商用整流二极管在高剂量率γ辐射检测中的性能评估与温度补偿研究

为解决高剂量率辐射检测中传统电离室成本高、体积大的问题，研究人员评估了四种商用整流二极管(1N4007/UF4007/BY203-20S/GP02-40)在60Co源下的辐射敏感性。研究发现UF4007和BY203-20S灵敏度达电离室的7.5倍，且在33kGy剂量下灵敏度衰减仅2-5%，通过实时温度补偿可将热漂移降至0.4%/°C，为FLASH放疗等医疗/工业应用提供了紧凑型低成本监测方案。

　　

在辐射安全、工业监测和医疗剂量测定领域，高剂量率辐射源的精准检测始终是技术难点。传统电离室虽可靠性高，但存在体积大、成本高等局限，而专业半导体探测器又面临价格昂贵的问题。随着FLASH放疗（一种超高速放射治疗技术）和聚合物交联等新技术的发展，对紧凑型、高性价比辐射探测器的需求日益迫切。

针对这一需求，西班牙塞维利亚大学（Universidad de Sevilla）的研究团队创新性地评估了四种市售整流二极管（1N4007、UF4007、BY203-20S和GP02-40）在高剂量率γ辐射下的性能表现。这项发表在《Redox Biology》的研究揭示了这些成本不足1欧元的商用器件在21.9kGy/h的⁶⁰Co辐射场中，竟展现出媲美专业设备的检测能力。

研究人员采用CIEMAT的Náyade水池设施进行实验，关键方法包括：1）使用CRGR10/C5B/UG2电离室作为基准探测器；2）自主开发多通道读数系统实时监测二极管反向电流；3）建立热漂移模型补偿温度效应；4）通过累计剂量实验分析灵敏度衰减(SVWD)和温度敏感性(SVWT)。

热学特性表征
通过35.6μA恒流驱动UF4007二极管，建立了正向电压与温度的线性模型（-2.17mV/°C），并发现所有型号暗电流均呈指数增长，其中GP02-40温度系数最高达0.0891°C^-1。这为后续温度补偿算法提供了理论基础。

反向偏压优化
在-11V至-1.65V的偏压扫描中发现，所有二极管灵敏度与偏压呈线性关系。最大测试偏压-11V下，1N4007灵敏度达98.45μC/kGy，是参考电离室（10.86μC/kGy）的9倍，但这也伴随暗电流的增加。

辐射响应特性
三阶段辐照实验（累计剂量达43kGy）显示：

• UF4007和BY203-20S表现出卓越稳定性，33kGy剂量下灵敏度衰减仅2-5%
• 1N4007虽初始灵敏度最高（9倍于电离室），但在22kGy时衰减达13%
• GP02-40性能最差，灵敏度最低（66.6μC/kGy）且衰减显著（16%）

温度敏感性补偿
通过实时监测二极管温度并应用公式I_phsvwt=I_ph-SVWT·(T-T₀)·I_ph，成功将UF4007和BY203的SVWT控制在+0.4%/°C。有趣的是，热漂移(-0.09%/°C)与SVWT(+0.35%/°C)的相互抵消，使UF4007在10°C温变范围内灵敏度波动不足1%。

这项研究证实商用整流二极管可作为高剂量率辐射监测的经济解决方案。特别是UF4007和BY203-20S在灵敏度（7.5倍于电离室）与稳定性（<5%衰减）的平衡表现，使其适用于FLASH放疗等高要求场景。研究人员创新的温度补偿方法，通过反向电流修正和SVWT实时校准，将测量精度提升至工业级标准。该成果不仅为医疗/工业辐射监测提供了新选择，其揭示的"低成本器件性能优化"思路，对半导体辐射探测器设计具有普遍指导意义。未来通过封装改良和电路集成，这类"平民化"探测器或将在核设施监控、食品辐照等领域展现更大价值。