Eletrónica de front-end compacta para detetor gasoso de radiação

Abstract

Este trabalho teve como principal objetivo contribuir para o desenvolvimento de um painel detetor de raios X selado e portátil, para aplicações em Imagiologia por Fluorescência de raios X. Assim, foi desenvolvido um módulo eletrónica de frontend para integração direta no coprpo de um detetor THCOBRA, juntamente com eletrónica de alimentação de alta tensão, circuito de controlo de subsistema de purificação de gás, e eletrónica de controlo digital de todo o sistema. O módulo de front-end desenvolvido é constituído por 3 estágios: pré-amplificação, modulador e diferenciador. A determinação da amplitude dos sinais analógicos é feita offline, através de métodos de interpolação, dispensando assim o uso de circuito de sample and hold. Verificou-se que os estágios de acondicionamento de sinal se encontram funcionais, com sinais à saída de perfil gaussiano com amplitude de [1V, 5V] e duração da ordem dos μs, tornando a amplitude mais facilmente determinável. Paralelamente, o circuito diferenciador, emite um sinal lógico assim que o evento surge, permitindo assim que os ADCs do microcontrolador fiquem disponíveis para adquirir os sinais analógicos do modulador. Verificou-se também que o circuito de controlo das getters se encontra operacional, com a corrente de aquecimento a ser controlada por firmware, através de uma DAC ligada à porta de um mosfet de potência. Finalmente, demonstrou-se que os componentes selecionados e o método de leitura de sinais conferem ao sistema robustez suficiente para atingir uma boa performance para operar no sistema iFluX. Os resultados obtidos constituem, portanto, um forte contributo para tornar o sistema o mais compacto, portátil e económico possível, mantendo simultanemente a robustez e as caraterísitcas de performance.

The focus of this work was the development of a front-end electronics module for direct integration into a THCOBRA detector, together with high voltage power supply electronics, gas purification subsystem control circuit, as well as digital control electronics of the whole system, thus contributing to the development of a sealed and portable X-ray detector for applications in X-ray Fluorescence Imaging, specifically in the 2D mapping of chemical elements present in samples with areas up to 10 × 10 cm The developed front-end module consists of 3 stages: preamplification, shaper and differentiator. Analog signal amplitude determination is done offline, through interpolation methods, thus dispensing the use of a sample and hold circuit. Results showed that the signal conditioning stages are functional, with output signals with a Gaussian profile with amplitude of [1V, 5V] and pulse width of the order of μs, making the amplitude more easily determinable. At the same time, the differentiating circuit emits a logic signal as soon as the event arises, thus allowing the microcontroller’s ADCs to be available to acquire the modulator’s analog signals. It was also verified that the getters control circuit is operational, with the heating current being controlled by firmware, through a DAC connected to the port of a power mosfet. Finally, it was demonstrated that the selected components and the signal reading method provide the system with sufficient robustness to achieve a good performance to operate in the iFluX system. The results obtained are, therefore, a strong contribution to making the system as compact, portable and economical as possible, while maintaining its robustness and performance characteristics.