Sistema multicanal de aquisição de dados com processamento digital de pulsos para detecção de radionuclídeos

• Processo: 17/16296-7
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pesquisa Inovativa em Pequenas Empresas - PIPE
• Data de Início da vigência: 01 de junho de 2017
• Data de Término da vigência: 30 de setembro de 2017
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Nuclear - Aplicações de Radioisótopos
• Pesquisador responsável: Luana Soares Jorge
• Beneficiário: Luana Soares Jorge
• Empresa: Soluções e Instrumentações Avançadas Ltda
• Vinculado ao auxílio: 16/00933-5 - Sistema multicanal de aquisição de dados com processamento digital de pulsos para detecção de radionuclídeos, AP.PIPE
• Assunto(s): Instrumentação nuclear Detectores de radiação Sistema de aquisição de dados Sistemas de tempo-real Processamento digital de sinais Radionuclídeo
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: detectores de radiacão | Fpga | Instrumentação Nuclear | Sistema de aquisição de dados | Instrumentação nuclear para detecção de radiação

Resumo

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)