Processamento digital de impulsos aplicado à espectroscopia de radiação atómica e nuclear

Palavras-chave: Espectrómetro digital -- configuração,Espectrómetro de radiação -- processamento digital de impulsos,Espectroscopia de radiação -- atómica e nuclear

O presente trabalho centra-se no processamento digital de impulsos aplicado à espectroscopia de radiação atómica e nuclear, focando aspectos como as arquitecturas e os algoritmos digitais mais eficazes, os espectrómetros digitais desenvolvidos e actualmente disponíveis bem como os seus métodos de teste, de per si e comparativamente aos sistemas analógicos tradicionais, e ainda os resultados da aplicação destas metodologias de espectroscopia digital a uma experiência de física de médias energias. As vantagens do processamento digital de impulsos face à abordagem tradicional de enformação e amplificação analógica do sinal são apresentadas e discutidas, sendo dado relevo às soluções adoptadas na arquitectura dos sistemas de espectrometria digital da radiação. São, nomeadamente, apresentados com detalhe os principais algoritmos usados para a determinação do instante de ocorrência, amplitude e tempo de subida, e são discutidas as respectivas consequências para o desempenho em termos de resolução espectral. É demonstrado que este desempenho depende exclusivamente das condições de cada experiência e das características das componentes associadas ao bloco de aquisição (detector + pré-amplificador) e do bloco de acondicionamento do sinal detectado. Neste âmbito, é revisto o estudo das fontes de ruído presentes nestes blocos e o modo como estas afectam o sinal, apresentando-se a metodologia de determinação do filtro digital óptimo do ponto de vista da relação sinal-ruído. Para além da determinação dos filtros digitais óptimos, estudos com base em simulação computacional foram efectuados com a finalidade de obter conclusões acerca do dimensionamento de um sistema de processamento digital de impulsos baseado em multi-processamento, bem como de efectuar a sua caracterização em termos de taxa de contagem e de tempo morto. Com o propósito de aumentar a taxa de contagem de um sistema de processamento digital de impulsos é apresentado um sistema original baseado numa arquitectura híbrida (com processador de sinal - DSP (Digital Signal Processor) - e um dispositivo lógico programável de elevada densidade - FPGA (Field Programmable Gate Array)) baseado em hardware reconfigurável com o qual é possível beneficiar da alta velocidade de processamento conferido pelo hardware sem perder os benefícios inerentes à flexibilidade de reconfiguração características do software. É ainda proposta uma plataforma de teste e caracterização de algoritmos de processamento digital de impulsos. São apresentados resultados da utilização desta plataforma os quais evidenciam a sua utilidade na determinação dos parâmetros ideais de configuração de um espectrómetro digital em face da sua aplicação ou dos objectivos em vista. Finalmente, um caso concreto para uma aplicação de processamento digital de impulsos em experiências de física fundamental de médias energias é apresentado tendo como base uma experiência que resulta de uma colaboração internacional de várias instituições e tem por objectivo a determinação do desvio de Lamb no hidrogénio muónico com vista ao cálculo, com um maior grau de precisão, das dimensões do seu núcleo atómico i.e do protão.

Área científica: Ciências Exactas e Naturais