创新阴极材料，解锁 3D 正离子探测器电荷收集新效能

在辐射生物学等领域，3D 正离子探测器电荷收集效率影响重大。研究人员为提升其效率，研究无氧高导电（OFHC）铜阴极。结果显示，使用该阴极可将电荷收集提升至微库仑（μC）级，电子数达 1013 。这对相关领域意义非凡。

　　在现代生命科学和健康医学的研究中，辐射相关的检测技术至关重要。无论是在癌症的早期诊断，还是在辐射治疗过程中的剂量精准控制，又或是环境辐射水平的监测等方面，都离不开高效、精准的检测手段。3D 正离子探测器作为一种关键设备，其性能直接影响着这些领域的发展。然而，传统的 3D 正离子探测器在电荷收集效率上存在较大的提升空间。早期，使用高电阻玻璃阴极时，电荷收集仅在皮库仑（pC）范围，电子检测数量约为 10⁸ ；后来采用氟掺杂氧化锡（FTO）/ 镀金陶瓷玻璃阴极，虽有所改善，电荷收集达到纳库仑（nC）范围，电子检测数量提升至 10¹⁰ ，但依旧无法满足日益增长的高精度检测需求。为了突破这一瓶颈，推动辐射相关检测技术的进步，研究人员开启了新的探索之旅。
印度相关研究机构的研究人员开展了关于提升 3D 正离子探测器电荷收集性能的研究。他们将无氧高导电（OFHC）铜阴极应用于 3D 正离子探测器，取得了令人瞩目的成果。这一创新应用不仅使电荷收集大幅提升至微库仑（μC）范围，电子计数更是达到 10¹³ 。该研究成果对于辐射生物学、辐射剂量学、癌症检测以及粒子分析等多个领域意义重大，能够更精准地检测离子事件，为相关研究和应用提供了更可靠的数据支持。论文发表在《Applied Radiation and Isotopes》。
研究人员开展研究时用到的主要关键技术方法包括：利用真空设备搭建实验环境，通过真空腔（Mansha Vacuum Equipment, Model MVE - 1000）、真空泵（Mansha Vacuum Equipment, Model MV - 2035）等设备控制腔内压力，范围可达 10^-3 至 10^-6 mbar；借助 Pirani gauge（V. R Technologies, Model DHPP - 01D）和 Penning gauge 监测腔内压力；使用²⁴¹Am 源进行实验，在不同压力下对探测器的性能进行测试 。

压力相关探测器响应分析

研究人员在真空腔内填充氮气，在²⁴¹Am 源存在的情况下，给电极施加合适电位。研究发现，当压力达到 10 mbar 时，探测器没有检测到信号。经分析，这是由于气体密度不足以及可能存在的污染导致的。此结果表明，压力条件对探测器的信号检测有着重要影响，合适的压力环境是探测器正常工作的关键因素之一。

结论

这项研究突出了阴极材料创新对提高 3D 正离子探测器电荷收集效率的重要性。实验表明，无氧高导电（OFHC）铜阴极在性能上远超传统的高电阻玻璃和 FTO / 镀金阴极。研究还探索了不同压力条件对电荷迁移率、漂移速度和电子运动的影响。这些发现为深入理解电场、压力和电子传输之间的复杂相互作用提供了关键信息，有助于优化探测器的设计和性能。研究人员通过实验揭示了电子迁移率随压力呈线性增加，而漂移速度在电场作用下保持稳定，不受压力变化的影响。这意味着在不同压力环境下，探测器的电荷收集性能能够保持相对稳定，从而提高了探测器的可靠性。
综上所述，该研究通过创新阴极材料，显著提升了 3D 正离子探测器的电荷收集效率，为辐射相关领域的检测技术带来了新的突破。研究结果不仅为探测器的进一步优化提供了理论依据，还为未来在更广泛的应用场景中实现精准检测奠定了坚实基础。无论是在医疗领域的癌症早期诊断、辐射治疗的剂量精准把控，还是在环境监测中对辐射水平的精确测量，这一研究成果都将发挥重要作用，有望推动相关领域取得新的发展。