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Neste trabalho foi desenvolvido um detector portátil de radiação usando como detector um fotodiodo de silício para raios-X e um cintilador de CsI(Tl) (cristal de iodeto de césio ativado com tálio) com fotodiodo para radiação gama. O fotodiodo de silício é sensível a energias desde algumas unidades de keV (quilo elétron-volt), mas o ruído do conjunto detector pode se misturar a estes valores e não permitir sua detecção. Para esse tipo de detector o pré-amplificador sensível à carga é o mais indicado, porém, produzem um ruído proporcional a capacitância de entrada (capacitância do detector) exigindo, portanto, que o detector tenha a menor capacitância possível. Assim, foram estudados os conjuntos: detector com pré-amplificador, fontes de tensão simétrica para os amplificadores operacionais e circuitos de polarização de tensão reversa para os fotodiodos de forma que produzissem o menor ruído possível de forma a aumentar a faixa de energias que o detector é sensível. Para isso foram comparados os comportamentos do conjunto pré-amplificador utilizando dois fotodiodos em paralelo, que neste caso teriam as capacitâncias somadas, com um único pré-amplificador e fotodiodos e pré-amplificadores independentes, mas com suas saídas paralelo, que somariam os ruídos dos conjuntos. Como resultado o uso de dois fotodiodos em paralelo apresentou menor ruído que dois pré-amplificadores em paralelo. Complementando, a fonte de tensão simétrica utilizou circuitos integrados que introduzissem baixo ruído na linha de alimentação de corrente contínua e para o circuito de polarização de tensão reversa utilizou-se e a elevação da tensão com transformador a partir de um gerador de onda senoidal. In this work, a portable radiation detector was developed using a silicon photodiode for X-rays and a CsI(Tl) (thallium-activated cesium iodide crystal) scintillator with a photodiode for gamma radiation. The silicon photodiode is sensitive to energies since a few units of keV (kilo electron-volt), but the noise of the detector assembly can mix with these values and not allow its detection. For this type of detector, the charge sensitive preamplifier is the most suitable, however, they produce noise proportional to the input capacitance (detector capacitance), thus requiring the detector to have the smallest capacitance possible. Thus, the sets were studied: detector with preamplifier, symmetrical voltage sources for the operational amplifiers and reverse voltage polarization circuits for the photodiodes in order to produce the minimum noise possible in order to increase the range of energies that the detector is sensitive. For this, the behavior of the preamplifier set was compared using two photodiodes in parallel, which in this case would have the capacitances added, with a single preamplifier and independent photodiodes and preamplifiers, but with their parallel outputs, which would add the noise of the sets. As a result, the use of two photodiodes in parallel presented lower noise than two preamps in parallel. In addition, the symmetrical voltage source used integrated circuits that introduced low noise in the direct current supply line and for the reverse voltage polarization circuit it was used and the voltage elevation with a transformer from a sine wave generator.

