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24 marzoUNAM 2010, Mexico 1/39
“ NUEVOS DESARROLLOS EN LA
INSTRUMENTACION NUCLEAR ”
Dr. Francisco Javier Ramírez Jiménez
Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares
UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MEXICO
Facultad de Estudios Superiores Cuautitlan
24 marzoUNAM 2010, Mexico 2/39
RADIACIONEmisión de energía originada en un proceso
nuclear o atómico, debida a un exceso de
energía de un átomo excitado.
Naturaleza
Cantidad
Calidad
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APLICACIONES:
Instrumentación Espacial
Astrofísica
Aceleradores de Partículas
Mediciones Nucleares
Monitoreo de Radiación
Instrumentación de Física Nuclear
Instrumentación de Física de Altas Energías
Aplicaciones de la radiación en Medicina
Seguridad Nuclear
Energía Nuclear
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Monitor de radiación
DETECTORES DE RADIACION
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Detectores gaseosos
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Detector de Centelleo
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Detector de Barrera Superficial
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Detector de Radiación Enfriado
Silicio
Germanio
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Detector con microelectrónica
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Principio de operación de un detector de
Semiconductor
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FISICA DE ALTAS ENERGIAS
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CERN
LEP
LHC
ALEPH
OPAL
L3
ATLAS
CMS
ALICE
LHCb
TOTEM
Large Electron-positron
Collider
Large Hadron Collider
Heavy ion detector
Particle detector
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Física de altas energias. Detector L3
1.4 X10 13 eV
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LHC
Circunferencia: 27 Km
Energía: 14 TeV
Después de 14 años
10 septiembre 2008
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Resultados del Primer Experimento
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ATLAS and the SCT
• The Inner Detector of ATLAS:– Pixel Detector– SemiConductor Tracker (SCT)– Transition Radiation Tracker (TRT)
The ATLAS Detector Muon Spectrometer
Calorimeters
Inner Tracking System
To look at 14 TeV pp collisions delivered by the LHC
Commissioning the ATLAS Silicon Microstrip Tracker
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SCT Front-End Electronics• 12 ABCD ASIC front-end chips (6 per side)
– 128 channels per chip– Binary read-out scheme with a 132 bit deep buffer– Data compression logic– 40 MHz (25 ns) clock– 20 ns front-end shaping time
DAC
Binary Pipeline (132 deep)
Comparator
PreAmp+Shaper
Threshold Voltage
Edge-Detect circuit
Readout Buffer
Test-Input
Charge Injection
t
t
v
“Shaped” input pulse to Comparator
“Logic” output of comparator
• 3 pipeline bins read out, centeredon L1A trigger
Data Compression
Circuit
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The SCT Barrel module
One shape
End-cap module
One of the four
different shapes
Barrel module
One shape
1536 channels per module
Up to 500 V bias voltage
Optical communication
6.2 million silicon strip channelsa total of 61 m2 of silicon
4088 modules2112 on 4 barrel cylinders1976 on 18 end-caps disks
Each module is double-sidedwith 40 mrad stereo angle and 80 um pitch
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Experimentos en el Espacio
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APLICACIONES ESPACIALES
REQUISITOS:
- BAJO CONSUMO
- MINIATURIZACION
- RESISTENCIA A RADIACIONES INTENSAS
(rayos cósmicos)
- OPERACIÓN A BAJAS TEMPERATURAS
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Sistema Detector de Rayos X
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Componentes elementales de una roca medida en Marte (1997)
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MISION NEAR. Medición de Rayos X en el espacio (2001)
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Dawn hacia los asteroides Vesta (2011) y Ceres (2015)
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LED (Low Energy Detector)
Detector type: DEPFET matrix
Energy range : 0.5–20 keV
Overall size: 8 × 8 cm2 (12 arcmin of FOV)
Number of pixels: 128 × 128 (four quadrants)
Energy resolution: 150 eV @ 6 keV
Noise : 10 el- ENC
Frame time: 128 μs
Processing Time : 2 μs/line
The SIMBOL-X MissionMirror space craft
Collecting area: 1000 cm² at 2 keV100 cm² at 70 keV
Detectors space craft
LED (Low Energy Detector): Silicon active pixels
HED (high energy detector): thick CdZnTe crystals
Focal Plane Detector Strategy
VELA
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APLICACIONES EN MEDICINA
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Detector Detector
LSO
LuYAP
PET-scannerprinciple
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+ + e-(511 keV)(511 keV)
+ (1-3 mm)
Radionuclide
Annihilation
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PET - Ring Scanner
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ClearPET™ Neuro Scanner@ Institute of Medicine,
Forschungszentrum Jülich
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24 marzoUNAM 2010, Mexico /41
24 marzoUNAM 2010, Mexico /41
IORT TECHNIQUEIntra Operative Radiation TherapySpecialtherapeutictechniqueHigh single-fraction radiation dose delivered immediately after surgical ablation of the neoplasia The success of the approach has suggested the production of dedicated movable accelerators .
