Development of an X-ray detection system based on polymer-based scintillator composites

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Barbosa, João António Mesquita
Data de Publicação: 2016
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/1822/46578
Resumo: Dissertação de mestrado em Engenharia Eletrónica Industrial e de Computadores
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spelling Development of an X-ray detection system based on polymer-based scintillator compositesEngenharia e Tecnologia::Engenharia Eletrotécnica, Eletrónica e InformáticaDissertação de mestrado em Engenharia Eletrónica Industrial e de ComputadoresNowadays, radiation processing techniques are used in many fields and are undergoing fast developments. The demand for improving spatial resolution and to obtain more clear and accurate images, while reducing the radiation doses, have led to the replacement of the traditional techniques based on X-ray films processing by digital processing techniques, that combine high efficiency electronic sensors with computing algorithms. However, these current techniques and radiation detection methods face severe limitations and high costs when large areas or flexible applications are involved. In this work an X-ray detection system was developed, with the aim of presenting an innovative solution, efficient, flexible, and capable of being produced in a large area and at a low cost. To achieve these objectives, a Styrene-Ethylene/Butadiene-Styrene (SEBS) polymer films were prepared, containing scintillator nanoparticles, Gd2O3:Eu3+, that are responsible for converting X-rays into visible light. These materials present unique characteristics like flexibility, stretchability and easy and low cost production. It was also developed a compact electronic circuit responsible for acquiring and processing the visible light produced by the scintillator material. This circuit is based on a photodetector matrix and auxiliary components that have to obtain visible light values, multiplex the matrix sensors and communicate the results to a microcontroller. Thereafter, a firmware to the microcontroller was implemented to control the whole system, from sensors acquisition to sending the data through serial communication to a user interface. The results are displayed and presented to the user in a clear and organized way, allowing the user to make an easy and direct analysis. Finally, the system was subject to tests according to a previously defined experimental methodology. In these experiments, the system revealed a fluid, solid and clean performance with room for optimization, improvements and adaptation to new and innovative applications.Actualmente, as técnicas de processamento de radiação são usadas em muitas áreas de investigação e aplicação, ao mesmo tempo que sofrem uma constante e rápida evolução. A necessidade de melhorar a resolução e obter imagens mais claras e precisas, ao mesmo tempo que é reduzida a quantidade de radiação, levaram a que as técnicas tradicionais baseadas no processamento de películas radiográficas fossem sendo substituídas por técnicas de processamento digital, que aliam sensores electrónicos de alta eficiência com programação algorítmica. No entanto, estas técnicas e métodos de detecção de radiação actuais enfrentam duras limitações e elevados custos quando é pretendida a produção de grandes áreas de detecção ou a integração em aplicações flexíveis. Nesta dissertação é desenvolvido um sistema de detecção de raio-X com o objectivo de apresentar uma solução inovadora, que seja eficiente, flexível e capaz de ser produzida em grandes áreas e a baixo custo. Para cumprir estes objectivos, foi preparada uma matriz polimérica de StyreneEthylene/Butadiene-Styrene (SEBS) contendo concentrações de nanopartículas cintiladoras, Gd2O3:Eu 3+, responsáveis por converter os raios-X em luz visível. Este material cintilador apresenta características ímpares, como flexibilidade, extensibilidade, baixo custo e fácil produção e replicação. Foi também desenvolvido um circuito electrónico de reduzidas dimensões, responsável por adquirir e processar a luz visível produzida pelo cintilador. Este circuito foi implementado com base numa matriz de fotodetectores e componentes electrónicos auxiliares que têm como função obter os valores de luz visível, efectuar a multiplexagem dos sensores da matriz, e enviar os dados para o microcontrolador. Posteriormente foi desenvolvido um firmware para o microcontrolador capaz de efectuar o controlo de todo o sistema, desde a aquisição dos sensores até ao envio dos dados através de comunicação série para uma interface com o utilizador. Os resultados são apresentados ao utilizador de uma forma clara e organizada, permitindo uma análise directa e facilitada destes. Por fim, o sistema foi sujeito a testes de acordo com uma metodologia previamente definida. Nestes testes, o sistema revelou um desempenho fluído, sólido e direto, havendo espaço para a sua optimização, melhoramento e adaptação para novas aplicações.Rocha, J. G.Lanceros-Méndez, S.Castro, Hélder Filipe Alves deUniversidade do MinhoBarbosa, João António Mesquita2016-122016-12-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttps://hdl.handle.net/1822/46578eng201710463info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)instname:FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiainstacron:RCAAP2024-05-11T05:45:20Zoai:repositorium.sdum.uminho.pt:1822/46578Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireinfo@rcaap.ptopendoar:https://opendoar.ac.uk/repository/71602025-05-28T15:28:54.847245Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) - FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiafalse
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