纸(D₁
  )与空气(D₂
  )两种介质的扩散差异，并通过边界条件反映LR-115的能量窗口限制。

结果
实验数据与理论预测高度吻合。径向分布显示：距中心越远，侧壁贡献的径迹比例从10%增至40%，而体积贡献呈相反趋势。轴向分布则呈现明显的梯度变化。研究还发现，扩散室高度增加50%会使底部探测器边缘径迹密度降低15%，证实几何尺寸对分布有显著影响。四组V函数中，V₃
函数(对应最窄能量窗口)的预测与实验偏差最小，表明LR-115的实际响应更接近严格能量筛选条件。

结论与意义
这项工作首次量化了LR-115探测器在扩散室中的空间响应特性，证明传统"均匀分布"假设会引入系统性误差。研究发现：1) 径迹分布非均匀性主要源于氡子体沉积位置与探测器能量窗口的耦合效应；2) 扩散室尺寸变化会显著改变可探测径迹的空间分布模式；3) 侧壁探测器对总径迹数的贡献可达40%，这在传统单底部探测器配置中被完全忽略。该模型为LR-115探测器的精确校准提供了理论框架，对改进环境氡监测、优化探测器布局具有重要指导价值。

研究还提出了工程应用建议：对于高精度测量，需根据实际扩散室尺寸选择对应的校准曲线；在辐射防护领域，应考虑采用多位置探测器取平均的策略以减小空间偏差。这些发现不仅适用于LR-115，其方法论也可推广至其他具有能量选择特性的SSNTD探测器系统。