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@MastersThesis{Tavares:2019:PrCoIn,
               author = "Tavares, Felipe Oliveira",
                title = "Proposta conceitual de um instrumento detector de el{\'e}trons e 
                         pr{\'o}tons de alta energia para aplica{\c{c}}{\~a}o em 
                         CubeSats baseado em solu{\c{c}}{\~o}es compactas e de baixo 
                         custo",
               school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
                 year = "2019",
              address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
                month = "2019-06-07",
             keywords = "detector de radia{\c{c}}{\~a}o, sat{\'e}lite clima espacial, 
                         cintur{\~a}o de Van Allen, espectrometria de 
                         radia{\c{c}}{\~a}o, radiation detector, satellite, space 
                         radiation, Van Allen belt, neural network.",
             abstract = "Desde a descoberta dos cintur{\~o}es de radia{\c{c}}{\~a}o da 
                         Terra, as comunidades cient{\'{\i}}ficas e tecnol{\'o}gica 
                         realizaram muitos esfor{\c{c}}os para detectar 
                         part{\'{\i}}culas energ{\'e}ticas em aplica{\c{c}}{\~o}es de 
                         clima espacial. Al{\'e}m da detec{\c{c}}{\~a}o, outra 
                         quest{\~a}o intrigante {\'e} caracterizar essa regi{\~a}o 
                         quanto o espectro de esp{\'e}cies de part{\'{\i}}culas 
                         existentes e seu poder energ{\'e}tico. Neste trabalho {\'e} 
                         apresentado uma solu{\c{c}}{\~a}o para esse problema: 
                         revisitou-se a topologia t{\'{\i}}pica de detec{\c{c}}{\~a}o, 
                         baseada em detector de estado s{\'o}lido do tipo cristal 
                         cintilador CsI(Tl) associado a um fotodiodo para propor um 
                         conceito de detec{\c{c}}{\~a}o melhorado, adequado para 
                         plataformas CubeSat. O sinal de luminesc{\^e}ncia, emitido pela 
                         incid{\^e}ncia de radia{\c{c}}{\~a}o no CsI(Tl), {\'e} 
                         coletado por um fotodiodo, e o pulso de corrente resultante 
                         transporta informa{\c{c}}{\~o}es sobre o evento de origem. A 
                         energia total depositada no cristal, pela intera{\c{c}}{\~a}o da 
                         part{\'{\i}}cula incidente, e a contagem de eventos {\'e} 
                         realizada pela an{\'a}lise da altura m{\'a}xima do pulso (Pulse 
                         Height Analysis - PHA). As esp{\'e}cies s{\~a}o identificadas 
                         pela observa{\c{c}}{\~a}o do formato do pulso (Pulse Shape 
                         Analysis PSA). O sistema eletr{\^o}nico proposto {\'e} composto 
                         por um amplificador de carga, um amplificador linear e um 
                         conversor anal{\'o}gico-digital. Para o PSA, {\'e} proposto um 
                         novo algoritmo baseado em rede neural artificial do tipo 
                         perceptron multicamadas, capaz de classificar a 
                         radia{\c{c}}{\~a}o incidente pelo reconhecimento de padr{\~o}es 
                         do formato dos pulsos digitalizados. Este novo m{\'e}todo {\'e} 
                         avaliado atrav{\'e}s da reconstru{\c{c}}{\~a}o virtual do sinal 
                         de luminesc{\^e}ncia do cintilador ao ser atingido por 
                         radia{\c{c}}{\~a}o. S{\~a}o considerados v{\'a}rios 
                         cen{\'a}rios de incid{\^e}ncia de part{\'{\i}}culas, 
                         parametrizadas em esp{\'e}cies (pr{\'o}tons, el{\'e}trons e 
                         part{\'{\i}}culas alfas de fundo), energia e intervalos de 
                         colis{\~a}o. O modelo mostra-se capaz de identificar, contar e 
                         estimar a energia de el{\'e}trons de 1-10 MeV e pr{\'o}tons de 
                         15-50 MeV nas simula{\c{c}}{\~o}es realizadas. Foram 
                         consideradas de colis{\~o}es de part{\'{\i}}culas no 
                         cintilador, separados no tempo por 20\μs, os resultados 
                         apresentam uma taxa de sucesso de 99% para 
                         classifica{\c{c}}{\~a}o da esp{\'e}cie da part{\'{\i}}cula, 
                         mesmo com part{\'{\i}}culas alfas de fundo, e um desvio 
                         padr{\~a}o de menos de 1 MeV para a estimativa de energia. 
                         ABSTRACT: Since the discovery of Earths radiation belts, the 
                         scientific and technological communities have put forward many 
                         efforts to detect energetic particles for space weather 
                         applications. Besides the detection, another puzzling issue is to 
                         classify the particles species, energy power, and spectra. As a 
                         solution for that goal, the typical solid-state based topology 
                         using CsI(Tl) scintillator crystal associated with a photodiode is 
                         revisited, and we propose an improved conceptual detector design 
                         suitable for small satellites platform. The CsI(Tl) luminescence 
                         signal is collected by a photodiode and the resultant current 
                         pulse carries information about particle event hit, energy 
                         (identified with Pulse Height Analysis (PHA)), and species 
                         (identified with Pulse Shape Analysis (PSA)). The electronic level 
                         is composed by a charge amplifier, a linear amplifier, and an 
                         analog-to-digital converter. For PSA, it is proposed a new 
                         algorithm based on a multi-layer perceptron neural network, wich 
                         allows classifying the incident radiation by pattern recognition 
                         of pulse shape. This new method is evaluated using a reconstructed 
                         signal of the luminescence yield by the scintillator. Several 
                         particles hit scenarios, parameterized in species (proton, 
                         electrons, and background alpha particles), energy and collision 
                         intervals are considered. The model is able to identify, count and 
                         estimate the energy of electrons of 1-10 MeV and protons of 15-50 
                         MeV. Particles collisions at the scintillator are time-separated 
                         by 20\μs, with a success rate of 99% for particle 
                         classification, even with background alpha particles, and a 
                         standard deviation of less than 1 MeV for the energy estimation.",
            committee = "Rossi, Jos{\'e} Osvaldo (presidente) and Manea, Silvio 
                         (orientador) and Alves, L{\'{\i}}via Ribeiro (orientadora) and 
                         Vieira, Luis Eduardo Antunes and Gon{\c{c}}alez, Odair Lelis",
         englishtitle = "Conceptual proposal of a high energy electron and proton detector 
                         instrument for CubeSats application based on compact and low cost 
                         solutions",
             language = "pt",
                pages = "112",
                  ibi = "8JMKD3MGP3W34R/3TCQM92",
                  url = "http://urlib.net/rep/8JMKD3MGP3W34R/3TCQM92",
           targetfile = "publicacao.pdf",
        urlaccessdate = "05 dez. 2020"
}


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