O desenvolvimento e calibração de um sistema dosimétrico de rotina baseado no fotodiodo comercial e de baixo custo (SFH 206) é apresentado neste trabalho. A sonda dosimétrica foi projetada para operar sem tensão de polarização no modo de corrente direta. As radiações foram realizadas no irradiador Panorâmico de Cobalto-60 no intervalo de taxas de dose de 8,1 Gy/h a 125 Gy/h. As fotocorrentes geradas no diodo, para cada taxa de dose, foram registradas utilizando um eletrômetro digital e foram armazenadas durante todo o tempo de exposição. A resposta em corrente do diodo foi medida em função do tempo de exposição em intervalos de 1 Gy até 200 Gy para doses acumuladas de até 15 kGy. Neste intervalo, a resposta em dose do diodo, em função da carga gerada pela dose, foi linear com coeficiente de correlação melhor que 0,998. Estes resultados foram comparados com os obtidos com filmes Gafchromic frequentemente utilizados em dosimetria de rotina. Para monitorar possíveis danos de radiação gama produzidos no diodo, as sensibilidades em corrente e em carga foram medidas em função da dose absorvida. Para doses até 15 kGy, não foi observado qualquer dano de radiação o que confirma a boa reprodutibilidade de resposta do diodo, melhor do que 3 %. Finalmente, devido aos pequenos erros experimentais ( 5% ) e boa resolução espacial do diodo, foi possível medir a dose de trânsito devida ao movimento da fonte radioativa de Cobalto-60 bem como a distribuição da taxa de dose no Irradiador Panorâmico. / The development and calibration of a routine dosimetry system based on commercial, low cost photodiode (SFH 206) are presented in this work. The dosimeter probe was designed to operate unbiased in the direct current mode. The radiations were performed with Cobalt-60 Panoramic Irradiator facility in the dose-rate range of 8.1 Gy/h - 125 Gy/h. The photocurrents generated in the device, in each dose-rate, were registered with a digital electrometer and stored during the exposure time. The current response of the diode was measured as a function of the time in steps from 1 Gy up to 200 Gy with accumulated dose up to 15 kGy. In this range, the dose-response of the diode, given by the charge as function of dose, was linear with correlation coefficient better than 0.998. These results were compared with those obtained using Gafchromic film dosimetry often used in routine. To monitor possible gamma radiation effects produced on the diode, the current and charge sensitivities were measured as a function of the absorbed dose. For doses up to 15 kGy, it was not observed any radiation damage what confirms the reproducibility of the diode response better than 3 %. Finally, due to the small experimental errors ( 5% ) and good spatial resolution of the diode it was possible to measure the transit dose due to the movement of the Cobalt-60 radioactive source as well the dose-rate mapping in the Panoramic Irradiator.

O desenvolvimento e calibração de um sistema dosimétrico de rotina baseado no fotodiodo comercial e de baixo custo (SFH 206) é apresentado neste trabalho. A sonda dosimétrica foi projetada para operar sem tensão de polarização no modo de corrente direta. As radiações foram realizadas no irradiador Panorâmico de Cobalto-60 no intervalo de taxas de dose de 8,1 Gy/h a 125 Gy/h. As fotocorrentes geradas no diodo, para cada taxa de dose, foram registradas utilizando um eletrômetro digital e foram armazenadas durante todo o tempo de exposição. A resposta em corrente do diodo foi medida em função do tempo de exposição em intervalos de 1 Gy até 200 Gy para doses acumuladas de até 15 kGy. Neste intervalo, a resposta em dose do diodo, em função da carga gerada pela dose, foi linear com coeficiente de correlação melhor que 0,998. Estes resultados foram comparados com os obtidos com filmes Gafchromic frequentemente utilizados em dosimetria de rotina. Para monitorar possíveis danos de radiação gama produzidos no diodo, as sensibilidades em corrente e em carga foram medidas em função da dose absorvida. Para doses até 15 kGy, não foi observado qualquer dano de radiação o que confirma a boa reprodutibilidade de resposta do diodo, melhor do que 3 %. Finalmente, devido aos pequenos erros experimentais ( 5% ) e boa resolução espacial do diodo, foi possível medir a dose de trânsito devida ao movimento da fonte radioativa de Cobalto-60 bem como a distribuição da taxa de dose no Irradiador Panorâmico. / The development and calibration of a routine dosimetry system based on commercial, low cost photodiode (SFH 206) are presented in this work. The dosimeter probe was designed to operate unbiased in the direct current mode. The radiations were performed with Cobalt-60 Panoramic Irradiator facility in the dose-rate range of 8.1 Gy/h - 125 Gy/h. The photocurrents generated in the device, in each dose-rate, were registered with a digital electrometer and stored during the exposure time. The current response of the diode was measured as a function of the time in steps from 1 Gy up to 200 Gy with accumulated dose up to 15 kGy. In this range, the dose-response of the diode, given by the charge as function of dose, was linear with correlation coefficient better than 0.998. These results were compared with those obtained using Gafchromic film dosimetry often used in routine. To monitor possible gamma radiation effects produced on the diode, the current and charge sensitivities were measured as a function of the absorbed dose. For doses up to 15 kGy, it was not observed any radiation damage what confirms the reproducibility of the diode response better than 3 %. Finally, due to the small experimental errors ( 5% ) and good spatial resolution of the diode it was possible to measure the transit dose due to the movement of the Cobalt-60 radioactive source as well the dose-rate mapping in the Panoramic Irradiator.

