SISTEMA Y METODO DOSIMETRICO.

Sistema y método dosimétrico que comprende:

- un instrumento portátil y autónomo de medida;

- una pluralidad de sensores MOSFET de canal P;

Donde en el transistor pMOS la radiación ionizante que incide sobre el transistor causa un incremento de la tensión umbral de dicho transistor. Este incremento es medido y relacionado con la dosis de radiación recibida.

SISTEMA Y MÉTODO DOSIMÉTRICO El objeto de la presente invención es presentar un sistema y método dosimétrico basado en el uso de un transistor MOSFET de canal P (pMOS en adelante) , su instrumentación de medida y el método asociado de medida. En el transistor pMOS la radiación ionizante que incide sobre el transistor causa un incremento de la tensión umbral de dicho transistor. Este incremento es medido y relacionado con la dosis de radiación recibida. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN. Existen distintos dosímetros conocidos en el actual estado de la técnica. Entre ellos podemos destacar las patentes US4484076, US4678916, US4757202, US4788581, US4976266, US5332903, US5949075, W003047694 y EP0471957. En estos documentos se describen distintos sistemas dosimétricos basados en transistores de tipo MOS, incidiéndose, en todos ellos, en la descripción de una construcción específica de este transistor así como distintas configuraciones o combinación de ellas para realizar, de manera más o menos eficiente, la detección de radiación. En ningún caso se presentan alternativas en el método o procedimiento de medida y/o tratamiento de la tensión umbral para la medida de dosis. En resumen, este método genérico consiste en extraer, a intensidad de drenador constante ID' el cambio en la tensión umbral ~r:, producido antes y después de la irradiación, cuando el sensor está compuesto por un solo transistor MOSFET; o cuando está compuesto por dos, comparando el cambio producido por la irradiación en la mencionada tensión umbral entre transistores MOSFET con distinta sensibilidad a la radiación. En el documento Evaluation ofa low-cost comercial MOSFET as radiation dosimeter (LJ, Asensio et al.) Sensors and Actuators A 125 (2006) p. 288-295 se describe y caracteriza un sensor dosimétrico que comprende, al menos un transistor p-mosfet y distintos elementos de cortocircuito.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN. El dosímetro objeto de la invención consta, principalmente, de una pluralidad de sensores y de un sistema de instrumentación asociado. Los sensores utilizados comprenden un transistor pMOS y un elemento que cortocircuita sus terminales durante la irradiación y en reposo, y sólo los desconecta durante la medida del parámetro dosimétrico. Se ha comprobado que con el cortocircuito continuo de todos los terminales del pMOS se evitan derivas y/o fugas incontroladas e indeseables. Por tanto, el pMOS permanece sin ningún tipo de polarización durante la irradiación, no precisando cables de conexión externa, siendo cada sensor un componente autónomo, 10 que facilita su colocación y situación en el conjunto. En el transistor pMOS, tanto durante los periodos de irradiación como en los de medida se mantienen cortocircuitados por un lado el terminal de fuente (S) , junto con el sustrato (B) VSB =O , Y por otro, el terminal drenador (D) con la puerta (G) del transistor, VGD = O. Con esta configuración se encuentra siempre el transistor en la región de saturación durante el periodo de medida. Conectando los terminales del modo anterior tenemos que el transistor se comporta como un sistema con sólo dos terminales. Estos dos terminales, fuente y puerta, se cortocircuitan durante la irradiación y durante el período de reposo, es decir, siempre que no se esté midiendo el parámetro dosimétrico. Este contacto se puede realizar mediante un interruptor, o mediante otro transistor, por ejemplo del tipo JFET. Para la lectura de los incrementos de tensión umbral (parámetros dosimétricos) se ha desarrollado un sistema de instrumentación que comprende: una pluralidad de sensores; una unidad de control; medios de polarización del sensor; medios de acondicionamiento de señal; DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN. El dosímetro objeto de la invención consta, principalmente, de una pluralidad de sensores y de un sistema de instrumentación asociado. Los sensores utilizados comprenden un transistor pMOS y un elemento que cortocircuita sus terminales durante la irradiación y en reposo, y sólo los desconecta durante la medida del parámetro dosimétrico. Se ha comprobado que con el cortocircuito continuo de todos los terminales del pMOS se evitan derivas y/o fugas incontroladas e indeseables. Por tanto, el pMOS permanece sin ningún tipo de polarización durante la irradiación, no precisando cables de conexión externa, siendo cada sensor un componente autónomo, medios de introducción de datos; medios de visualización; Donde la unidad de control gobierna los medios de polarización del sensor, los medios de visualización, los medios de acondicionamiento de señal y los medios de introducción de datos. Esta unidad de control envía la información pertinente a un ordenador personal, que únicamente se conecta al instrumento de medida para la descarga automática de los resultados experimentales. En el caso de no conexión del ordenador, todos los datos se muestran en los medios de visualización. Este sistema de instrumentación permite la conexión del sensor para la mencionada medida del parámetro dosimétrico. Un objeto de la presente invención es aumentar la sensibilidad del sistema dosimétrico. Es conocido que el límite de la sensibilidad de los pMOS usados como sensores dosimétricos es el ruido electrónico que presentan. La densidad espectral de ruido típica de un MOSFET depende de la frecuencia, y es mayor a bajas frecuencias. En este método se reduce el ruido del sensor pulsando la corriente que lo polariza durante el periodo de medida del parámetro dosimétrico. Para ello se dispone de un dispositivo, que conectado al pMOS, haga la función de interruptor controlado por la unidad de control. Este dispositivo puede ser, por ejemplo, un transistor bipolar, un transistor JFET, un conmutador o cualquier otro elemento que realice tal función, dispuesto en los medios de polarización del sensor dentro del sistema de medida del parámetro dosimétrico. Se denotará este método como modo pulsado o de intensidades pulsadas. De forma alternativa, también puede usarse, dentro del sensor, el propio dispositivo que cortocircuita los terminales del transistor en los períodos de reposo e irradiación, descrito anteriormente. El elemento interruptor es conmutado mediante una señal pulsada generada por la unidad de control. Cuando esta señal pulsada activa el interruptor, deja al pMOS sin corriente de polarización y en cortocircuito. En la fase complementaria de la señal pulsada, el dispositivo que actúa como interruptor se encuentra abierto y la corriente circula por el pMOS. Así se consigue polarizar el pMOS con una corriente de frecuencia igual a la de la señal pulsada. La medida de la tensión de fuente se realiza cuando el dispositivo que actúa como interruptor está abierto y la corriente de polarización circula por el pMOS. Por  

