Mostra el registre complet de l'element
Egea Canet, Francisco Javier
Gadea Raga, Andrés (dir.); González Millán, Vicente (dir.) Departament d'Enginyeria Electrònica |
|
Aquest document és un/a tesi, creat/da en: 2015 | |
Nuclear structure experiments are carried out in order to understand the many properties
of a very complex body: the nucleus. Different nuclear isotopes involve very different
properties as for example stability, deformation, production cross-section, decay modes, etc. It
is well known that a comprehensive understanding of these properties is compulsory in order
to deal with the most recent challenges of nuclear fundamental physics, as well as in more
applications such as: radiotherapy, medical imaging, astrophysics, biology, material sciences,
nuclear energy, etc. Up to now, around 6000 different nuclear isotopes are predicted to exist,
but until now the properties of only 3000 have been partially studied.
Measuring nuclear properties mentioned above is not an obvious task. It requires a large
knowledge about interaction of radiation with matter, complex detectors arrays with ...
[Llegir més ...]
[-]
Nuclear structure experiments are carried out in order to understand the many properties
of a very complex body: the nucleus. Different nuclear isotopes involve very different
properties as for example stability, deformation, production cross-section, decay modes, etc. It
is well known that a comprehensive understanding of these properties is compulsory in order
to deal with the most recent challenges of nuclear fundamental physics, as well as in more
applications such as: radiotherapy, medical imaging, astrophysics, biology, material sciences,
nuclear energy, etc. Up to now, around 6000 different nuclear isotopes are predicted to exist,
but until now the properties of only 3000 have been partially studied.
Measuring nuclear properties mentioned above is not an obvious task. It requires a large
knowledge about interaction of radiation with matter, complex detectors arrays with hundreds
of channels, and therefore, complicated electronics to achieve such measurements. The most
well-known and useful method used to observe the nuclear properties is the gamma-ray
spectroscopy, which obtains the energy spectra based on the energy of the gamma rays
impinging in the detector. In order to perform efficiently the gamma-ray spectra, and to be
capable of observing the properties of exotic nuclei, it is required complex and expensive
instrumentation, which, for the case of nuclear structure is being implemented by means of
high-resolution gamma-ray spectrometers coupled with ancillary detectors, such as neutron
detector or charged particle detectors.
Regarding the electronics, it is obvious that most applications are heading towards the
digital electronics, making possible and easier the implementation of more generic and flexible
electronics, given the capability to implement more complex data analysis algorithms, faster
communication protocols and reconfigurable firmware, among others. However, part of the
measurements used to characterize the nucleus when performing high-resolution
spectroscopy, such as the time of flight or the energy resolution, still, the performance
obtained with analog electronics overcomes the capabilities of digital systems, entailing a big
challenge when these measurements move to the digital world without a big performance
drop.
This text aims to introduce and show the capabilities which can be obtained with digital
systems when performing measurements with high-resolution gamma spectrometers, keeping
a good energy resolution while enhancing capabilities related to integration, economic,
flexibility and communications. Concretely text deals with the design, verification and
integration of a high-speed digitizer, capable to deal with the requirements of the HP-Ge high-
resolution gamma-ray spectrometer EXOGAM (EXOtic GAMma array) and the future NEDA
(Neutron Detector Array) fast neutron detector, used as an ancillary neutron detector for
EXOGAM and AGATA. Finally, the conclusion shows the successful attempt to integrate a
digital system in a task which has been implemented up to the date with analog electronics.
Therefore, showing the evidence that high-resolution gamma-ray spectroscopy with digital
systems is definitely possible, this text establishes an outline for future applications in the
field of instrumentation applied for the nuclear structure research.Els experiments en estructura nuclear es porten a terme per poder entendre les propietats
d’un sistema molt complex, el nucli atòmic. Els isòtops nuclears posseeixen propietats molt
diferents, com ara puguen ser la estabilitat, deformació, secció eficaç de producció, modes de
desintegració, etc. És evident que un enteniment complet d’aquestes propietats és necessari
per poder satisfer les finalitats a les quals es pretén arribar, tant en el marc de la física
teòrica nuclear, com en aquelles aplicacions que se’n deriven d’ella, com ara: radioteràpia,
imatge mèdica, astrofísica, biologia, ciència dels materials, etc. Fins al moment, s’han predit
un nombre de 6000 isòtops existents, encara que les propietats de tan sols uns 3000 s’han
estudiat parcialment.
La mesura de les propietats del nucli no és per res una tasca fàcil. Requereix d’un ampli
coneixement sobre la interacció de la radiació amb la matèria, la instal·lació de complexos
detectors amb centenars de canals, així com la electrònica associada i les granges
d’ordinadors que s’utilitzen per al processat. L’eina més utilitzada pels físics avui en dia per a
obtenir les propietats del nucli és la coneguda com espectroscòpia de rajos gamma, que
utilitza l’espectre d’energies d’aquests rajos mitjançant la energia dels rajos que col·lisionen al
detector. Per a dur aquesta tasca eficientment, sobretot a aquells nuclis anomenats “nuclis
exòtics”, es necessita una complexa infraestructura, que per al cas de la anàlisi de la
estructura nuclear, s’implementa amb espectròmetres de rajos gamma d’altra resolució, junt
amb detectors complementaris com ara els detectors de neutrons i els detectors de partícules
carregades.
Pel que fa a la electrònica, es evident que moltes aplicacions s’encaren cada cop més a la
electrònica digital, la qual fa més fàcil la implementació d’una electrònica més flexible, donada
la versatilitat dels dispositius programables per a poder implementar algoritmes complexos,
així com també de la seua integració. Tanmateix, algunes de les mesures que s’utilitzen per a
la caracterització del nucli, com per exemple el temps de vol o la resolució en energia encara
es fan actualment amb mètodes analògics, donada la gran dificultat per dur-los a terme
mitjançant electrònica digital sense degradar la qualitat de la mesura.
Aquesta tesi mostra el rendiment que se’n pot obtenir d’un sistema digital qual es fan
mesures amb espectròmetres de rajos gamma d’altra resolució, on el desafiament és mantenir
la qualitat dels sistemes analògics pel que fa a la resolució en energia, i amb la millora que
aporten els sistemes digitals per a poder donar més flexibilitat, integració, millorar les
comunicacions, així com també reduir els costs. Concretament, el text tracta sobre el disseny,
proves i la integració d’un digitalitzador d’alta velocitat, que siga capaç de complir amb les
especificacions que es requereixen per al espectròmetre d’alta resolució EXOGAM (EXOtic
GAMma array), així com també del futur detector de neutrons NEDA (NEutron Detector
Arrary), que serà utilitzat complementàriament amb EXOGAM i AGATA. Les Conclusions
d’aquest text mostren l’èxit al integrar un sistema digital que fins al moment s’ha utilitzat
mitjançant mètodes analògics. D’aquesta manera, amb la prova de que fer espectroscòpia de
rajos gamma mitjançant sistemes digitals, aquest text estableix un marc de treball per a
futures aplicacions al camp de la instrumentació i electrònica aplicada per al futur de la
recerca en la estructura del nucli atòmic.
|
|
Veure al catàleg Trobes |