O Laboratório de Metrologia Nuclear (LMN) do Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN) desenvolveu recentemente o Sistema de Coincidência por Software (SCS), para a digitalização e registro dos sinais de seus sistemas de coincidências 4πβ-γ utilizados na padronização de radionuclídeos. O sistema SCS possui quatro entradas analógicas independentes que possibilitam o registro simultâneo dos sinais de até quatro detectores (vias β e γ). A análise dos dados é realizada a posteriori, por software, incluindo discriminação de amplitudes, simulação do tempo-morto da medida e definição do tempo de resolução de coincidências. O software então instalado junto ao SCS estabeleceu a metodologia básica de análise, aplicável a radionuclídeos com decaimento simples, como o 60Co. O presente trabalho amplia a metodologia de análise de dados obtidos com o SCS, de modo a possibilitar o uso de detectores com alta resolução em energia (HPGe), para padronização de radionuclídeos com decaimentos mais complexos, com diferentes ramos de decaimento ou com transições metaestáveis. A expansão metodológica tem suporte na elaboração do programa de análise denominado Coincidence Analyzing Task (CAT). A seção de aplicação inclui as padronizações do 152Eu (diferentes ramos de decaimento) e do 67Ga (nível metaestável). A padronização do 152Eu utilizou uma amostra de uma comparação internacional promovida pelo BIPM (Bureau International des Poids et Mesures), podendo-se comparar a atividade obtida com o valores de laboratórios mundialmente reconhecidos, de modo a avaliar e validar a metodologia desenvolvida. Para o 67Ga, foram obtidas: a meia-vida do nível metaestável de 93 keV, por três diferentes técnicas de análise do conjunto de dados (βpronto-γatrasado-HPGe, βpronto-γatrasado-NaI e βpronto- βatrasado); as atividades de cinco amostras, normalizadas por Monte Carlo e as probabilidades de emissão gama por decaimento, para nove transições. / The Nuclear Metrology Laboratory (LMN) at the Nuclear and Energy Research Institute (IPEN São Paulo, Brazil) has recently developed the Software Coincidence System (SCS), for the digitalization and recording of signals from its 4πβγ detection systems. SCS features up four independent analog inputs, enabling the simultaneous recording of up four detectors (β and γ). The analysis task is performed a posteriori, by means of specialized software, including the setting up of energy discrimination levels, dead-time and coincidence resolution time. The software initially installed was able to perform a basic analysis, for the standardization of simple decay radionuclides, such as 60Co. The present work improves the SCS analysis methodology, in order to enable the use of high resolution detectors (HPGe), for standardization of complex decay radionuclides, including metastable transitions or different decay branches. A program called Coincidence Analyzing Task (CAT) was implemented for the data processing. The work also includes an application section, where the standardization results of 152Eu (different decay branches) and 67Ga (with a metastable level) are presented. The 152Eu standardization was considered for the methodology validation, since it was accomplished by the measurement of a sample previously standardized in an international comparison sponsored by the BIPM (Bureau International des Poids et Mesures). The activity value obtained in this work, as well as its accuracy, could be compared to those obtained by important laboratories in the world. The 67Ga standardization includes the measurement of five samples, with activity values normalized by Monte Carlo simulation. The 93 keV metastable level half-life and the gamma emission probabilities per decay for nine transition of 67Ga are also presented. The metastable half-life was obtained by three different methods: βprompt-γdelayed-HPGe, βprompt-γdelayed-NaI and βprompt-βdelayed.

