结合Geant4和SPICE算法对一种便携式基于CdTe的α探测器进行优化，用于环境氡监测

《Scientific Reports》：Coupled Geant4–SPICE optimization of a portable CdTe-based alpha detector for environmental radon monitoring

　　

摘要

氡（²²²Rn）及其产生的α粒子是自然背景辐射的主要来源，也是非吸烟者患肺癌的主要原因之一。本研究介绍了一种基于碲化镉（CdTe）技术的便携式α粒子探测器的设计与仿真，用于环境氡监测。该系统结合了紧凑的CAD建模外壳、优化的氡扩散入口以及低噪声的CSA–CR–RC读出电路。在现实条件下（50–1000 Bq/m3、0–40°C、20–90%相对湿度），通过Geant4粒子传输模拟和SPICE电子电路仿真进行了测试。实验结果表明：该探测器的灵敏度为0.15 cps/(Bq/m3)，5.49 MeV能量下的能量分辨率优于2%全宽半高（FWHM），并且能够对显著浓度变化在15分钟内做出响应。与以往主要关注实验室条件下探测器特性的CdTe基α粒子探测研究不同，本研究提出了一个仪器级设计框架，将Geant4粒子传输模拟、SPICE电子电路建模和基于CAD的外壳优化相结合，专门用于便携式氡监测。这种集成方法能够在紧凑的、电池供电的平台上同时优化灵敏度、响应时间和环境适应性。最终的设计不仅具备便携性、高可靠性和高分辨率的α光谱分析能力，还为开发适用于住宅、职业和户外环境的下一代便携式氡监测仪提供了可借鉴的方法论。