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http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/23986| Tipo do documento: | Dissertação |
| Título: | Estudo, caracterização e simulação em COMSOL de fibras PCF visando a construção de um detector de radiação |
| Título(s) alternativo(s): | Study, characterization and simulation in COMSOL of PCF fibers aiming at constructing a radioluminescent detector |
| Autor: | Pereir, Núbia Monteiro Batista ![]() |
| Primeiro orientador: | Camara, Alexandre de Resende |
| Primeiro coorientador: | Gonçalves, Marcos Vinicius Colaço |
| Primeiro membro da banca: | Nogueira, Liebert Parreiras |
| Segundo membro da banca: | Mota, Carla Lemos da Silva |
| Terceiro membro da banca: | Tedesco, Julio Cesar Guimarães |
| Resumo: | A proteção radiológica é de extrema importância, tornando-se um assunto atual e muito estudado. Além disso, detectores de radiação ionizante são fundamentais e obrigatórios por lei em qualquer local que trabalhe com ela, protegendo o ambiente e todos os seres vivos envolvidos. Dessa forma, existem diversos dispositivos cumprindo esse papel, porém, em geral, possuem alto custo de produção e venda, além de, geralmente, os mais acessíveis não possuem aferição instantânea. Com isso em vista, existem formas de superar esses entraves na produção de um detector de radiação, dentre elas, o uso de fibras ópticas e o fenômeno da radioluminescência. A fibra óptica é uma inovação tecnológica que revolucionou o meio como todos os seres humanos se comunicam, principalmente por ser considerada de baixo custo, pequena, leve, versátil e não ser danificada por radiação. Por essas razões, existem muitos usos para a fibra óptica, sendo o uso na fabricação de sensores, uma das principais aplicações para essa ferramenta. Como exemplos dessas aplicações, podem ser citados os sensores de movimento, sensores de substâncias, e os sensores de radiação. Já a radioluminescência ocorre ao incidir radiação ionizante em um material radioluminescente, que irá excitar os elétrons do material e, ao se desexcitar emitem fótons. Assim, esse fenômeno auxiliará na verificação instantânea da dose irradiada. Dessa forma, com o auxílio das fibras e de um material radioluminescente, seria possível viabilizar a construção de um sensor de radiação de baixo custo, que ao incidir radiação ionizante produza instantaneamente luz que será guiada ao longo do comprimento da fibra até um dispositivo fotossensível. Para tanto, alguns pontos devem ser examinados e testados, como por exemplo, a maneira pela qual material de fibra será utilizado, ou qual geometria de fibra maximizará o funcionamento do sistema, além de quais substâncias radioluminescentes são boas candidatas para essa finalidade. Para tal propósito, essa dissertação tem como objetivo o estudo e caracterização de quatro diferentes fibras do tipo PCF, Photonic-crystal fiber, com diferentes geometrias, como possíveis candidatas a dispositivo de armazenamento do material radiosensível e dispositivo de guiamento da luz. Com esse objetivo, realizaram-se microtomografias, de cada uma das fibras, que foram reconstruídas e segmentadas no programa Avizo 3D para mensurar suas propriedades geométricas. Complementando esse estudo, simulações, no programa COMSOL multiphysics, das PCFs em questão foram produzidas para comparação de qual geometria geraria um modo fundamental e central com a maior intensidade de campo elétrico e menor perda de confinamento. |
| Abstract: | Radiological protection is vital, becoming a current and widely studied subject. In addition, ionizing radiation detectors are essential and legally mandatory in any place that works with them, protecting the environment and all living beings involved. Thus, several devices are fulfilling this role, however, in general, they have a high cost of production and sale, in addition to, generally, the most affordable ones do not have instant measurement. With this in mind, there are ways to overcome these obstacles in the production of a radiation detector, among them, the use of optical fibers and the phenomenon of radioluminescence. Optical fiber is a technological innovation that has revolutionized the way all human beings communicate, mainly because it is considered low-cost, small, light, versatile, and not damaged by radiation. For these reasons, there are many uses for optical fiber, with use in sensor manufacturing being one of the main applications for this tool. Examples of these applications include motion sensors, substance sensors, and radiation sensors. Radioluminescence, on the other hand, occurs when ionizing radiation falls on a radioluminescent material, which will excite the electrons of the material and, when it becomes deexcited, emit photons. Thus, this phenomenon will help in the instantaneous verification of the irradiated dose. In this way, with the help of fibers and a radioluminescent material, it would be possible to build a low-cost radiation sensor, which, when ionizing radiation falls, instantaneously produces light that will be guided along the length of the fiber to a photosensitive device. To do so, some points must be examined and tested, such as the way in which fiber material will be used, or which fiber geometry will maximize the operation of the system, as well as which radioluminescent substances are good candidates for this purpose. For this purpose, this dissertation aims to study and characterize four different PCF-type fibers, Photonic-crystal fibers, with different geometries, as possible candidates for radiosensitive material storage devices and light guidance devices. With this objective, micro-tomography was performed of each of the fibers, which were reconstructed and segmented in the Avizo 3D program to measure their geometric properties. Complementing this study, simulations, in the COMSOL multiphysics program, of the PCFs in question were produced to compare which geometry would generate a fundamental and central mode with the highest electric field strength and lowest confinement loss. |
| Palavras-chave: | Fibras ópticas Cristais fotônicos Microtomografia por raio-X COMSOL Multiphysics Radiação – Detectores Simulação no COMSOL multiphysics Microtomografia computadorizada Optical fibers Photonic crystals X-Ray microtomography COMSOL Multiphysics Radiation - Detectors Photonic Crystal Fiber (PCF) COMSOL multiphysics simulation Microcomputed tomography |
| Área(s) do CNPq: | CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA DA MATERIA CONDENSADA |
| Idioma: | por |
| País: | Brasil |
| Instituição: | Universidade do Estado do Rio de Janeiro |
| Sigla da instituição: | UERJ |
| Departamento: | Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto de Física Armando Dias Tavares |
| Programa: | Programa de Pós-Graduação em Física |
| Citação: | PEREIRA, Núbia Monteiro Batista. Estudo, caracterização e simulação em COMSOL de fibras PCF visando a construção de um detector de radiação. 2024. 97 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Instituto de Física Armando Dias Tavares, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2024. |
| Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
| URI: | http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/23986 |
| Data de defesa: | 25-Set-2024 |
| Aparece nas coleções: | Mestrado em Física |
Arquivos associados a este item:
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| Dissertação - Núbia Monteiro Batista Pereira - 2024 - Completa.pdf | 3,22 MB | Adobe PDF | Baixar/Abrir Pré-Visualizar | |
| CRN - Núbia Monteiro Batista Pereira - 2024.pdf | 539,36 kB | Adobe PDF | Baixar/Abrir Pré-Visualizar Solictar uma cópia | |
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