寂静星空，不止有高能射线

Timepix固态探测器（TSSD）通常用于检测实验室或空间环境中的高能粒子，但其对尘埃撞击的响应和敏感性对于工程和科学原因都很重要。

此前的研究表明，微小星体/彗星轨迹周围以及其他空间碎片对TSSD或其他类似类型的探测器构成潜在威胁，同时将要被采用在月球线性能量转移光谱仪（LETS, Lunar Linear Energy Transfer Spectrometer）中采用TSSD并在月尘环境中暴露，因此需要对TSSD对尘埃撞击的敏感性进行表征，评估其潜在损害，并测试TSSD作为紧凑仪器在彗星尘埃和辐射环境中的潜在应用。

２. 轰击探测器的微粒速度与质量分布（黑点）；探测器检测到的时间分布，及其在探测器上形成的信号簇的大小（彩色方块）。

微尘加速器中每粒微尘带正电，电量范围10-16到10-13库，不足以在TSSD中产生上述观测到的信号与团簇尺寸。低于4个像素的团簇信号，难以与X射线，宇宙射线等的信号分开，不做记录。

尘埃撞击探测器表面时可能产生溅射损伤区以及冲击电离，形成的电子空穴再经由探测器收集并记录。

以一个检测到的团簇举例，其对应入射微尘速度1.17km/s，质量1.78x10-13kg, 直径约3.5μm，到达探测器后形成了一个半径约22像素/1.2mm，共包含1745个像素的团簇（下图中间），分析其TOT信号，可用质心算法得到入射位置(下图左侧)。值得一提的是，较大能量的沉积会在探测器的TOT信号中形成中心测得能量较低的“火山效应”（下图右侧）。这种效应在沉积能量较低，团簇较小时会消失。

在本次实验中，探测器的检测效率展现出与微尘颗粒的速度与质量的关系，在质量范围为10⁻¹⁴到10⁻¹²kg、速度范围为1到3km/s时，检测效率约为50%，随着速度增加和质量减小，检测效率降低到2%。

微尘颗粒的大部分动能用于其本身的蒸发和电离，只有很小一部分动能转化为硅中产生可测量信号的电离能。下图为入射微尘动能与探测器测得能量的比例，数据颜色代表信号团簇尺寸。

在SEM显微镜下观察到传感器表面有尘埃撞击形成的陨石坑，最大的陨石坑直径约为4.5μm，由直径4μm、速度1km/s的尘埃颗粒形成。陨石坑边缘主要由熔化的铝形成，还含有铁的痕迹，这支持了尘埃撞击产生陨石坑的假设。

在承受微尘撞击并形成表面陨石坑后，Timepix 2传感器没有出现死像素增加的情况，即使是重尘埃颗粒的撞击也不足以干扰像素的运行。

３. 探测器表面最大陨石坑的SEM图像（上左）与EDS图像（下）；以及最小陨石坑的SEM图像（上右）。

综上，基于Timepix的固态探测器可以高精度地确定能量、类型和高能粒子（电子、离子或X射线）的通量，也可以识别尘埃撞击及其精确位置，并有可能在校准后估计这些尘埃颗粒的通量，可作为研究实验室中撞击和陨石坑定位的多功能工具，或作为紧凑的彗星研究套件的一部分，用于研究彗星环境中特别是彗星尾部的尘埃颗粒和辐射通量。

‍‍‍‍Advacam S.R.O.源自捷克技术大学实验及应用物理研究所，致力在多学科交叉业务领域提供硅传感器制造、微电子封装、辐射成像相机和X射线成像解决方案。Advacam最核心的技术特点是其X射线探制器（应用CERN Timepix、Medipix芯片），没有拼接缝隙（No Gap），因此在无损检测、生物医‍‍学、地质采矿、空间探测、艺术品鉴定及中子成像方面有极其突出的表现。Advacam与NASA（美国航空航天局）及ESA（欧洲航空航天局）保持长期良好的项目合作关系。2021年，spin off子公司Advascope专为电子显微镜EM应用提供定制化粒子探测系统。

北京众星联恒科技有限公司作为捷克Advacam公司中国区的总代理，也在积极推广Timex / Medipix芯片技术，并探索和推广光子计数X射线探测技术在中国市场的应用，目前已有众多客户将MiniPIX、AdvaPIX和WidePIX成功应用于空间辐射探测、X射线小角散射、X射线光谱学、X射线应力分析和X射线能谱成像等领域。同时我们也有数台MiniPIX样机，及WidePIX 1*5 MX3 CdTe样机，非常期待对我们探测器感兴趣或基于探测器应用有新的idea的老师联系我们！‍‍‍‍