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Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This master of science thesis was developed from the idea of research and the production of a pyranometer of easy construction and low cost. This work presents research to develop a sensor in order to quantify the intensity of solar radiation incident on the earth's surface. The main component used is a photodiode which is constructed by two pellets of different semiconductor crystalline solids, encapsulated by an electrically insulating and transparent to the wavelength of the operating radiation material. The methodology used was to compare the measures of the developed prototype and considered standard pyranometer. This comparison was obtained by estimating the statistical parameters of the readings of photoelectric current generated by using a prototype, spectrally selective semiconductor device, which operates in the wavelength range around CMP3 consideret pyranometer model. The prototype was stable in its final stage of development, proving to be of viable production as a tool for low cost to obtain experimental data on the intensity of solar radiation. / A presente dissertação foi elaborada a partir da ideia de pesquisar e divulgar a produção de um piranômetro de fácil construção e baixo custo. Esta apresenta a pesquisa para o desenvolvimento de um sensor com a finalidade de quantificar intensidade da radiação solar global incidente na superfície terrestre. O principal componente utilizado é um fotodiodo, que é construído por duas pastilhas de diferentes sólidos cristalinos semicondutores, encapsuladas por um material eletricamente isolante e transparente ao comprimento de onda da radiação de operação. A metodologia empregada foi a comparação entre as medidas do protótipo desenvolvido e um piranômetro considerado padrão. Essa comparação foi obtida mediante a estimativa dos parâmetros estatísticos das leituras da corrente fotoelétrica, gerada pelo protótipo que utiliza um dispositivo semicondutor, espectralmente seletivo, que opera na faixa de onda em torno de 940 ηm e um piranômetro modelo CMP3. O protótipo mostrou-se estável em sua fase final de desenvolvimento, provando ser viável sua produção como instrumento de baixo custo para a obtenção de dados experimentais da intensidade da radiação solar global.

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) %.

