Development of advanced silicon radiation detectors for high energy physics and medical imaging

The 1st chapter of this work presents the different experiments and collaborations in which I am involved during my PhD studies of Physics. Following those descriptions, the 2nd chapter is dedicated to how the radiation affects the silicon sensors, as well as some experimental measurements carried out at CERN (Geneve, Schwitzerland) and IFIC (Valencia, Spain) laboratories. Besides the previous investigation results, this chapter includes the most recent scientific papers appeared in the latest RD50 (Research & Development #50) Status Report, published in January 2007, as well as some others published this year. The 3rd and 4th are dedicated to the simulation of the electrical behavior of solid state detectors. In chapter 3 are reported the results obtained for the illumination of edgeless detectors irradiated at different fluences, in the framework of the TOSTER Collaboration. The 4th chapter reports about simulation design, simulation and fabrication of a novel 3D detector developed at CNM for ions detection in the future ITER fusion reactor. This chapter will be extended with irradiation simulations and experimental measurements in my PhD Thesis.

Determination of sea surface salinity and wind speed by L-band microwave radiometry from a fixed platform

The European Space Agency Soil Moisture andOcean Salinity (SMOS) mission aims at obtaining global maps ofsoil moisture and sea surface salinity from space for large-scale andclimatic studies. It uses an L-band (1400–1427 MHz) MicrowaveInterferometric Radiometer by Aperture Synthesis to measurebrightness temperature of the earth’s surface at horizontal andvertical polarizations ( h and v). These two parameters will beused together to retrieve the geophysical parameters. The retrievalof salinity is a complex process that requires the knowledge ofother environmental information and an accurate processing ofthe radiometer measurements. Here, we present recent resultsobtained from several studies and field experiments that were partof the SMOS mission, and highlight the issues still to be solved.

Anàlisi de radiació en vaixells i disseny d'una antena en la banda d'HF

El projecte està dividit en dues parts, per una banda l’anàlisi de radiació en vaixells i per altra banda el disseny d’una antena en la banda d’ HF. La primera part s’inicia amb un estudi de l’escenari marítim a nivell de comunicacions, vaixells i antenes i, a continuació, s’estudia el camp proper sobre les superfícies del vaixell per al posicionament d’antenes amb el màxim aïllament. La segona part tracta el disseny d’una antena en HF a 6 MHz partint d’una antena tipus ranura, de baix perfil. Per validar el seu funcionament es construeix i mesura un prototipus en la banda d’UHF (2 GHz).

Temporal variability and trends of the downward solar radiation over Europe during the 20th century, with regional focus in the dimming/brightening phenomena on the Iberian Peninsula

Proyecto de investigación elaborado a partir de una estancia en el Institute for Atmospheric and Climate Science, a Alemanya, entre 2010 y 2012. La radiación solar que alcanza la superficie terrestre es un factor clave entre los procesos que controlan el clima de la Tierra, dado el papel que desempeñan en el balance energético y el ciclo hidrológico. Establecer su contribución al cambio climático reciente supone una gran dificultad debido a la complejidad de los procesos implicados, la gran cantidad de información requerida, y la incertidumbre de las bases de datos disponibles en la actualidad. Así, el objetivo principal del proyecto ha consistido en generar una base de datos de insolación incluyendo las series más largas (desde finales del siglo XIX) disponibles en toda Europa. Esta base de datos complementa para nuestro continente el Global Energy Balance Archive (GEBA) que mantiene y gestiona el grupo que ha acogido al receptor de la ayuda postdoctoral, y permite extender espacial (especialmente en países del sur de Europa) y temporalmente las series climáticas disponibles de mediciones de irradiancia solar. Como la insolación es un proxy de la irradiancia solar, el proyecto actual también ha tratado de calibrar de forma exhaustiva ambas variables, a fin de generar una nueva base de datos reconstruida de esta segunda variable que esté disponible desde finales del siglo XIX en Europa. Un segundo objetivo del proyecto ha consistido en continuar trabajando a escala de mayor detalle sobre la Península Ibérica, con el fin de proporcionar una mejor comprensión del fenómeno del “global dimming/brightening” y su impacto en el ciclo hidrológico y balance energético. Finalmente, un tercer objetivo del presente proyecto postdoctoral ha consistido en continuar estudiando los posibles ciclos semanales a gran escala de diferentes variables climáticas, línea de investigación de interés para la detección de posibles efectos de los aerosoles antrópicos en el clima a escalas temporales breves, y consecuentemente estrechamente vinculado al fenómeno del “global dimming/brightening”.

Efectes de l’altura solar, la nuvolositat i la temperatura en les mesures dels piranòmetres de silici = Efectos de la altura solar, la nubosidad y la temperatura en las medidas de los piranometros de silicio

