LABDOS01硅二极管谱仪在高海拔混合辐射场剂量测量中的性能评估与应用

研究人员针对高海拔/极地环境中宇宙射线剂量监测需求，开发了便携式LABDOS01硅二极管谱仪，通过飞行测试验证其与CARI-7A模拟数据的一致性，并提出从硅吸收剂量DSi推算环境剂量当量H?(10)的实证方法，为辐射生物效应评估提供新工具。

　　

宇宙射线与人类活动的交集正随着航空、极地科考和高原居住的普及而日益密切。这些高能粒子与大气相互作用产生的次级粒子（电子、γ射线、μ子、中子等）构成了复杂的混合辐射场，其剂量率随海拔升高和地磁纬度变化显著。尤其在南大西洋异常区（SAA）和极地地区，由于地磁屏蔽减弱，宇宙射线剂量可达低海拔地区的数十倍。传统剂量监测设备存在体积大、成本高、对中子响应不足等问题，而现有便携设备又难以区分辐射组分。意大利核物理研究院（INFN）等机构联合开发的LABDOS01谱仪，正是为解决这一技术瓶颈而生。

该研究团队通过两个典型项目验证设备性能：位于玻利维亚查卡尔塔亚（5240米，R_c～12 GV）的SAMADHA项目，以及南极康科迪亚站（3233米，R_c<0.01 GV）的CORDIAL项目。研究人员采用飞行测试策略，使设备在米兰至基督城/拉巴斯的航线上覆盖宽范围地磁纬度，获取实际环境数据与CARI-7A（美国联邦航空管理局开发的宇宙射线剂量计算软件）模拟结果的对比基准。

关键技术包含：1）基于Hamamatsu S2744-09硅PIN二极管（300μm灵敏层）的能谱测量系统；2）航空实测与CARI-7A模拟的剂量率比对；3）通过沉积能谱分析建立D_Si（硅吸收剂量）向H^?(10)（环境剂量当量）的转换算法。

【The LABDOS01 spectrometer】
该设备采用开源设计，能谱测量范围60keV-7MeV，以2秒时间分辨率记录沉积能谱。其核心优势在于通过能谱形状区分辐射组分——最小电离粒子（MIPs）产生100keV特征峰，而电磁成分形成连续分布。

【The LABDOS01 validation】
飞行数据显示，在9-12km巡航高度，实测剂量率与CARI-7A预测值的偏差<15%。特别在SAA区域，剂量率峰值达4μGy/h，显著高于普通航线，验证设备对地磁异常响应的敏感性。

【Spectral analysis】
提出经验公式：H^?(10)≈1.6×D_Si+0.3（单位μSv/h），该转换系数通过蒙特卡洛模拟与实测数据标定获得，适用于以中子为主的混合场。

【Conclusions】
LABDOS01的轻量化（<500g）和低功耗（USB供电）特性，使其成为高原/极地长期监测的理想选择。研究首次实现从硅基探测器直接估算H^?(10)，为辐射防护提供新思路。未来将结合Bonner球谱仪数据，进一步优化中子响应算法。该成果发表于《Radiation Physics and Chemistry》，为空间天气预警和公众辐射安全建立技术基础。