用于 FLASH 放射治疗中质子束的 Timepix3 硅传感器与裸芯片辐射测量

本研究探讨了 Timepix3 半导体像素探测器在不同强度的质子束中的响应，尤其是针对 FLASH 放射治疗。使用 Timepix3 ASIC 芯片，我们测量了 220 MeV 质子束在短脉冲中传递的空间和谱特征。实验 setup 包括与 Timepix3 芯片板集成的 Minipix 读出电子学，以及配备硅传感器的 Advapix Timepix3。测量使用配备 GaAs 和硅 Si 传感器的 Timepix3 探测器进行。我们还研究了裸 Timepix3 ASIC 芯片（无传感器）的响应。探测器置于装有防水支架的 IBA Blue 水状体中，并在 2 厚米实心状体后进行空气中的额外测量。结果表明，Timepix3 探测器能够在常规和超高剂量率质子束中测量时间阈值 (ToT) 和计数率（事件数）。裸 ASIC 芯片配置在剂量率 (DR) 为 270 Gy/s 时仍可维持，尽管其空间分辨率受限于探测效率低。相比之下，配备实验 GaAs 传感器的 Minipix Timepix3 在低 DR=5 Gy/s 时出现饱和。此外，采用标准和定制配置的 Advapix Timepix3 探测器被用于。标准配置（Ikrum=5）下，探测器在 DR=5 Gy/s 时出现饱和。但在定制配置中，当每个像素的放电信号（Ikrum）提高到 80 时，探测器通过缩短 ToT 信号持续时间，实现了在 Bragg 曲线平台区的 DR=28 Gy/s 下的束斑成像。对于此 DR，帧获取时间约为微秒数量级，这意味着仅捕获了脉冲（脉冲长度约为毫秒级）的一小部分。