O Laboratório de Metrologia Nuclear (LMN) do Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN) desenvolveu recentemente o Sistema de Coincidência por Software (SCS), para a digitalização e registro dos sinais de seus sistemas de coincidências 4πβ-γ utilizados na padronização de radionuclídeos. O sistema SCS possui quatro entradas analógicas independentes que possibilitam o registro simultâneo dos sinais de até quatro detectores (vias β e γ). A análise dos dados é realizada a posteriori, por software, incluindo discriminação de amplitudes, simulação do tempo-morto da medida e definição do tempo de resolução de coincidências. O software então instalado junto ao SCS estabeleceu a metodologia básica de análise, aplicável a radionuclídeos com decaimento simples, como o 60Co. O presente trabalho amplia a metodologia de análise de dados obtidos com o SCS, de modo a possibilitar o uso de detectores com alta resolução em energia (HPGe), para padronização de radionuclídeos com decaimentos mais complexos, com diferentes ramos de decaimento ou com transições metaestáveis. A expansão metodológica tem suporte na elaboração do programa de análise denominado Coincidence Analyzing Task (CAT). A seção de aplicação inclui as padronizações do 152Eu (diferentes ramos de decaimento) e do 67Ga (nível metaestável). A padronização do 152Eu utilizou uma amostra de uma comparação internacional promovida pelo BIPM (Bureau International des Poids et Mesures), podendo-se comparar a atividade obtida com o valores de laboratórios mundialmente reconhecidos, de modo a avaliar e validar a metodologia desenvolvida. Para o 67Ga, foram obtidas: a meia-vida do nível metaestável de 93 keV, por três diferentes técnicas de análise do conjunto de dados (βpronto-γatrasado-HPGe, βpronto-γatrasado-NaI e βpronto- βatrasado); as atividades de cinco amostras, normalizadas por Monte Carlo e as probabilidades de emissão gama por decaimento, para nove transições. / The Nuclear Metrology Laboratory (LMN) at the Nuclear and Energy Research Institute (IPEN São Paulo, Brazil) has recently developed the Software Coincidence System (SCS), for the digitalization and recording of signals from its 4πβγ detection systems. SCS features up four independent analog inputs, enabling the simultaneous recording of up four detectors (β and γ). The analysis task is performed a posteriori, by means of specialized software, including the setting up of energy discrimination levels, dead-time and coincidence resolution time. The software initially installed was able to perform a basic analysis, for the standardization of simple decay radionuclides, such as 60Co. The present work improves the SCS analysis methodology, in order to enable the use of high resolution detectors (HPGe), for standardization of complex decay radionuclides, including metastable transitions or different decay branches. A program called Coincidence Analyzing Task (CAT) was implemented for the data processing. The work also includes an application section, where the standardization results of 152Eu (different decay branches) and 67Ga (with a metastable level) are presented. The 152Eu standardization was considered for the methodology validation, since it was accomplished by the measurement of a sample previously standardized in an international comparison sponsored by the BIPM (Bureau International des Poids et Mesures). The activity value obtained in this work, as well as its accuracy, could be compared to those obtained by important laboratories in the world. The 67Ga standardization includes the measurement of five samples, with activity values normalized by Monte Carlo simulation. The 93 keV metastable level half-life and the gamma emission probabilities per decay for nine transition of 67Ga are also presented. The metastable half-life was obtained by three different methods: βprompt-γdelayed-HPGe, βprompt-γdelayed-NaI and βprompt-βdelayed.

