defensa de tésis de doctorado...aplicaciones de la radiación en medicina seguridad nuclear...

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


RADIACIONEmisión de energía originada en un proceso

nuclear o atómico, debida a un exceso de

energía de un átomo excitado.

Naturaleza

Cantidad

Calidad

naturaleza.ppt

cantidad.ppt

calidad.ppt

24 marzoUNAM 2010, Mexico /41

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


Monitor de radiación

DETECTORES DE RADIACION


Detectores gaseosos


Detector de Centelleo


Detector de Barrera Superficial


Detector de Radiación Enfriado

Silicio

Germanio


Detector con microelectrónica


Principio de operación de un detector de

Semiconductor


FISICA DE ALTAS ENERGIAS


CERN

LEP

LHC

ALEPH

OPAL

L3

ATLAS

CMS

ALICE

LHCb

TOTEM

Large Electron-positron

Collider

Large Hadron Collider

Heavy ion detector

Particle detector


Física de altas energias. Detector L3

1.4 X10 13 eV


LHC

Circunferencia: 27 Km

Energía: 14 TeV

Después de 14 años

10 septiembre 2008


Resultados del Primer Experimento


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


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


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


Experimentos en el Espacio


APLICACIONES ESPACIALES

REQUISITOS:

- BAJO CONSUMO

- MINIATURIZACION

- RESISTENCIA A RADIACIONES INTENSAS

(rayos cósmicos)

- OPERACIÓN A BAJAS TEMPERATURAS


Sistema Detector de Rayos X


Componentes elementales de una roca medida en Marte (1997)


MISION NEAR. Medición de Rayos X en el espacio (2001)


Dawn hacia los asteroides Vesta (2011) y Ceres (2015)


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


APLICACIONES EN MEDICINA


Detector Detector

LSO

LuYAP

PET-scannerprinciple


+ + e-(511 keV)(511 keV)

+ (1-3 mm)

Radionuclide

Annihilation


PET - Ring Scanner


ClearPET™ Neuro Scanner@ Institute of Medicine,

Forschungszentrum Jülich


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)


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.


Breast compressionsystem

Patient support


Tomografía Industrial


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


Seguridad Radiológica


STRIDE

icx radiation

icx radiation


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


Acelerador Tandetrón2 X 10 6 eV


Aplicación en

espectrometría de

radiación gamma de baja

energía y rayos X


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.


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


Preamplificador sensible a carga

Retroalimentación resistiva

Vo >> Energía


Sistema para medir el espectro

de energía de la radiación

Concepto del preamplificador sensible a carga

Preamplificador sensible a carga


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


Comparación con un detector de Si-Li


Experimento en el Acelerador Van der Graff


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)


APLICACIONES EN RADIOTERAPIA

ACELERADORES LINEALES


Determinación de dosis


Sitio web:

www.inin.mx

LABORATORIO DE DETECTORES

DE RADIACION

http://www.inin.mx/


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

http://www.nss-mic.org/2010



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