Made available in DSpace on 2014-10-09T12:42:37Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:01:26Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Neste trabalho foram avaliadas as principais características dosimétricas de diodos crescidos pelos métodos de Fusão Zonal (FZ) e Czochralski magnético (MCz), resistentes a danos de radiação, quando aplicados em dosimetria de processos de irradiação industrial com elétrons (1,5 MeV) e raios gama (60Co). O sistema dosimétrico proposto baseia-se no registro de valores de correntes elétricas geradas nos diodos devido à passagem da radiação ionizante. A uniformidade de resposta de um lote de dispositivos foi analisada para os diodos FZ do tipo n irradiados com raios gama. Para uma dose de até 5 kGy obteve-se um coeficiente de variação de 1,25% dos valores de corrente elétrica registrados. A queda da sensibilidade dos diodos com o acúmulo de dose (Total Ionizing Dose TID) foi observada, de acordo com o esperado, para ambos os diodos FZ e MCz, sendo mais acentuada para dispositivos do tipo n ou com resistividade menor, quando irradiados com raios gama. Nos procedimentos de irradiação com elétrons foram utilizados dois protótipos de sonda dosimétrica, sendo que um deles foi projetado para evitar a deterioração dos contatos elétricos e da metalização dos diodos, fenômeno observado durante o desenvolvimento do projeto. A queda da sensibilidade dos diodos FZ e MCz pré-irradiados foi de aproximadamente 10% e 40%, respectivamente, durante os procedimentos de irradiação com elétrons para uma dose acumulada total de 1,25 MGy. A influência dos danos causados por esse tipo de radiação nas propriedades elétricas dos diodos FZ e MCz foi avaliada por meio das medições de corrente de fuga e da capacitância em função da tensão de polarização. A corrente de fuga, que aumenta com a dose de radiação acumulada, não contribui significativamente para a formação do sinal de corrente durante a irradiação, uma vez que os diodos são operados no modo fotovoltaico, ou seja, sem tensão de polarização. Para o diodo MCz não foram observadas alterações significativas dos valores de tensão de depleção total, evidenciando sua maior tolerância aos danos induzidos pela radiação, como esperado. Como durante os procedimentos de irradiação com elétrons há uma variação acentuada dos valores de temperatura, a influência deste parâmetro para as medições de corrente elétrica foi avaliada por meio da extrapolação dos valores de corrente de fuga até 35°C. A contribuição da corrente de fuga para a corrente induzida pela radiação, devido ao aumento da temperatura, não ultrapassa 0,1% para os diodos FZ e MCz. A influência do tipo de radiação, elétrons ou raios gama, na pré-dose dos diodos foi avaliada para o dispositivo FZ do tipo n e observou-se que a pré-irradiação com elétrons é mais eficiente no tocante à queda da sensibilidade dos dispositivos. Os resultados apresentados neste trabalho indicam a potencialidade da aplicação dos diodos FZ e MCz como dosímetros em processos de irradiação de rotina com raios gama e elétrons. Vale ressaltar que a vantagem do sistema proposto reside na possibilidade de acompanhamento em tempo real dos processos envolvidos, sobretudo para elétrons, permitindo a monitoração dos parâmetros dos aceleradores, tais como velocidade de esteira e corrente elétrica de feixe. / Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:50:03Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:02:47Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Neste trabalho são apresentados os estudos das condições de resposta de um diodo de Si, com estrutura de múltiplos anéis de guarda, na detecção e espectrometria de partículas alfa. Este diodo foi fabricado por meio do processo de implantação iônica (Al/p+/n/n+/Al) em um substrato de Si do tipo n com resistividade de 3 kohm•cm, 300 mícrons de espessura e área útil de 4 mm2. Para usar este diodo como detector, a face n+ deste dispositivo foi polarizada reversamente, o primeiro anel de guarda aterrado e os sinais elétricos extraídos da face p+. Estes sinais eram enviados diretamente a um pré-amplificador desenvolvido em nosso laboratório, baseado no emprego do circuito híbrido A250 da Amptek, seguido da eletrônica nuclear convencional. Os resultados obtidos com este sistema na detecção direta de partículas alfa do Am-241evidenciaram excelente estabilidade de resposta com uma elevada eficiência de detecção (= 100 %). O desempenho deste diodo na espectrometria de partículas alfa foi estudado priorizando-se a influência da tensão de polarização, do ruído eletrônico, da temperatura e da distância fonte-detector na resolução em energia. Os resultados mostraram que a maior contribuição para a deterioração deste parâmetro é devida à espessura da camada morta do diodo (1 mícron). No entanto, mesmo em