tanto, dicha medida se realiza en una zona de frecuencia superior caracterizada por una menor densidad espectral de ruido del sensor, mejorando su límite de detección y resolución. Además, para incrementar la sensibilidad del sistema de instrumentación asociado es necesario amplificar la tensión de fuente. Sin embargo no es posible hacerlo al nivel deseado si se amplifica directamente. Para ello, antes del periodo de irradiación, es necesario almacenar el valor de la tensión de fuente, es decir, se realiza una puesta a cero del sistema. Esto se hace mediante un conversor digital-analógico (DAC) , controlado por la unidad de control. Las tensiones analógicas, se muestrean un número de veces determinado y se realiza un promediado para reducir el ruido de la medida. Los medios de acondicionamiento de señal comprenden, al menos: un conversor digital-analógico o DAC; un amplificador de instrumentación; La tensión de fuente se introduce a un amplificador de instrumentación por su entrada no inversora, y la salida del DAC lo hace por la entrada inversora. La salida del amplificador de instrumentación es proporcional a la diferencia de estas dos tensiones, de modo que si el microcontrolador incrementa la salida del DAC se reduce la tensión de fuente amplificada. Antes de irradiar se envía el valor necesario al DAC para que la tensión de fuente amplificada esté próxima a los OV (puesta acero) . La palabra digital del conversor DAC es guardada en una memoria interna. Una vez irradiado el sensor el valor del DAC es recuperado de la memoria y restaurado, midiéndose la nueva tensión de fuente amplificada. Se almacena el valor de la tensión de fuente antes y después de irradiar de modo que se puede calcular el incremento. Con una calibración adecuada del sensor se relaciona este incremento con la dosis recibida. Este proceso se puede realizar simultáneamente con un máximo de 256 sensores diferentes con un único sistema dosimétrico. Para ello es necesario identificar el sensor introduciendo... [Seguir leyendo]