Neste trabalho são apresentados os resultados obtidos no desenvolvimento de um sistema especificado para realizar testes na caracterização de dispositivos fotodetectores como fotodiodos de avalanche. O sistema de ensaios elaborado pretende auxiliar com na caracterização da fotodetecção em dispositivos de acoplamento de cargas com multiplicação de elétrons (EMCCD). O objetivo deste trabalho é avaliar o desempenho dos dispositivos fotodetectores para caracterizar os parâmetros mais significativos no processo da transdução óptica de modo a colaborar no projeto da eletrônica embarcada de controle e leitura da informação contida no EMCCD. A tecnologia da multiplicação dos elétrons em dispositivos CCD e diodos de avalanche têm aplicações importantes na vigilância de ambiente de luminosidade reduzida, astronomia, além de outras aplicações de imagens científicas incluindo as de baixo nível de bioluminescência para identificação de drogas e aplicações da engenharia genética. Para efeito de avaliação do desempenho do sistema fotodetector foi necessário desenvolver uma infra-estrutura para ter controle adequado da temperatura de operação do EMCCD. Foram nomeadas as opções com uma montagem de resfriamento com células Peltier e uma opção por criogenia resfriada com nitrogênio líquido. Os resultados obtidos são úteis na detecção de sinais luminosos ultrafracos minimizando o ruído do detector na aquisição de imagens com o auxilio da instrumentação de um filtro óptico sintonizável que será integrado no telescópio SOAR de 4 metros, instalado no Chile, para observações melhoradas com óptica adaptativa. / This work presents the results obtained in the development of a system specified to perform tests in the characterization of photo-detectors devices such as avalanche photodiodes. The test system is prepared to contribute to the characterization of the photo-detection in charge-coupled devices with electron multiplication (EMCCD). The objective of this study is to evaluate the performance of photo-detectors devices to characterize the most significant parameters in the optic transduction in order to collaborate in the project of an embedded electronic system for controlling and reading the information contained with the EMCCD. The technology of the electron multiplication in CCD devices and avalanche diodes has important applications in monitoring the environment of low light, astronomy and other scientific imaging applications including the low level of bioluminescence for the identification of drugs and applications of genetic engineering. For purposes of assessing the performance of the photo-detector it was necessary to develop an infrastructure to have proper control of the operating temperature of the EMCCD. Options were named with a montage of Peltier cell cooling and a choice of cryogenically cooled with liquid nitrogen. The results are useful in the detection of ultra weak light signals while minimizing detector noise during the acquisition of images from instrument comprising an optical tunable filter, that will be integrated into SOAR 4 meters telescope, installed in Chile, for observations improved with adaptive optics.

Neste trabalho são apresentados os resultados obtidos no desenvolvimento de um sistema especificado para realizar testes na caracterização de dispositivos fotodetectores como fotodiodos de avalanche. O sistema de ensaios elaborado pretende auxiliar com na caracterização da fotodetecção em dispositivos de acoplamento de cargas com multiplicação de elétrons (EMCCD). O objetivo deste trabalho é avaliar o desempenho dos dispositivos fotodetectores para caracterizar os parâmetros mais significativos no processo da transdução óptica de modo a colaborar no projeto da eletrônica embarcada de controle e leitura da informação contida no EMCCD. A tecnologia da multiplicação dos elétrons em dispositivos CCD e diodos de avalanche têm aplicações importantes na vigilância de ambiente de luminosidade reduzida, astronomia, além de outras aplicações de imagens científicas incluindo as de baixo nível de bioluminescência para identificação de drogas e aplicações da engenharia genética. Para efeito de avaliação do desempenho do sistema fotodetector foi necessário desenvolver uma infra-estrutura para ter controle adequado da temperatura de operação do EMCCD. Foram nomeadas as opções com uma montagem de resfriamento com células Peltier e uma opção por criogenia resfriada com nitrogênio líquido. Os resultados obtidos são úteis na detecção de sinais luminosos ultrafracos minimizando o ruído do detector na aquisição de imagens com o auxilio da instrumentação de um filtro óptico sintonizável que será integrado no telescópio SOAR de 4 metros, instalado no Chile, para observações melhoradas com óptica adaptativa. / This work presents the results obtained in the development of a system specified to perform tests in the characterization of photo-detectors devices such as avalanche photodiodes. The test system is prepared to contribute to the characterization of the photo-detection in charge-coupled devices with electron multiplication (EMCCD). The objective of this study is to evaluate the performance of photo-detectors devices to characterize the most significant parameters in the optic transduction in order to collaborate in the project of an embedded electronic system for controlling and reading the information contained with the EMCCD. The technology of the electron multiplication in CCD devices and avalanche diodes has important applications in monitoring the environment of low light, astronomy and other scientific imaging applications including the low level of bioluminescence for the identification of drugs and applications of genetic engineering. For purposes of assessing the performance of the photo-detector it was necessary to develop an infrastructure to have proper control of the operating temperature of the EMCCD. Options were named with a montage of Peltier cell cooling and a choice of cryogenically cooled with liquid nitrogen. The results are useful in the detection of ultra weak light signals while minimizing detector noise during the acquisition of images from instrument comprising an optical tunable filter, that will be integrated into SOAR 4 meters telescope, installed in Chile, for observations improved with adaptive optics.