NOVAC7 (Hitesys)
LIAC (INFO&TECH)MOBETRON (IntraOp)
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L.Rigon,a F.Arfelli,a,b A.Bergamaschi,c D.Dreossi,a,d R.Longo,a,b R.-
H.Menk,a,d B.Schmitt,c E.Vallazza,a and E.Castellia,b
a) INFN, Trieste, Italy
b) Physics Department, University of Trieste, Italy
c)Paul Scherrer Institut, Villigen, Switzerland
d)Sincrotrone Trieste SCpA, Italy
PICASSO
A silicon microstrip detector for
mammography with synchrotron
radiation
24 marzoUNAM 2010, Mexico /4118 de noviembre de 2008
Geant4 code was used to study and optimise the calorimeter set-up.
Simulated squared scintillating fibres with nominal characteristics of BICRON BCF-60.
24 marzoUNAM 2010, Mexico /41
Breast compressionsystem
Patient support
24 marzoUNAM 2010, Mexico /41
Tomografía Industrial
24 marzoUNAM 2010, Mexico /4118 de noviembre de 2008
Radiation Imaging Detector Module
• 256 pixels• 1.6 mm pixel pitch
Principle of Pixelated Radiation Imaging Sensor• radiation sensor cadmium zinc telluride (CZT) solid metal cathode at negative voltageanode array (pixels) collect electron signals• integrated electronic readoutapplication specific integrated circuit (ASIC)provides list-mode data of pixel address and energy• energy spectroscopy for each pixel simultaneously
24 marzoUNAM 2010, Mexico /4118 de noviembre de 2008
24 marzoUNAM 2010, Mexico /41
Seguridad Radiológica
24 marzoUNAM 2010, Mexico /41
STRIDE
icx radiation
icx radiation
24 marzoUNAM 2010, Mexico /4118 de noviembre de 2008
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INSTALACIONES EN EL ININ
-Reactor TRIGA Mark III, flujo: 1013 n/cm2/s
-Acelerador de protones Tandem Van de Graaff,
100 nA y 12 MeV de energía máxima.
- Acelerador de iones Tandetrón, energía de 2 MeV
en terminal.
-Acelerador de electrones Pelletron, 40 µA y 1 MeV
de energía máxima.
-Irradiador industrial de Co-60, 440 kCi , razón de
dosis de 3.2 kGy/h
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Acelerador Tandetrón2 X 10 6 eV
24 marzoUNAM 2010, Mexico 49/39
Aplicación en
espectrometría de
radiación gamma de baja
energía y rayos X
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UN DISPOSITIVO SEMICONDUCTOR DE SILICIO TIPO PIN
ORIGINALMENTE DISEÑADO PARA MEDIR LUZ VISIBLE
PUEDE DETECTAR RADIACIÓN GAMMA DE BAJA ENERGÍA,
RAYOS X Y PARTÍCULAS CARGADAS CON CALIDAD DE
ESPECTROMETRÍA.
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24 marzoUNAM 2010, Mexico 52/39
Laboratorio de Metrología de Radiaciones Ionizantes
HIGH
VOLTAGE
BEAM QUALITY
EXPOSURE TIME
DOSE
EXPOSURE RATE
EFFICIENCY
KV
TEÓRICO
m
Kxn VViKI )(
Espectro de energía, blanco de Tungsteno
Espectro de energía, blanco de Molibdeno
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Preamplificador sensible a carga
Retroalimentación resistiva
Vo >> Energía
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Sistema para medir el espectro
de energía de la radiación
Concepto del preamplificador sensible a carga
Preamplificador sensible a carga
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24 marzoUNAM 2010, Mexico 56/39
RESULTADOS EXPERIMENTALES
Preamplificador sensible
a carga
2
2
22
2
2
1
2 11)(
ff
nn
f
Tnnt
CjR
ei
C
Cee
Ruido del sistema
Espectro corregido por eficiencia
Comparación con un
detector de Si-Li
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Comparación con un detector de Si-Li
24 marzoUNAM 2010, Mexico 58/39
Experimento en el Acelerador Van der Graff
24 marzoUNAM 2010, Mexico 59/39
Espectros de Fuente triple de radiación Alfa
RESULTADOS EXPERIMENTALES
Espectros RBS obtenidos con el arreglo detector
PIN-preamplificador propuesto y con un detector
SSB después de correcciones por ángulo sólido.
(SIMNRA)
24 marzoUNAM 2010, Mexico /41
APLICACIONES EN RADIOTERAPIA
ACELERADORES LINEALES
24 marzoUNAM 2010, Mexico /41
Determinación de dosis
24 marzoUNAM 2010, Mexico /41
Sitio web:
www.inin.mx
LABORATORIO DE DETECTORES
DE RADIACION
24 marzoUNAM 2010, Mexico /41
www.nss-mic.org/2010
2010 IEEE Nuclear Science Symposium
Medical Imaging Conference
International Workshop on Room TemperatureSemiconductor Detectors
Knoxville, Tennessee 30 October – 6 November 2010
ABSTRACT SUBMISSION IS NOW OPEN
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