1. Método dosimétrico, caracterizado porque comprende las siguientes etapas: -Conectar (51) un sensor (3) al instrumento de medida (2) ; -Identificar dicho sensor (52) en medios de introducción de datos (23) ; -Etapa de pre-irradiación (53) que consiste en oPolarizar un transistor p-MOSFET [31] con la intensidad 1DIy medir la tensión de fuente, eSVPr 1 oPolarizar de nuevo el mencionado transistor [31] una intensidad distinta, 2DIy se medir la tensión de fuente, eSVPr 2 . -Desconectar (54) el sensor (3) del instrumento de medida (2) ; -Irradiar (55) el sensor (3) ; -Conectar por segunda vez (56) el sensor (3) al instrumento de medida (2) ; -Identificar el sensor (57) en los medios de introducción de datos (23) ; -Etapa de post-irradiación (58) que consiste en : o Polarizar transistor p-MOSFET [31] con la intensidad 1DIy medir la tensión de fuente, PostSV1 , oPolarizar de nuevo el transistor [31] la intensidad 2DIy medir la tensión de fuente, PostSV2 . -Calcular los incrementos de tensión de fuente para cada una de las intensidades, eSiPostSiSiVVVPr −=Δ , i=1, 2 (59) , en la que se restan los valores de las tensiones de fuente obtenidos en la etapa de pre-irradiación, a los valores obtenidos en la etapa de post-irradiación; -Calcular el incremento de la tensión umbral, tVΔ (60) , en función de los incrementos de tensión de fuente para cada una de las intensidades de polarización, SiVΔ, 2, 1=i, para el incremento de la linealidad, minimizando la Pr 1

degradación de la transconductancia del canal del transistor (31) , de acuerdo con la ecuación 1 2 21 1 1 DDSSStIIVVVV− Δ−Δ−Δ=Δ -Calcular la dosis (61) a partir de tVΔ; -Mostrar el resultado (62) .

2. Método dosimétrico, caracterizado porque comprende las siguientes etapas: -Conectar (51) un sensor (3) al instrumento de medida (2) ; -Identificar dicho sensor (52) en medios de introducción de datos (23) ; -Etapa de pre-irradiación (53) que consiste en oPolarizar un transistor p-MOSFET [31] con la intensidad 1DIy medir la tensión de fuente, eSVPr 1 oPolarizar de nuevo el mencionado transistor [31] una intensidad distinta, 2DIy se medir la tensión de fuente, eSVPr 2 . -Desconectar (54) el sensor (3) del instrumento de medida (2) ; -Irradiar (55) el sensor (3) ; -Conectar por segunda vez (56) el sensor (3) al instrumento de medida (2) ; -Identificar el sensor (57) en los medios de introducción de datos (23) ; -Etapa de post-irradiación (58) que consiste en : o Polarizar el transistor [31] con la intensidad 1DIy medir la tensión de fuente, PostSV1 , oPolarizar de nuevo el transistor [31] la intensidad 2DIy medir la tensión de fuente, PostSV2 . -Calcular los incrementos de tensión de fuente para cada una de las intensidades, eSiPostSiSiVVVPr −=Δ , i=1, 2 (59) , en la que se restan los valores de las tensiones de fuente obtenidos en la etapa de pre-irradiación, a los valores obtenidos en la etapa de post-irradiación; -Calcular el incremento de la tensión umbral, tVΔ (60) , en función de los incrementos de tensión de fuente para cada una de las intensidades de −Δ−Δ

polarización, SiVΔ, 2, 1=i, para la compensación de los efectos de la temperatura, de acuerdo con la ecuación () 12 21 1 1 SSDDZTCDStVVIIIIVVΔ−Δ − − +Δ=Δ -Calcular la dosis (61) a partir de tVΔ; -Mostrar el resultado (62) .