Tese de mestrado. Ciência da Informação. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012

Esta dissertação investiga a aplicação dos algoritmos evolucionários inspirados na computação quântica na síntese de circuitos sequenciais. Os sistemas digitais sequenciais representam uma classe de circuitos que é capaz de executar operações em uma determinada sequência. Nos circuitos sequenciais, os valores dos sinais de saída dependem não só dos valores dos sinais de entrada como também do estado atual do sistema. Os requisitos cada vez mais exigentes quanto à funcionalidade e ao desempenho dos sistemas digitais exigem projetos cada vez mais eficientes. O projeto destes circuitos, quando executado de forma manual, se tornou demorado e, com isso, a importância das ferramentas para a síntese automática de circuitos cresceu rapidamente. Estas ferramentas conhecidas como ECAD (Electronic Computer-Aided Design) são programas de computador normalmente baseados em heurísticas. Recentemente, os algoritmos evolucionários também começaram a ser utilizados como base para as ferramentas ECAD. Estas aplicações são referenciadas na literatura como eletrônica evolucionária. Os algoritmos mais comumente utilizados na eletrônica evolucionária são os algoritmos genéticos e a programação genética. Este trabalho apresenta um estudo da aplicação dos algoritmos evolucionários inspirados na computação quântica como uma ferramenta para a síntese automática de circuitos sequenciais. Esta classe de algoritmos utiliza os princípios da computação quântica para melhorar o desempenho dos algoritmos evolucionários. Tradicionalmente, o projeto dos circuitos sequenciais é dividido em cinco etapas principais: (i) Especificação da máquina de estados; (ii) Redução de estados; (iii) Atribuição de estados; (iv) Síntese da lógica de controle e (v) Implementação da máquina de estados. O Algoritmo Evolucionário Inspirado na Computação Quântica (AEICQ) proposto neste trabalho é utilizado na etapa de atribuição de estados. A escolha de uma atribuição de estados ótima é tratada na literatura como um problema ainda sem solução. A atribuição de estados escolhida para uma determinada máquina de estados tem um impacto direto na complexidade da sua lógica de controle. Os resultados mostram que as atribuições de estados obtidas pelo AEICQ de fato conduzem à implementação de circuitos de menor complexidade quando comparados com os circuitos gerados a partir de atribuições obtidas por outros métodos. O AEICQ e utilizado também na etapa de síntese da lógica de controle das máquinas de estados. Os circuitos evoluídos pelo AEICQ são otimizados segundo a área ocupada e o atraso de propagação. Estes circuitos são compatíveis com os circuitos obtidos por outros métodos e em alguns casos até mesmo superior em termos de área e de desempenho, sugerindo que existe um potencial de aplicação desta classe de algoritmos no projeto de circuitos eletrônicos. / This thesis investigates the application of quantum inspired evolutionary algorithms in the synthesis of sequential circuits. Sequential digital systems represent a class of circuit that is able to execute operations in a particular sequence. In sequential circuits, the values of output signals not only depend on the values of input signals but also on the current state of the system. The increasingly high requirements regarding the functionality and performance of digital systems demand more efficient designs. The design of these circuits, when implemented manually, became slow and thus the importance of tools for automatic synthesis of circuits grew rapidly. These tools known as ECAD (Electronic Computer-Aided Design) are computer programs usually based on heuristics. Recently, evolutionary algorithms also began to be used as a basis in ECAD tools developing. These applications are referenced in literature as evolutionary electronics. The algorithms most commonly used in evolutionary electronics are genetic algorithms and genetic programming. This work presents a study of the application of quantum inspired evolutionary algorithms as a tool for automatic synthesis of sequential circuits. This class of algorithms uses the principles of quantum computing to improve the performance of evolutionary algorithms. Traditionally, the design of sequential circuits is divided into five main steps: (i) State machine specification; (ii) Reduction of states; (iii) State assignment; (iv) Control logic synthesis and (v) Implementation of the state machine. The proposed algorithm AEICQ is used in the state assignment design step. The choice of an optimal state assignment is treated in the literature as an issue still unresolved. The state assignment chosen for a particular state machine has a direct impact on the complexity of its control logic. The results show that the state assignment obtained by AEICQ in fact leads to the implementation of circuits of less complexity when compared with the ones generated from assignments obtained by other methods. The AEICQ is also used in the control logic synthesis of the state machine. The circuits evolved by AEICQ are optimized according to the area occupied and the propagation delay. These circuits are compatible with the circuits obtained by other methods and in some cases even higher in terms of area and performance, suggesting that there is a potential for application of this class of algorithms in the design of electronic circuits.