temperatura ambiente, a resolução medida (FWHM = 18,8 keV) para as partículas alfa de 5485,6 keV (Am-241) é comparável àquelas obtidas com detectores convencionais de barreira de superfície freqüentemente utilizados em espectrometria destas partículas. / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:27:02Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:03:49Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Neste trabalho são apresentados os resultados obtidos com diodos resistentes a danos de radiação dos tipos fusão zonal padrão (FZ), fusão zonaI com difusão de oxigênio (DOFZ) e Czochralski magnético (MCz) em dosimetria de processamento por radiação gama. Estes dispositivos de junção p+-n-n+ foram manufaturados por Okmetic Oyj. (Vantaa, Finland) e processados no Centro de Microeletrônica da Universidade de Tecnologia de Helsinki no âmbito da colaboração RD50 do CERN. As sondas dosimétricas, baseadas nos dispositivos FZ, DOFZ and MCz, foram projetadas para operar sem tensão de polarização no modo de corrente direta como dosímetros on-line de radiação. As irradiações foram realizadas no Centro de Tecnologia das Radiações (CTR) no IPEN-CNEN/SP usando a fonte de 60Co (Gammacell 220 Nordion) com a taxa de dose de aproximadamente 2,4 kGy/h. A resposta em corrente de cada diodo foi medida em função do tempo de exposição em intervalos de dose desde 5 kGy até 50 kGy atingindo a dose total absorvida 275 kGy. Os resultados obtidos demonstraram um significante decréscimo da fotocorrente gerada em todos os dispositivos para doses totais absorvidas superiores a aproximadamente 25 kGy. Para reduzir este efeito, as amostras foram pré-irradiadas com raios gama do 60Co a uma dose de 700 kGy, para saturar a produção de armadilhas no volume sensível do diodo. Depois da pré-irradiação, apesar de serem menos sensíveis, todos os dispositivos apresentaram sinais de corrente estáveis mesmo para a dose total absorvida de 275 kGy. A fim de monitorar possíveis efeitos de danos de radiação VII produzidos nos diodos, as correntes de fuga e capacitância destes dispositivos foram medidas em função da dose total absorvida. As curvas de calibração dos dosímetros mostraram respostas quadráticas com coeficientes de correlação maiores do que 0,9999 para doses totais absorvidas de até 275 kGy. A comparação entre as respostas dosimétricas dos diodos estudados evidenciou que o melhor resultado foi obtido com o MCz que exibiu maiores sensibilidade e estabilidade do que os dispositivos FZ e DOFZ. No entanto, é importante notar que todos os diodos pré-irradiados podem ser utilizados como dosímetros em aplicações de processamento por radiação gama. / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP / FAPESP:05/00258-1

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:26:55Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:06:20Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Este trabalho contempla o desenvolvimento de dosímetros baseados em diodos de Si para a dosimetria de radiação gama para doses desde 1 Gy até 100 Gy. Este intervalo de dose é freqüentemente utilizada em processos de irradiação de cristais, polímeros conjugados e também em vários estudos biológicos conduzidos no Centro de Tecnologia das Radiações (CTR) do IPEN-CNEN/SP. O dosímetro proposto foi construído a partir do diodo cormecial de Si SFH00206 (Siemens), operando em regime fotovoltaico, cujas características elétricas são adequadas para esta aplicação. As correntes geradas no dispositivo pela radiação gama do 60Co dos irradiadores tipo I e II foram registrada por um eletrômetro digital e armazenadas durante todo o tempo de exposição. Em todas as medidas realizadas verificou-se que os sinais de corrente registrados em função do tempo de exposição eram estáveis. Além disso, a fotocorrente do dispositivo mostrou-se linearmente dependente com a taxa de dose desde 6.1x10-2 Gy/min até 1.9x102 Gy/min. As curvas de calibração dos dosímetros, em termos da carga média registrada em função da dose absorvida, foram obtidas pela integração dos sinais de corrente em função do tempo de exposição. Os resultados evidenciaram uma resposta linear do dosímetro, com um coeficiente de correlação melhor que 0,998 para uma dose total absorvida de até 120 Gy. Finalmente, devido aos pequenos erros experimentais, 5% foi possível medir a dose de trânsito devida ao movimento das fontes radioativas de Cobalto-60 nos irradiadores utilizados neste trabalho. / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:27:34Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:07:07Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Neste trabalho é apresentado um estudo comparativo da resposta de diodos de Si para dosimetria de radiação gama. Os diodos investigados, crescidos pelas técnicas de fusão zonal (Fz) e Czchocralski magnético (MCz), foram processados no Instituto de Física da Universidade de Helsinki no âmbito das pesquisas e desenvolvimento de dispositivos de Si resistentes a danos de radiação segundo a colaboração RD50 do CERN (European Organization for Nuclear Research). Para estudar a resposta dosimétrica dos diodos, eles foram acoplados diretamente no modo fotovoltaico na entrada de um eletrômetro digital para medir o sinal de fotocorrente devido a incidência de raios gama provenientes de uma fonte de 60Co (Gammacell 220). O parâmetro dosimétrico usado para estudar a resposta destes dispositivos foi a carga, obtida pela integração do sinal de corrente pelo tempo de exposição, em função da dose absorvida. Estudos da influência dos procedimentos de pré-irradiação na sensibilidade e estabilidade destes diodos mostraram que a sensibilidade decresce com a dose total absorvida mas depois de uma pré-irradiação de cerca de 873 kGy, eles se tornaram mais estáveis. Efeitos dos danos de radiação eventualmente produzidos nos diodos foram monitorados mediante medidas dinâmicas de corrente e de capacitância depois de cada etapa de irradiação. Ambas as amostras exibiram boa reprodutibilidade de resposta, 2,21% (Fz) e 2,94% (MCz), obtida com 13 medidas consecutivas de 15 kGy comparadas com a equivalente dose de 195 kGy absorvida em uma única etapa de irradiação. É importante notar que estes resultados são melhores do que aqueles obtidos com dosímetros de rotina de polimetilmetacrilato (PMMA) usados em processamento por radiação. / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:35:01Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:00:05Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:42:13Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:04:34Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Dissertação (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:35:01Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:00:05Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de sistemas dosimétricos baseados em diodos especiais de Si, resistentes a danos de radiação, para monitoração online de processos de irradiação com elétrons de 1,5 MeV de energia e para dosimetria relativa e escaneamento de feixe de elétrons clínicos dentro de uma faixa de energia de 6 a 21 MeV. Os diodos utilizados foram produzidos pelos métodos de fusão zonal padrão (FZ), Czochralski em presença de um campo magnético (MCz) e crescimento Epitaxial (EPI). Para utilizar os diodos como detectores, eles foram fixados em uma base de alumina permitindo a ligação dos eletrodos de polarização e de extração de sinais. Após a montagem na base, cada diodo foi fixado em uma sonda acrílica preta dotada de uma janela de Mylar® aluminizado e de conector do tipo LEMO®. Com os dispositivos operando em modo fotovoltaico, a integração dos sinais de corrente em função do tempo de irradiação permitiu obter a carga produzida no volume sensível de cada diodo irradiado. O acelerador de elétrons utilizado para as irradiações de doses altas foi o DC 1500/25/4 - JOB 188 de 1,5 MeV instalado no Centro de Tecnologia das Radiações do IPEN/CNEN-SP. Foram estudados o perfil da corrente em função do tempo de exposição, a repetibilidade de resposta, a sensibilidade em função da dose absorvida e a curva resposta de cada dispositivo. Foi observada uma queda na sensibilidade mais acentuada para o diodo MCz do que para o diodo FZ e uma boa repetibilidade nos dois casos. Ainda, o aumento da carga com a dose absorvida obedeceu a uma função polinomial de segunda ordem. Na caracterização do diodo EPI, ele exibiu melhor repetibilidade que a obtida por dosímetros CTA, rotineiramente aplicados em processamento por radiação. Os resultados acima descritos indicam a potencial utilização desses diodos de Si resistentes a danos de radiação em dosimetria online para aplicações envolvendo elevadas doses. Para as irradiações de doses baixas foram utilizados os Aceleradores Lineares KD2 e Primus, ambos fabricados pela Siemens e instalados no Hospital Sírio-Libanês. A resposta dos diodos foi avaliada para energias de 6 a 21 MeV. Foram estudados: a repetibilidade de resposta, a curva dose-resposta em função da dose absorvida, a sensibilidade em carga com a energia do feixe de elétrons, a porcentagem de dose profunda (PDP) e o perfil transversal de dose. Apesar da resposta dos diodos FZ, MCz e EPI serem levemente dependentes da energia do feixe de elétrons, a resposta dosimétrica, em todo o intervalo de energia de feixe estudado, mostrou-se linear. Ainda, em relação aos diodos epitaxiais, os dispositivos estudados mostraram excelente acordo com simulações de Monte Carlo e medições realizadas com MatriXX®, demonstrando que os dispositivos podem ser usados como dosímetros em elétrons radioterápicos para escaneamento de varredura de feixe, mapeamento