中国科学院高能物理研究所魏微研究员团队在《科学通报》发表题为“X射线像素探测器研究进展”的评述文章，介绍了X射线像素探测器的国内外研究动态，以及作者团队在突破关键技术，实现同步辐射光源高端探测器零的突破和国产化方面的相关工作。

高能同步辐射光源效果图(http://www.ihep.cas.cn/dkxzz/HEPS/)

高能同步辐射光源效果图(http://www.ihep.cas.cn/dkxzz/HEPS/)

X 射线以其较高的能量、较强的穿透力等一系列特性得到广泛应用。而同步辐射装置由于能够产生高亮度的 X 光，成为重要的多学科研究支撑平台，也是一种与国家科技发展和战略需求密切相关的大科学装置。当前国内一大批先进光源都在建设或规划中。然而，与先进光源加速器技术迅速发展形成鲜明对比的是光束线站技术发展的相对落后。以探测技术为例，此前国内同步辐射高端探测器研究一片空白，长期以来主要依赖进口，不仅价格高昂，而且无法实现定制化设计，也因此制约了国内新光源的线站设计，越来越成为高性能先进光源的瓶颈所在。

尽管先进光源的实验线站所需求的探测器类型繁多，但X射线像素探测器无疑是其中应用面最广、最具代表性的探测器种类之一。基于混合型的像素探测器架构，采用直接探测——特别是单光子计数方法来对X射线实现灵敏的位置探测和快速读出，是近十几年来在同步辐射领域兴起的一种先进的实验方法。基于该方法和架构的探测器也逐渐成为同步辐射领域的主流探测器类型。

混合型像素探测器架构源自高能物理对撞机实验，国外该领域受到物理科学目标的驱动，有着长期的积累。尤其是采用像素探测器技术的顶点探测器、径迹探测器等谱仪，一直都是高能物理大型对撞机实验的核心探测器和研究热点。以高能物理径迹探测相关技术为基础，国际上逐渐形成了以PILATUS、Medipix两大芯片家族为代表的成熟商品系列，分别在同步辐射面阵探测器、X射线成像探测器领域得到了广泛应用。

尽管国外该领域的研究已经非常成熟，但由于像素读出芯片、传感器、先进封装等关键技术的研究门槛较高，此前国内该领域的研究几乎一片空白。作者团队针对正在建设中的高能同步辐射光源需求，开展了X射线像素探测器各项关键技术的研制工作，期望实现工程化的探测器系统并实现国产化替代。在十年的时间里，作者团队与合作单位一道，先后突破了专用集成电路技术、传感器、先进封装等关键技术，并先后研制了三代探测器样机（最新样机如图1所示），性能对标国际先进产品，并实现了国产化（典型实验结果如图2所示）。在此基础上，进一步针对未来光源需求，实现了性能的进一步提升，进而实现了与国际同类研究的初步“并跑”。

图1 作者团队研发的150万像素X射线硅像素探测器工程样机

图2 采用自主研发的X射线像素探测器样机对小鱼进行的X射线成像结果

作为一种全新的探测器概念，单光子计数型像素探测器也在近几年逐渐成为医学成像领域的研究热点。而在X射线像素探测器研究过程中积累的关键技术，也在推动未来高能物理实验技术的发展。这些都将成为国内该领域下一步的努力方向。

作者简介

魏微

中国科学院高能物理研究所研究员，博士生导师。主要从事核电子学及专用集成电路芯片设计，在半导体像素探测器领域开展了长期研究。

原文信息

李贞杰, 张杰, 李木槿, 崔珊珊, 魏微. X射线像素探测器研究进展. 科学通报, 2022, 67: 3808–3822, doi: 10.1360/TB-2022-0549

本文收录于“2022年度陈嘉庚科学奖专辑”

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