Metodología combinada de simulación para una caracterización completa de los efectos de la radiación ionizante en dispositivos de detección

Los dispositivos de detección de radiación ionizante han sido ampliamente utilizados en los últimos años en diversas aplicaciones y campos experimentales como son las áreas de la física de altas energías, física nuclear e imágenes médicas. La descripción de su funcionamiento y la caracterización por...

Descripción completa

Detalles Bibliográficos
Autores: Martín, Nicolás Eugenio, Sofo Haro, Miguel Francisco, Valente, Mauro Andres
Tipo de recurso: artículo
Estado:Versión publicada
Fecha de publicación:2023
País:Argentina
Institución:Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
Repositorio:CONICET Digital (CONICET)
Idioma:español
OAI Identifier:oai:ri.conicet.gov.ar:11336/226430
Acceso en línea:http://hdl.handle.net/11336/226430
Access Level:acceso abierto
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description Los dispositivos de detección de radiación ionizante han sido ampliamente utilizados en los últimos años en diversas aplicaciones y campos experimentales como son las áreas de la física de altas energías, física nuclear e imágenes médicas. La descripción de su funcionamiento y la caracterización por medio de modelos computacionales, como simulaciones, ante la radiación ionizante son necesarias para comprender las características que presentan en términos de eficiencia, resolución y relación señal-ruido, ya que permiten optimizar parámetros que luego se utilizarán para realizar diferentes desarrollos y avances en los mismos. Los abordajes de modelado computacional se llevan a cabo de forma rutinaria utilizando diversas herramientas, por ejemplo, para el estudio de la interacción de la radiación con el detector teniendo en cuenta los procesos físicos, se utilizan herramientas de tipo Monte Carlo como PENELOPE, FLUKA o GEANT4. Por otro lado, una vez provocada la afectación inicial del sensor, para el estudio del transporte de pares electrón/hueco generados a través del dispositivo y la posterior formación de señales electrónicas, se utilizan herramientas que resuelven las ecuaciones de transporte mediante el método de elementos finitos, (Tecnología de Diseño Asistido por Computadora o TCAD), desarrolladas para ayudar a la industria microelectrónica a crear sus productos. Usualmente, los dos conjuntos de herramientas no están integrados y la caracterización por modelado computacional se realiza dividiendo el problema en etapas sucesivas e independientes. En este contexto, el presente trabajo se propone desarrollar una metodología que permita combinar los dos enfoques mediante el cual pueda rastrearse paso a paso el flujo de simulación completo, desde la interacción de la radiación ionizante con el sensor hasta el transporte de la carga generada a los fotodiodos y, finalmente, a la generación de señales electrónicas.
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La descripción de su funcionamiento y la caracterización por medio de modelos computacionales, como simulaciones, ante la radiación ionizante son necesarias para comprender las características que presentan en términos de eficiencia, resolución y relación señal-ruido, ya que permiten optimizar parámetros que luego se utilizarán para realizar diferentes desarrollos y avances en los mismos. Los abordajes de modelado computacional se llevan a cabo de forma rutinaria utilizando diversas herramientas, por ejemplo, para el estudio de la interacción de la radiación con el detector teniendo en cuenta los procesos físicos, se utilizan herramientas de tipo Monte Carlo como PENELOPE, FLUKA o GEANT4. Por otro lado, una vez provocada la afectación inicial del sensor, para el estudio del transporte de pares electrón/hueco generados a través del dispositivo y la posterior formación de señales electrónicas, se utilizan herramientas que resuelven las ecuaciones de transporte mediante el método de elementos finitos, (Tecnología de Diseño Asistido por Computadora o TCAD), desarrolladas para ayudar a la industria microelectrónica a crear sus productos. Usualmente, los dos conjuntos de herramientas no están integrados y la caracterización por modelado computacional se realiza dividiendo el problema en etapas sucesivas e independientes. En este contexto, el presente trabajo se propone desarrollar una metodología que permita combinar los dos enfoques mediante el cual pueda rastrearse paso a paso el flujo de simulación completo, desde la interacción de la radiación ionizante con el sensor hasta el transporte de la carga generada a los fotodiodos y, finalmente, a la generación de señales electrónicas.Ionizing radiation detection devices have been widely used in recent years in various applications and experimental fields, such as high energy physics, nuclear physics, and medical imaging. Detailed description of their operational properties and their characterization by means of numerical modelling, as simulations, are key issue to understand the characteristics of radiation detectors in terms of efficiency, resolution and signal-to-noise ratio, since they allow optimizing parameters that will be further used. The modelling processes, as the simulations, are routinely carried out using various tools, like Monte Carlo approaches, for instance: PENELOPE, FLUKA or GEANT4 are used to study the interaction of the radiation with the detector accounting for the whole physical processes. However, transporting electron/hole pairs, as generated through the device sensor to conform the corresponding electronic signals uses tools badsed on the finite element method, such as TCAD (Technology Computer Aided Design), which are developed mainly to help the microelectronics industry to design products. Usually, modelling approaches for radiation transport and electonic signal production are not integrated, thus performing the simulation process by splitting the problem into sucessive independent phases. Within this framework, the present study proposes, implements, and reports on a novel methodology that allows combining the two approaches aimed at integrating the complete simulation, thus achieving a step-by-step integrated modelling flow to describe the interaction of ionizing radiation with the sensor along with the transport of the generated charge to the photodiodes and, finally, to the generation of electronic signals.Fil: Martín, Nicolás Eugenio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Física Enrique Gaviola. Universidad Nacional de Córdoba. Instituto de Física Enrique Gaviola; ArgentinaFil: Sofo Haro, Miguel Francisco. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Física Enrique Gaviola. Universidad Nacional de Córdoba. Instituto de Física Enrique Gaviola; ArgentinaFil: Valente, Mauro Andres. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Física Enrique Gaviola. Universidad Nacional de Córdoba. Instituto de Física Enrique Gaviola; ArgentinaAsociación Física Argentina2023-12info:eu-repo/semantics/articleinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionhttp://purl.org/coar/resource_type/c_6501info:ar-repo/semantics/articuloapplication/pdfapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/11336/226430Martín, Nicolás Eugenio; Sofo Haro, Miguel Francisco; Valente, Mauro Andres; Metodología combinada de simulación para una caracterización completa de los efectos de la radiación ionizante en dispositivos de detección; Asociación Física Argentina; Anales AFA; 34; 4; 12-2023; 82-860327-358X1850-1168CONICET DigitalCONICETspainfo:eu-repo/semantics/altIdentifier/doi/10.31527/analesafa.2023.34.4.82info:eu-repo/semantics/altIdentifier/url/https://anales.fisica.org.ar/index.php/analesafa/article/view/2401info:eu-repo/semantics/openAccesshttps://creativecommons.org/licenses/by/2.5/ar/reponame:CONICET Digital (CONICET)instname:Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas2024-05-08T13:54:18Zoai:ri.conicet.gov.ar:11336/226430instacron:CONICETInstitucionalhttp://ri.conicet.gov.ar/Organismo científico-tecnológicoNo correspondehttp://ri.conicet.gov.ar/oai/requestdasensio@conicet.gov.ar; lcarlino@conicet.gov.arArgentinaNo correspondeNo correspondeNo correspondeopendoar:34982024-05-08 13:54:18.548CONICET Digital (CONICET) - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicasfalse
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