3. Método dosimétrico, caracterizado porque comprende las siguientes etapas: -Conectar (51) un sensor (3) al instrumento de medida (2) ; -Identificar dicho sensor (52) en medios de introducción de datos (23) ; -Etapa de pre-irradiación (53) que consiste en -etapa de pre – irradiación (53) para tres intensidades de polarización distintas, 321 , DDDIeII, que consiste en: oPolarizar un transistor p-MOSFET [31] con la intensidad 1DIy medir la tensión de fuente, PostSV1 , oPolarizar de nuevo el transistor [31] la intensidad 2DIy medir la tensión de fuente, PostSV2 . oPolarizar por tercera vez el transistor (31) la intensidad 3DIy medir la tensión de fuente, eSVPr 3 . -Desconectar (54) el sensor (3) del instrumento de medida (2) ; -Irradiar (55) el sensor (3) ; -Conectar por segunda vez (56) el sensor (3) al instrumento de medida (2) ; -Identificar el sensor (57) en los medios de introducción de datos (23) ; -Etapa de post-irradiación (58) que consiste en : oPolarizar el transistor [31] con la intensidad 1DIy medir la tensión de fuente, PostSV1 , oPolarizar de nuevo el transistor [31] la intensidad 2DIy medir la tensión de fuente, PostSV2 .

oPolarizar por tercera vez el transistor [31] la intensidad 3DIy medir la tensión de fuente, PostSV3 . -Calcular los incrementos de tensión de fuente para cada una de las tres intensidades, eSiPostSiSiVVVPr −=Δ , i=1, 2, 3 (59) , en la que se restan los valores de las tensiones de fuente obtenidos en la etapa de pre-irradiación, a los obtenidos 5 en la etapa de post-irradiación; -Calcular el incremento de la tensión umbral, tVΔ (60) , en función de los incrementos de tensión de fuente para cada una de las tres intensidades de polarización, SiVΔ, 3, 2, 1=i, de forma que se incrementa la linealidad y la compensación térmica de forma simultánea, de acuerdo con las ecuaciones 10 1 2 21 1 1 DDcompScompScompStIIVVVV− Δ−Δ−Δ=Δ y () () 31, 32, 2 2 222 1 1 111 ókIIIIVVVVójIIIIVVVVDkDZTCDSSkScompSDjDZTCDSSjScompS=− −Δ−Δ+Δ=Δ =− −Δ−Δ+Δ=Δ -Calcular la dosis (61) a partir de tVΔ; -Mostrar el resultado (62) . 1.

4. Método dosimétrico, según cualquiera de las reivindicaciones 2, 3 ó 4, caracterizado porque las distintas intensidades de polarización citadas se aplican al transistor [31] de forma pulsada y en las etapas de pre-irradiación (53) y post-irradiación (58) el transistor MOSFET de canal P (31) se conecta con los medios 20 interruptores (36) de tal forma que cuando la señal pulsada lo activa, se deriva la corriente hacia el mencionado elemento (36) , dejando al pMOS (31) sin corriente de excitación y en cortocircuito; del mismo modo, cuando los medios interruptores (36) son desactivados por la señal pulsada, la corriente pasa por el pMOS (31) , ya que elemento interruptor (36) se encuentra abierto. 25 Δ

5. Sistema dosimétrico, que comprende: un instrumento portátil y autónomo de medida (2) que comprende a su vez y al menos una unidad de control (20) , medios de polarización de un sensor (21) , medios de visualización (24) , medios de introducción de datos (22) y medios de acondicionamiento de señal (23) configurados para que dicha unidad de control (20) gobierne a los medios anteriormente mencionados; y una pluralidad de sensores (3) que comprenden, a su vez y al menos un transistor MOSFET de canal p (31) y un elemento de cortocircuito (30) ; caracterizado porque el transistor MOSFET de canal p (31) está configurado para estar cortocircuitado en la irradiación y en la medida de la siguiente forma: (a) el terminal de fuente (32) junto con el sustrato (33) , y (b) el terminal drenador (34) con la puerta (35) del transistor (31) ; y donde en los periodos de irradiación y reposo el elemento de cortocircuito (30) cortocircuita los terminales fuente (32) y puerta (35) permaneciendo el transistor MOSFET de canal p (31) sin polarización en dichos periodos de irradiación y reposo; y donde dicho transistor (31) está conectado con unos medios interruptores (37) configurados para que cuando una señal pulsada cierra dicho interruptor (37) se derive la corriente hacia dichos medios interruptores (37) , dejando al pMOS (31) sin corriente de excitación y en cortocircuito mientras que cuando la señal pulsada se encuentra en la fase complementaria, el elemento que actúa como interruptor (37) se encuentra abierto, de modo que la corriente circula por el pMOS (31) y donde dicha unidad de control (20) ejecuta al menos uno de los procedimientos definidos en las reivindicaciones 1 a 4.