de distribuições de dose de feixes, monitoramento rotineiro da constância do fator calibração e dosimetria relativa. / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:42:13Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:04:34Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Neste trabalho são apresentados os resultados da caracterização dosimétrica de dois diodos especiais de silício, resistentes a danos de radiação, crescidos pelo método epitaxial com vistas a sua aplicação na monitoração em tempo real de feixes de fótons de qualidades de radiodiagnóstico convencional, mamografia e tomografia computadorizada, no intervalo de tensão de 28 kV a 150 kV. Os dispositivos utilizados, um submetido à pré-dose de 200 kGy de raios gama do 60Co no Centro de Tecnologia das Radiações (CTR) do IPENCNEN/ SP, e outro sem qualquer irradiação prévia, foram processados na Universidade de Hamburgo a partir de uma camada epitaxial com 50 μm de espessura. Apenas para comparação, um diodo de Si crescido por fusão zonal padrão foi também estudado. As irradiações foram realizadas no Laboratório de Calibração de Instrumentos (LCI) do IPEN/CNEN-SP, onde está instalado um gerador de radiação X, Pantak-Seifert, Isovolt 160 HS, cujas qualidades de radiação foram verificadas por câmaras de ionização padronizadas. Os diodos foram ligados a um eletrômetro Keithley 6517B em modo fotovoltaico, com a distância do ponto focal do gerador aos diodos mantida em 1 m. Os principais parâmetros dosimétricos das amostras foram avaliados de acordo com a norma IEC61674. Os coeficientes de calibração dos diodos em termos do kerma no ar também foram determinados. Os diodos apresentaram excelente estabilidade de resposta em curto prazo para as qualidades estudadas, com coeficientes de variação em corrente equivalentes e não superiores a 0,3%. O comportamento das fotocorrentes em função da taxa de dose foi linear para os três dispositivos no intervalo de 0,8 a 77,2 mGy/min. As curvas carga-dose obtidas pela integração dos sinais de corrente tornaram evidente a ausência de dependência energética para feixes de mamografia e de radiodiagnóstico até 70 kV. O diodo epitaxial sem pré-dose apresentou maior sensibilidade em corrente e em carga em relação aos demais, com queda neste parâmetro de 8% após receber dose acumulada de 49 Gy. Até este limite de dose, as correntes de fuga dos dispositivos mantiveram-se estáveis em cerca de 0,4 pA ao longo das irradiações, sendo menores por um fator até 104 em relação às correntes em condição de irradiação. A variação da resposta direcional de ambos diodos para o intervalo de ± 5° foi inferior a 0,1 % e seus coeficientes de calibração para os feixes estudados foram determinados a partir dos padrões de referência do LCI. As alterações das características elétricas das amostras em função de danos de radiação foram também estudadas e não revelaram alteração significativa para tensão de polarização nula. Com base nos resultados obtidos até o presente e considerando as recomendações da norma IEC 61674, pode-se afirmar que diodos epitaxiais sem pré-dose e com pré-dose podem ser empregados de forma confiável na dosimetria de feixes de radiação eletromagnética para imagens médicas até o limite de dose acumulada de 10 Gy e acima de 206 kGy, respectivamente. / Dissertação (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Approved for public release; distribution in unlimited. / Silicon Blocked Impurity Band (BIB) detectors are highly efficient, radiation-hardened photodetectors that operate in the range of 5-40 æm. To further extend BIB coverage to 40-350 æm, Ge and GaAs BIB detectors are under development; however, these new detectors face fabrication issues that have delayed their introduction. This thesis will describe the use of a numerical model to examine alternate operating modes for GaAs BIB detectors in order to bypass current fabrication issues. The numerical simulations provide an understanding of the fundamental physics that governs detector transport. The proposed alternatives to standard operation are created by reversing the detector's bias and varying the blocking layer thickness. Modeling indicates that reversing the bias on these detectors provides a larger signal current than standard configurations, while preserving the principal benefits gained from a multilayered device. At the same time, the alternate bias configuration allows for the use of thicker blocking layers, while preserving overall detector responsivity and reducing shot noise. This proposed new model of operation should allow for the relaxation of fabrication constraints without sacrificing the inherent benefits associated with BIB detectors. These devices are of potential interest for missile defense and terahertz surveillance applications. / Lieutenant Commander, United States Navy