Multichannel system of data acquisition with digital processing of pulse for radionuclide detection

• Grant number: 17/16296-7
• Support Opportunities: Scholarships in Brazil - Innovative Research in Small Business - PIPE
• Start date: June 01, 2017
• End date: September 30, 2017
• Field of knowledge: Engineering - Nuclear Engineering - Applications of Radioisotopes
• Principal Investigator: Luana Soares Jorge
• Grantee: Luana Soares Jorge
• Company: Soluções e Instrumentações Avançadas Ltda
• Associated research grant: 16/00933-5 - Multichannel system of data acquisition with digital processing of pulse for radionuclide detection, AP.PIPE

Abstract

Um dos maiores desafios das aplicações das radiações ionizantes, seja na medicina, indústria, segurança nuclear, entre outros, é o desenvolvimento de sistemas de aquisição de dados (DAQ) para detectar e processar o sinal da radiação de forma a quantificá-la em termos de uma grandeza adequada. Existem diversas pesquisas para o desenvolvimento de sistemas DAQ multicanal utilizando Processamento Digital de Pulsos (PDP) com dispositivos de lógica programável, como o FPGA (Field Programmable Gate Array), em tecnologias como a tomografia por emissão de positrons (PET - Positron Emission Tomography) e experimentos de física de partículas e plasma. Comparado com sistemas analógicos, um sistema DAQ com PDP fornece alto grau de confiabilidade e permite uma maior faixa dinâmica, ruído reduzido e tempo de resposta similar ou superior, aliando baixo consumo de energia e alta densidade de componentes. O objetivo desta proposta é projetar, construir e validar um sistema DAQ multicanal com PDP em tempo real que seja de baixo custo e performance otimizada para a detecção de radionuclídeos. Tal sistema será capaz de fazer a digitalização e o processamento de 16 canais analógicos, simultaneamente. Cada sinal analógico será condicionado por meio de um pré-amplificador e um filtro anti-aliasing e, a seguir, convertido em digital por meio de um conversor analógico-digital (ADC- Analog to Digital Converter). Os pulsos digitalizados serão processados em um FPGA e, posteriormente, transferidos para armazenamento e análise de dados em um computador. Os algoritmos em FPGA, a serem desenvolvidos nesta Fase 1, constituem outra possibilidade de inovação e permitirão o triggering, cálculo de energia e marcação de tempo de chegada de cada evento para, periodicamente, transferir os dados para um computador ou um módulo concentrador, de forma eficiente, para minimizar o tempo morto do sistema. O desempenho do sistema DAQ proposto será avaliado por meio de uma aquisição típica de dados a partir de uma fonte radioativa de calibração com um cristal cintilador acoplado a um fotodetector, em que as resoluções em tempo e energia deverão ser limitadas pelo detector em si e não pelo DAQ. Essa avaliação será realizada no Laboratório de Física Nuclear Aplicada (LFNA) do Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN). Os resultados dos testes e avaliações deste sistema determinarão a viabilidade técnica-científica deste projeto, a qual possibilitará a construção de um sistema PET para pequenas regiões, como o pré-clínico ou para diagnóstico de câncer de mama, com performance superior e/ou custo inferior aos atuais. Além disso, o sistema DAQ também poderia ser adquirido por empresas que queiram utilizá-los em seus equipamentos para aplicações específicas, pois sua modularidade e reconfigurabilidade o torna flexível e adaptável para diversas aplicações. (AU)