Desarrollo y aplicaciones de detectores de radiación basados en sensores de imagen CMOS comerciales
En el marco del presente trabajo de tesis doctoral se desarrollaron, implementaron y evaluaron diferentes aplicaciones de detección de radiación ionizante basadas en sensores de imagen comerciales fabricados con procesos CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor). Estos sensores están diseñad...
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| Autor principal: | |
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| Formato: | Tesis NonPeerReviewed |
| Lenguaje: | Español |
| Publicado: |
2021
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| Materias: | |
| Acceso en línea: | http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/969/1/1Perez_Martin.pdf |
| Aporte de: |
| Sumario: | En el marco del presente trabajo de tesis doctoral se desarrollaron, implementaron
y evaluaron diferentes aplicaciones de detección de radiación ionizante basadas en
sensores de imagen comerciales fabricados con procesos CMOS (Complementary
Metal-Oxide-Semiconductor). Estos sensores están diseñados para la detección de luz
visible y son ampliamente utilizados en dispositivos de electrónica de consumo masivo
|como teléfonos celulares, computadoras, cámaras fotográficas, etc.| por lo que
poseen un bajo costo y se pueden conseguir muy fácilmente en el mercado.
En primer lugar se presenta el desarrollo, implementación y caracterización de un
método para la detección de neutrones térmicos basado en sensores de imagen CMOS
cubiertos con capas de conversión que contienen oxido de gadolinio. Se demuestra
experimentalmente la factibilidad del método de detección y se evalúa el desempeño
de sensores cubiertos con capas de conversión de diferentes espesores. Se obtuvo una
eficiencia de detección intrínseca de 11.3% con una capa de conversión de un espesor de
11.6 µm, dicha eficiencia puede ser mejorada utilizando capas de conversión de mayor
espesor. Se verifico experimentalmente que la eficiencia de detección es independiente
de la intensidad del
flujo de neutrones térmicos incidente, lo cual se confirmo utilizando
capas de conversión de diferentes espesores. Los detectores de neutrones desarrollados
en el marco de este trabajo, podrán ser especialmente útiles para la caracterización
de haces de neutrones, la dosimetría de neutrones y pueden ser aplicados en diferentes
técnicas experimentales como: neurografía, SANS, reflectrometría de neutrones, entre
otras.
En segundo lugar, se presenta un método para la detección de neutrones con alta
resolución espacial basado en sensores de imagen CMOS comerciales cubiertos con
nanopartículas de
fluoruro de gadolinio-sodio (NaGdF_4). Se presenta el procedimiento
de síntesis y la caracterización de las nanopartículas de NaGdF_4 como as también
el método empleado para realizar la deposición de las capas de conversión sobre la
superficie de los sensores. Por otra parte, se desarrollo una técnica para la fabricación
de patrones de calibración realizados con materiales absorbentes de neutrones, estos
patrones fueron diseñados para evaluar la resolución espacial de la técnica de
detección de neutrones implementada. Estudiando las neutrografías adquiridas en los
experimentos realizados se pudo concluir que una cota superior para la resolución
espacial del método desarrollado es (15±6) m, lo que lo hace comparable a los mejores
detectores de neutrones sensibles a posición empleados en la actualidad.
En tercer lugar, se presenta un método para la obtención de neutrografías con
sensores de imagen CMOS mediante la activación de placas de transferencia de indio.
Este método se utiliza para la adquisición de imágenes neutrográficas en haces mixtos
con una componente gamma importante y también puede ser utilizado para analizar
muestras con altos niveles de actividad que, por lo general, se encuentran dentro de
piletas de reactores nucleares. En este trabajo se presenta la primera prueba de concepto
de una técnica para obtener neutrografías multiespectrales aprovechando la resonancia
de absorción neutrónica del In en el rango epitérmico y la alta sección eficaz de este
material para el rango térmico.
Por último, se presenta un nuevo método para la realización de espectroscopía de
rayos X de hasta 17.7 keV con sensores de imagen CMOS comerciales. Se obtienen
los espectros de energía registrando la señal producida por los pares electrón-hueco
generados por los rayos X que interactúan con los píxeles del sensor. Se presentan los
espectros obtenidos exponiendo al sensor a diferentes líneas de rayos X y se compara
el desempeño de los sensores de imagen con el de un Silicon Drift Detector. Además,
se presentan la configuración óptima del sensor para la obtención de los espectros, los
algoritmos para la detección de los eventos y el cálculo de la eficiencia de detección
del método propuesto. La alta velocidad de lectura de los sensores de imagen CMOS
permite realizar mediciones a temperatura ambiente, lo que simplifica su utilización en
sistemas portátiles o de bajo costo, esto representa una ventaja con respecto a otros
detectores híbridos pixelados y a los Silicon Drift Detectors comúnmente utilizados
para esta aplicación. |
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