O protótipo de um detector de nêutrons térmicos portátil foi desenvolvido no Instituto de Pesquisa Energéticas e Nucleares (IPEN-CNEN/SP), utilizando um fotodiodo de Si do tipo PIN associado a um filme de boro enriquecido. O filme de boro foi fabricado por meio da técnica de Deposição a Laser Pulsado, considerando duas possibilidades para depositar o boro: deposição direta do boro na face do fotodiodo e deposição na lâmina de vidro. Foram desenvolvidos dois protótipos, no primeiro foi possível ler apenas o sinal elétrico do sistema fotodiodo-boro no qual o filme está depositado na lâmina de vidro. Para aprimorar a resposta do sistema de detecção, outro circuito foi desenvolvido e permitiu contar nêutrons em ambas as situações tanto do filme na lamínula quanto do filme direto no fotodiodo. A caracterização dos protótipos foi feita via irradiação de feixes de nêutrons predominantemente térmicos e frios, por meio de quatro experimentos principais: reposta do sistema ao fluxo de nêutrons, teste de linearidade, resposta angular e o teste de reprodutibilidade. Os protótipos apresentaram uma resposta linear à variação do fluxo, reprodutibilidade, e a resposta angular não foi isotrópica. A eficiência intrínseca em porcentagem do protótipo 1 para um espectro de nêutrons predominantemente térmicos e frios foi (1,17 ± 0,01) % e (1,37 ± 0,01) %, respectivamente. No protótipo 2 foram feitas medições de nêutrons com os dois sistemas fotodiodo-boro (lâmina de vidro, direto no fotodiodo), porém nas medidas com o boro direto no sensor houve um aumento significativo no ruído eletrônico. A eficiência intrínseca do protótipo 2 para os nêutrons frios foi de (5,2 ± 0,4) %. A portable thermal neutron detector prototype, using a silicon photodiode type PIN coupled to a boron converter, was developed at Nuclear and Energy Research Institute (IPEN-CNEN/SP). The boron layers were made by Pulsed Laser Deposition method using two configurations: directly deposited on the surface of photodiode and at a glass surface. Two prototypes were made in this study using two different associated electronics, in the first prototype is only possible reads signs from the photodiode coupled to boron film and in the second one reads both types of configurations (directly on the photodiode, boron glass). The prototypes were characterized using thermal and cold neutron beam. Four experiments were performed: response of the detection system at neutron beam, linearity test, angular response and repetitive test. The prototypes present a linear behavior, were reproducible and the angular response of the prototypes was not isotropic. The values of intrinsic efficiency from the prototype 1 for thermal and cold neutron were respectively: (1.17 ± 0.01) % e (1.37 ± 0.01) %. In the prototype 2 it was performed an experiment for compare the read out in the detection system for the two possible configuration of system photodiode-boron, in the situation that the boron is part integrant of the system there was an significant increase in the electronic noise, therefore the characterization of this prototype were made using the boron film coupled to the photodiode, and intrinsic efficiency for cold neutron beam was (5.2 ± 0.4) %.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:51:21Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Made available in DSpace on 2014-10-09T13:59:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 11295.pdf: 3731608 bytes, checksum: 642672d3ddbbe81953275dd174a58822 (MD5) Funda????o de Amparo ?? Pesquisa do Estado de S??o Paulo (FAPESP) Neste trabalho, os cristais de TlBr foram crescidos pelo m??todo de Bridgman, a partir de materiais purificados pela t??cnica de fus??o zonal. A efici??ncia da purifica????o e avalia????o da superf??cie cristalina em rela????o ao desempenho como detectores de radia????o foi observada. Bons resultados foram obtidos com os aprimoramentos realizados nos processos de purifica????o, crescimento de cristais e na fabrica????o dos detectores. A resposta ?? radia????o foi verificada excitando os detectores com fontes de raios gama: 241Am (59 keV), 133Ba (80 e 355 keV), 57Co (122 keV), 22Na (511 keV) e 137Cs (662 keV) ?? temperatura ambiente. Os valores de resolu????o em energia mais satisfat??rios encontrados nesse trabalho foram a partir de detectores mais puros. Os melhores valores de resolu????o em energia obtidos foram de 10keV (16%), 12keV (15%), 12keV (10%), 28 keV (8%), 31keV (6%) e 36keV (5%) para as energias de 59, 80, 122, 355, 511 e 662 keV, respectivamente. Tamb??m foi realizado um estudo da resposta ?? detec????o a uma temperatura de -20??C e da estabilidade desses detectores. Nos detectores desenvolvidos n??o houve diferen??a significativa na resolu????o tanto em temperatura ambiente quanto na reduzida. Em rela????o ?? estabilidade foi observada uma degrada????o