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放射治疗 (RT) 的主要挑战是向肿瘤提供足够高的治疗剂量,同时保持附近器官受到可耐受的剂量,新的治疗方式正在迅速涌现。FLASH 放射治疗提供的治疗剂量比传统 RT(0.05 Gy/s)快几个数量级(≥40 Gy/s),并且已被证明可以降低正常组织发生并发症的可能性,同时提供与传统剂量率相似或更好的肿瘤控制率,减少治疗时间和器官运动相关问题。然而,FLASH RT 的临床实施面临着重大挑战,因为它的要求使得大多数现有的剂量测定设备已过时。碳化硅 (SiC) 的物理特性使其成为一种有趣的辐射剂量测定材料。SiC 的宽带隙降低了热产生电荷载流子的速率,从而与硅相比降低了漏电流和噪声。特别值得注意的是,SiC 每 mGy 沉积的信号产量(4H-SiC 为 425 pC/(mGy · mm3))低于硅。这使得 SiC 成为超高剂量脉冲辐射场或直接光束监测剂量测定的良好选择,其中半导体中的瞬时剂量沉积很大,可能会使传统硅二极管饱和。此外,SiC 具有更高的位移能量阈值,因此辐射硬度高于硅。如今,SiC 技术已经成熟,高质量基板可达 200 毫米,可广泛使用。在本次演讲中,我们将介绍在 IMB- CNM 设计和制造的新型碳化硅 PiN 二极管,旨在应对 FLASH RT 的技术挑战。在 PTB(德国)使用 20 MeV FLASH 电子束进行的首次表征中,这些二极管显示出其适用于高达每脉冲 11 Gy(4 MGy/s)剂量的相对剂量测定,且剂量测定性能可与商用金刚石剂量计相媲美 [doi:10.1088/1361-6560/ad37eb]。在 CMAM(西班牙)使用 7 MeV 质子测试了带有 FLASH 质子束的 SiC 二极管的性能,结果显示它们与剂量率具有良好的信号线性度,并且每脉冲剂量至少为 20 Gy 时响应可重复。最后,在 CNA(西班牙)使用高 LET、强脉冲质子束研究了二极管的抗辐射性。二极管的灵敏度在 1 MeV 质子中以 -1.34%/kGy 的初始速率逐渐下降,并且仅在接近 750 kGy 的剂量下才稳定下来。然而,即使累积剂量为几 MGy,每脉冲剂量的线性响应在很宽的剂量率范围内也能保持。所有这些测量都是在无需外部施加电压的情况下进行的。总之,在 IMB-CNM 制造的碳化硅二极管是硅和金刚石剂量计的真正替代品,适用于需要精确实时相对剂量测定的广泛应用,要求快速响应和长期稳定性。
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