剂量比

IMB-CNM 的碳化硅二极管

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。