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从CERN到航空航天 知识转移2022亮点
人类空间探索的新阶段即将到来。从国际空间站到NASA的猎户座航天器，TimePix已成为几个人类太空飞行任务的一部分。由CERN托管Medipix2协作开发，TimePix检测器非常小但功能强大。在过去的十年中，它们已用于各种空间应用中：从开放空间中辐射和宇宙射线的可视化到宇航员的可视化。因此，他们在国际空间站上，并被委托用于NASA的月球勘探计划Artemis。芯片的技术类似于在CERN的LHC实验中用于跟踪粒子轨迹的技术。它能够测量电离α，β和伽马辐射以及重离子；它还能够表征单个电离颗粒的痕迹，以便推导类型和能量。哪些太空任务？
ADMIRA 项目：利用 Timepix 探测器在高中教授粒子物理学
1. 简介 ADMIRA 15 项目是一项旨在通过实验将粒子物理学带入学校的计划，目的是通过使用由欧洲核子研究中心 (CERN) 的 Medipix2 合作组织设计的 Timepix 探测器，培养学生的科学天赋。这项活动始于 2017 年多位教育、研究和创新领域的专业人士的合作，并逐渐巩固为一个在方法和结果方面具有独特特征的教育计划。本文从物理教学的角度解释了该计划的重要性、方法的特点和特殊性、它使用的工具以及它提出的活动。最后，本文介绍了一些数据和该项目对参与学校的影响结果，以鼓励在欧洲其他地区甚至其他地区实施类似的举措。
Medipix 系列 ASIC 简介
第一个 Medipix 芯片于 20 世纪 90 年代中期开发，旨在实现对大量像素矩阵进行单光子计数。在随后的 20 年中，从最初的努力中发展出了两个芯片系列。Medipix 光子计数芯片系列包括 Medipix、Medipix2 和 Medipix3。第四代芯片 Medipix4 正在开发中。Timepix 芯片最初更侧重于单粒子检测，该系列包括 Timepix、最新的 Timepix2 芯片（在本期特刊中介绍）和 Timepix3。第四代 Timepix4 也在开发中，第一个版本将于 2019 年生产。本文旨在简要介绍 Medipix 系列的各个成员，并提供文献中已有的更详细描述的参考。
高速率、高分辨率单光子 X 射线成像
在过去的二十年中，Medipix 已建立了四个连续的合作项目。这些合作旨在利用从高能物理学进步中获得的知识来开发尖端的混合像素探测器，从而能够精确探测每个事件中的单个 X 射线光子或粒子[1]。这些技术在多个科学领域有广泛的应用，包括医学成像、同步加速器 X 射线相机、基于 X 射线的材料分析、电子显微镜等。首先，Medipix1 芯片演示了在 170 µ m 像素间距内单光子计数架构的原理，并展示了通过使用脉冲处理前端在将检测阈值设置在远高于背景噪声水平的情况下实现无噪声 X 射线成像的可行性[2]。Medipix2 通过使用每像素双阈值证明了在 55 µ m 紧凑像素间距下进行光谱成像的可行性[3]。然而，由于电荷收集过程中的扩散以及高 Z 材料中的荧光光子，像素尺寸的减小导致像素间出现严重的电荷共享 [4,5]。随着 Medipix3RX 的推出，读出电子器件从单光子计数转变为单光子处理架构。一种直接在 55 µ m 像素上实施像素间算法的新方案消除了电荷扩散产生的能谱畸变 [6,7]。Medipix3RX 还引入了将 4 个像素中的 1 个连接到像素间距为 110 µ m 的传感器的选项。尽管如此，Medipix3RX 探测器只能在三侧邻接，因为芯片的一侧保留用于控制逻辑和 I/O。这使连续大面积探测器的实现变得复杂。本文介绍的 Medipix4 延续了 Timepix4 芯片的进步，使专用集成电路 (ASIC) 能够沿四侧覆盖，同时将死区降至最低 [8]。医学 X 射线计算机断层扫描 (CT) 和 X 射线成像的另一个限制因素是脉冲堆积，这是由于
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在过去的二十年中，已经建立了4个连续的Medipix合作。这些合作旨在利用从高能物理学的进步中获取的知识来开发尖端的混合像素探测器，从而使个人X射线光子或颗粒的精确检测[1]。这些技术在科学领域中具有多种应用，包括医学成像，同步性X射线摄像机，基于X射线的材料分析，电子显微镜等。首先，Medipix1芯片在170μm的像素螺距中展示了单个光子计数体系结构的原理，并通过使用脉冲处理前端展示了X射线成像无噪声的可行性，同时将检测阈值设置为高于背景噪声的水平[2]。medipix2通过使用每个像素的双阈值[3]，用紧凑的像素螺距的光谱成像证明了光谱成像的可行性。然而，缩小的像素尺寸导致像素在电荷收集期间扩散和高Z材料中的荧光光子之间的显着电荷分布[4，5]。随着Medipix3Rx的引入，读出电子设备从单个光子计数到单个光子加工体系结构进行了过渡。一种新的方案，直接在55μm像素上实现像素间算法，消除了电荷扩散产生的能谱失真[6，7]。Medipix3rx还引入了将一个像素中的一个像素连接到具有110μm像素螺距的传感器的选项。这使实现连续的大区域检测器的实现复杂化。尽管如此，由于芯片的一侧保留用于控制逻辑和IO，因此只能在三个侧伸入Medipix3Rx检测器。本文介绍的MEDIPIX4遵循TimePix4芯片的进步，并使特定于应用的集成电路（ASIC）沿所有四个侧面耕种，而死区则最小[8]。医学X射线计算机断层扫描（CT）和X射线成像中的另一个约束是由脉冲堆积产生的，这归因于计数系统的固有死亡时间[9]。一些最近的光子计数检测器已经开始开发像素方案，以补偿这种效果并在使用单色源时增加计数速率的性能[10-12]。