das caracter??sticas espectrom??tricas sob opera????o cont??nua do detector a temperatura ambiente e esta instabilidade variou para cada detector. Ambas caracter??sticas tamb??m foram observadas por outros autores. A viabilidade de utiliza????o do cristal de TlBr como fotodetector para acoplamento em cintiladores tamb??m foi estudada neste trabalho. TlBr ?? um material promissor para ser utilizado como fotodetector devido a sua adequada efici??ncia qu??ntica na regi??o de 350 a aproximadamente 500 nm. Como uma aplica????o para este trabalho foram iniciados estudos para fabrica????o de sondas cir??rgicas utilizando cristais de TlBr como o meio detector. Neste trabalho, os cristais de TlBr foram crescidos pelo m??todo de Bridgman, a partir de materiais purificados pela t??cnica de fus??o zonal. A efici??ncia da purifica????o e avalia????o da superf??cie cristalina em rela????o ao desempenho como detectores de radia????o foi observada. Bons resultados foram obtidos com os aprimoramentos realizados nos processos de purifica????o, crescimento de cristais e na fabrica????o dos detectores. A resposta ?? radia????o foi verificada excitando os detectores com fontes de raios gama: 241Am (59 keV), 133Ba (80 e 355 keV), 57Co (122 keV), 22Na (511 keV) e 137Cs (662 keV) ?? temperatura ambiente. Os valores de resolu????o em energia mais satisfat??rios encontrados nesse trabalho foram a partir de detectores mais puros. Os melhores valores de resolu????o em energia obtidos foram de 10keV (16%), 12keV (15%), 12keV (10%), 28 keV (8%), 31keV (6%) e 36keV (5%) para as energias de 59, 80, 122, 355, 511 e 662 keV, respectivamente. Tamb??m foi realizado um estudo da resposta ?? detec????o a uma temperatura de -20??C e da estabilidade desses detectores. Nos detectores desenvolvidos n??o houve diferen??a significativa na resolu????o tanto em temperatura ambiente quanto na reduzida. Em rela????o ?? estabilidade foi observada uma degrada????o das caracter??sticas espectrom??tricas sob opera????o cont??nua do detector a temperatura ambiente e esta instabilidade variou para cada detector. Ambas caracter??sticas tamb??m foram observadas por outros autores. A viabilidade de utiliza????o do cristal de TlBr como fotodetector para acoplamento em cintiladores tamb??m foi estudada neste trabalho. TlBr ?? um material promissor para ser utilizado como fotodetector devido a sua adequada efici??ncia qu??ntica na regi??o de 350 a aproximadamente 500 nm. Como uma aplica????o para este trabalho foram iniciados estudos para fabrica????o de sondas cir??rgicas utilizando cristais de TlBr como o meio detector. Tese (Doutoramento) IPEN/T Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP FAPESP:01/09049-5

Orientador: Jacobus Willibrordus Swart Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: Esta dissertação de mestrado descreve o estudo, projeto e implementação de um receptor optoeletrônico integrado (OEIC) utilizando a tecnologia de transistores bipolares de heterojunção (HBT), fabricados a partir do material semicondutor arseneto de gálio. A grande vantagem deste transistor é o seu alto ganho e baixa resistência de base, o qual possibilita operações na faixa de gigahertz. A integração do estágio de fotodetecção, feita por um fotodiodo do tipo PIN, com o circuito de amplificação em um mesmo circuito integrado é possível, pois o fotodetector é construído com as camadas de base, coletor e subcoletor do transistor HBT. Com isso, as resistências, capacitâncias e indutâncias parasitas presentes na conexão entre estes dois estágios são minimizadas. Isto permite aos receptores monolíticos trabalharem em freqüências mais altas em relação aos receptores híbridos. O circuito fabricado opera com fontes de luz no comprimento de onda de 850 nm e pode ser utilizado em redes locais de curta distância (LAN) Abstract: This master degree dissertation describes the study, project and implementation of an optoelectronic integrated circuit (OEIC) using the heterojunction bipolar transistors (HBT) technology over a gallium arsenide substrate. The major advantage of this transistor is its high gain and low base resistance, allowing operation at frequencies in the range of gigahertz. The integration of the photodetection stage, performed by a PIN photodetector, with the amplifier circuit in a single chip is possible because the photodetector is built from the base, collector and subcollector layers of the HBT transistor. Thus, the parasitic resistances, capacitances and inductances between the connection of these two stages are minimized. In this way, monolithic receivers can operate at higher frequencies than hybrid receivers. The fabricated circuit is intended to work with 850 nm light sources and can be used in local area networks (LAN) Mestrado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Mestre em Engenharia Elétrica