@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/ibi/8JMKD3MGP3W34R/3TCQM92",
targetfile = "publicacao.pdf",
urlaccessdate = "25 abr. 2024"
}