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基于Timepix3技术的康普顿相机

DOI：10.1088/1748-0221/13/11/C11022 期刊：Journal of Instrumentation 出版年份：2018 更新时间：2025-09-09 09:28:46
摘要： 康普顿相机的工作原理基于对入射伽马射线康普顿散射事件的重建。初级伽马射线首先在第一探测器（称为散射探测器——通常较?。┲蟹⑸⑸?，该探测器记录反冲电子的位置和能量。散射后的伽马光子继续向第二探测器（称为吸收探测器——通常较厚）传播并被吸收，该探测器记录散射伽马光子的能量与位置。通过康普顿散射方程可确定散射角，并将原始伽马射线的可能方向估算为锥面。当康普顿相机记录足够数量的此类事件后，即可重建伽马源的位置与形状。 Timepix3作为混合单光子计数成像像素探测器，是构建紧凑型康普顿相机的理想器件。该事件驱动读出芯片（每个被击中像素立即传输至读出系统）能同步记录每个像素的入射伽马射线到达时间（ToA）与能量，具有高能量分辨率（60keV时1keV，356keV时7keV）和时间分辨率（1.6纳秒）。Timepix3读出芯片可与多种传感器材料（硅、碲锌镉、碲镉汞）组合使用。 本文展示了一种基于康普顿相机原理的伽马射线成像超紧凑探测器系统，由至少两层针对伽马射线追踪优化的Timepix3混合像素探测器构成：前端散射探测器层采用1毫米厚硅材料，末端吸收探测器层配备厚度达2毫米的厚型碲镉汞或碲锌镉传感器。若采用多层碲镉汞/碲锌镉结构，整个探测器的总吸收率可显著提升。虽然理论层数不受限制，但实际验证采用两层配置。得益于Timepix3对ToA与能量的同步测量，可精确检测探测器层间的符合事件，进而根据这些事件的能量与位置估算原始伽马射线的可能方向。该康普顿相机的角分辨率取决于探测能量，约为1度量级。
作者： D. Turecek，J. Jakubek，E. Trojanova，L. Sefc
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

本工作的目标是进行初步研究，评估配备不同传感器的多款Timepix3像素探测器作为小型便携式康普顿相机的功能。

研究成果

康普顿相机原理可应用于多种领域（如闪烁扫描术、SPECT等）。其中一个闪烁扫描应用实例是揭示甲状腺切除术后残留的微小病灶。定位此类残留有助于防止疾病进一步扩散——该病是女性中发病率第二高的癌症。现有基于准直器的伽马相机分辨率仅约15毫米。本初步研究表明，商用Timepix3探测器可用于构建康普顿相机。实验证明该设备能以比现有装置高约6倍的分辨率区分伽马源的不同位置?；赥imepix3的康普顿相机还具有视场极广、体积小、重量轻等优势，这些特点使其适用于对距离和便携性要求较高的应用场景。

研究不足

所展示的康普顿相机的角分辨率取决于探测到的能量，约为1度量级。实际评估采用2层结构进行，且最大层数不受限制。

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