像素化碲锌镉（CZT）探测器因其优异的能量分辨率和空间精度，在核成像和能谱测量领域得到广泛应用。然而CZT材料固有的电荷传输特性会导致近阳极区域信号响应畸变，制约着能量分辨率和探测效率的提升。本研究提出一种改进的三维位置分辨与能谱校正方法，结合有限元法和蒙特卡洛方法重构沉积能量的准确信号响应，并通过分析相邻像素间感应电荷变化实现探测器亚像素级分辨。基于亚像素分辨技术，进一步评估了近阳极区域能谱校正的可行性。结果表明，提升三维位置分辨率能有效缓解近阳极区域非均匀电场与权重场导致的能量分辨率劣化。在兼容电子读出系统的支持下，该方法有望提高像素化CZT探测器的能量分辨率和有效灵敏体积。

图1 单个探测器像素的加权电势分布

图2 Y坐标与Z坐标上相邻邻域比值的变异特征

本研究通过结合有限元方法与蒙特卡洛模拟，系统分析了CdZnTe探测器在辐射相互作用后电荷产生、输运、俘获、扩散及收集的全过程。该模型重构了探测器内部任意空间位置辐射事件在像素化阳极上诱导产生的信号。基于此框架，重点研究了阳极邻近区域的能量分辨率劣化现象，并在不考虑电子噪声的条件下评估了通过横向位置分辨率进行能量响应校正的可行性与有效性。通过求解伴随方程，分析了横向位置度量参数"相邻像素比"在不同深度和水平位置的分布特征。结果表明除阳极0.5 mm范围内外，绝大多数区域中横向位置分辨能力基本不受相互作用深度影响。以0.5 mm三维空间分辨率为例，对部分近阳极相互作用事件进行了能谱校正模拟。在典型探测器配置（2毫米像素间距、5毫米晶体厚度）下，横向位置甄别与能量校正可优化特定区域的能量响应，同时提升能量分辨率和有效灵敏体积。然而，在阳极邻近区域获取亚像素级位置分辨率仍存在挑战：权重电位分布导致负极性信号幅值远超正极性信号，且部分事例会直接输出瞬态负信号。后续研究需升级电子读出系统，以分析此类双极性信号响应。

本研究由国家自然科学基金项目资助，相关成果发布在 Journal of Instrumentation 期刊。

论文链接：Li, Xiaoxuan, Xiaopan Jiang, Yu Xiang, Xianchao Huang, Xiaohui Li, Long Wei and Zhiming Zhang. “Study on energy resolution improvement of pixelated CdZnTe detectors based on 3D position sensitivity.” Journal of Instrumentation (2025): n. pag.