Esta dissertação investiga a aplicação dos algoritmos evolucionários inspirados na computação quântica na síntese de circuitos sequenciais. Os sistemas digitais sequenciais representam uma classe de circuitos que é capaz de executar operações em uma determinada sequência. Nos circuitos sequenciais, os valores dos sinais de saída dependem não só dos valores dos sinais de entrada como também do estado atual do sistema. Os requisitos cada vez mais exigentes quanto à funcionalidade e ao desempenho dos sistemas digitais exigem projetos cada vez mais eficientes. O projeto destes circuitos, quando executado de forma manual, se tornou demorado e, com isso, a importância das ferramentas para a síntese automática de circuitos cresceu rapidamente. Estas ferramentas conhecidas como ECAD (Electronic Computer-Aided Design) são programas de computador normalmente baseados em heurísticas. Recentemente, os algoritmos evolucionários também começaram a ser utilizados como base para as ferramentas ECAD. Estas aplicações são referenciadas na literatura como eletrônica evolucionária. Os algoritmos mais comumente utilizados na eletrônica evolucionária são os algoritmos genéticos e a programação genética. Este trabalho apresenta um estudo da aplicação dos algoritmos evolucionários inspirados na computação quântica como uma ferramenta para a síntese automática de circuitos sequenciais. Esta classe de algoritmos utiliza os princípios da computação quântica para melhorar o desempenho dos algoritmos evolucionários. Tradicionalmente, o projeto dos circuitos sequenciais é dividido em cinco etapas principais: (i) Especificação da máquina de estados; (ii) Redução de estados; (iii) Atribuição de estados; (iv) Síntese da lógica de controle e (v) Implementação da máquina de estados. O Algoritmo Evolucionário Inspirado na Computação Quântica (AEICQ) proposto neste trabalho é utilizado na etapa de atribuição de estados. A escolha de uma atribuição de estados ótima é tratada na literatura como um problema ainda sem solução. A atribuição de estados escolhida para uma determinada máquina de estados tem um impacto direto na complexidade da sua lógica de controle. Os resultados mostram que as atribuições de estados obtidas pelo AEICQ de fato conduzem à implementação de circuitos de menor complexidade quando comparados com os circuitos gerados a partir de atribuições obtidas por outros métodos. O AEICQ e utilizado também na etapa de síntese da lógica de controle das máquinas de estados. Os circuitos evoluídos pelo AEICQ são otimizados segundo a área ocupada e o atraso de propagação. Estes circuitos são compatíveis com os circuitos obtidos por outros métodos e em alguns casos até mesmo superior em termos de área e de desempenho, sugerindo que existe um potencial de aplicação desta classe de algoritmos no projeto de circuitos eletrônicos. / This thesis investigates the application of quantum inspired evolutionary algorithms in the synthesis of sequential circuits. Sequential digital systems represent a class of circuit that is able to execute operations in a particular sequence. In sequential circuits, the values of output signals not only depend on the values of input signals but also on the current state of the system. The increasingly high requirements regarding the functionality and performance of digital systems demand more efficient designs. The design of these circuits, when implemented manually, became slow and thus the importance of tools for automatic synthesis of circuits grew rapidly. These tools known as ECAD (Electronic Computer-Aided Design) are computer programs usually based on heuristics. Recently, evolutionary algorithms also began to be used as a basis in ECAD tools developing. These applications are referenced in literature as evolutionary electronics. The algorithms most commonly used in evolutionary electronics are genetic algorithms and genetic programming. This work presents a study of the application of quantum inspired evolutionary algorithms as a tool for automatic synthesis of sequential circuits. This class of algorithms uses the principles of quantum computing to improve the performance of evolutionary algorithms. Traditionally, the design of sequential circuits is divided into five main steps: (i) State machine specification; (ii) Reduction of states; (iii) State assignment; (iv) Control logic synthesis and (v) Implementation of the state machine. The proposed algorithm AEICQ is used in the state assignment design step. The choice of an optimal state assignment is treated in the literature as an issue still unresolved. The state assignment chosen for a particular state machine has a direct impact on the complexity of its control logic. The results show that the state assignment obtained by AEICQ in fact leads to the implementation of circuits of less complexity when compared with the ones generated from assignments obtained by other methods. The AEICQ is also used in the control logic synthesis of the state machine. The circuits evolved by AEICQ are optimized according to the area occupied and the propagation delay. These circuits are compatible with the circuits obtained by other methods and in some cases even higher in terms of area and performance, suggesting that there is a potential for application of this class of algorithms in the design of electronic circuits.