La mesura de la irradiància solar en superfície es fa mitjançant piranòmetres amb sensor termoelèctric o amb sensor de silici. Aquests darrers presenten una resposta espectral no uniforme i limitada a la banda de 400 a 1100 nm, i, a més, la seva sensibilitat depèn fortament de la temperatura. Els piranòmetres termoelèctrics, en canvi, presenten una resposta espectral uniforme en la banda solar, i un coeficient de temperatura reduït. L’objectiu de l’estudi que es presenta ha estat millorar l’acord entre les mesures d’irradiància global preses amb un piranòmetre termoelèctric CM11 de Kipp & Zonen, i diversos piranòmetres fotovoltaics o de silici Li200SA de Li-Cor. Com que la resposta angular dels sensors s’aparta en general de la resposta cosinus ideal, es proposen unes correccions a tal efecte. S’han analitzat les dades minutals corresponents a un cicle anual de mesures d’irradiància preses pels dos tipus de piranòmetres a l’estació radiomètrica de la Universitat de Girona. Les correccions proposades per la resposta angular dels instruments es basen en bibliografia prèvia, i també en simulacions realitzades amb un model espectral de transferència radiativa multicapa. La simulació ha permès obtenir correccions per compensar les diferents respostes angulars i espectrals dels dos tipus d’instruments. Per a cels serens, les correccions angulars i espectrals milloren notablement l’acord entre les mesures dels dos tipus de piranòmetres. També es proposa una correcció de l’efecte de la temperatura sobre la mesura dels piranòmetres de silici, obtinguda empíricament. Malgrat que les correccions s’han obtingut per a cels serens, han estat també aplicades a condicions de cel ennuvolat, caracteritzades objectivament mitjançant un algorisme basat en mesures d’irradiància global i difusa. Finalment s’ha comprovat que les correccions també milloren l’acord entre les mesures dels dos tipus de sensors independentment de l’extensió de la coberta de núvols

Mesurament del ritme mitjançant un programa informàtic : aplicació en músics i gimnastes.

Resumen tomado del autor. Contiene gráficas y tablas de datos y resultados

Sabbatical stay at CREVER, University Rovira i Virgili

A three-year research proposal of international impact and quality was developed between the author and CREVER researchers, taking into account the infrastructure and research lines already being carried out at CREVER. The project is related to the study of new mixtures in thermal activated systems, by the addition of a third component to help the heat transfer processes. The project proposes the use of water and lithium nitrate as absorbents in ternary ammonia mixtures, varying the concentration with the objective of optimising the mixture for solar air conditioning purposes. Also, the research proposal will promote an intensive collaboration in the following years between CREVER and The Centro de Investigación en Energía-UNAM, Mexico.

Fabricació de Lents Zonals de Fresnel per aplicació als raigs X tous

Estudi elaborat a partir d’una estada al Paul Scherrer Institut del Maig a l’Octubre del 2006 amb l’ajuda i supervisió dels Dr. Konstantins Jefimovs i Dr. Christian David. Focalitzar raigs X tous és una necessitat essencial per al microanàlisis, la microscopia, i fer imatges en moltes Instal·lacions de Radiació Sincrotró. Les Lents Zonals de Fresnel (FZP, de la denominació anglesa “Fresnel Zone Plates”) han demostrat donar uns punts focals amb una resolució espacial destacada i una baixa il·luminació de fons. Tanmateix, la fabricació de FZP és complexa i no totalment reproduïble. A més a més, el temps de vida de les FZP és força curt, ja que estant situades sobre membranes de nitrur de silici molt fines i altament absorbents. Per tant, hem fet esforços per implementar FZP de silici, que s’espera que siguin més resistents. L’element està fet d’una oblia de cristall de silici poc absorbent, i no presenta cap interfase entre materials. Així doncs, aquestes lents són especialment adequades per a aguantar les extremes càrregues de radiació de les fonts de raigs X més brillants. Particularment, això és molt important per a les aplicacions a les pròximes generacions de fonts de raigs X, com els Làsers d’Electrons Lliures (FEL, de la denominació anglesa “Free Electron Laser”). El silici també garanteix que no hi hagi cap banda d’absorció en el rang d’energies de la finestra de l’aigua (200-520 eV), fent aquestes lents ideals per a fer imatges de mostres biològiques. En aquest informe, hi ha una descripció detallada de tots els passos involucrats en la fabricació de les Lents Zonals de Fresnel de silici. En resum, les estructures de FZP es modelen sobre una resina utilitzant litografia per feix d’electrons i llavors el patró es transmet al silici mitjançant un gravat d’ions reactius (RIE, de la denominació anglesa ‘Reactive Ion Etching’) utilitzant una fina (20 nm) màscara de Crintermitja. Les membranes de silici es poden aprimar després de la fabricació de les estructures per a garantir una transmissió suficient fins i tot a baixes energies. Aquest informe també inclou l’anàlisi i la discussió d’alguns experiments preliminars per avaluar el rendiment de les Si FZPs fets a la línia de llum PolLux del Swiss Ligth Source amb l’ajuda dels Dr. Jörg Raabe i Dr. George Tzvetkov.

Determinació de la ubicació estructural dels ions Yb3+ i Nb3+ en Yb:RTP, Nb:RTP i (Nb,Yb):RTP

Estudi elaborat a partir d’una estada al Stony Brook University al juliol del 2006. El RbTiOPO4 (RTP) monocristal•lí és un material d' òptica no lineal molt rellevant i utilitzat en la tecnologia làser actual, químicament molt estable i amb unes propietats físiques molt destacades, entre elles destaquen els alts coeficients electro-òptics i l'alt llindar de dany òptic que presenta. En els últims anys s’està utilitzant tecnològicament en aplicacions d'òptica no lineal en general i electro-òptiques en particular. En alguns casos ja ha substituït, millorant prestacions, a materials tals com el KTP o el LNB(1). Dopant RTP amb ions lantànids (Ln3+) (2-4), el material es converteix en un material làser auto-doblador de freqüència, combinant les seves propietats no lineals amb les de matriu làser. El RTP genera radiació de segon harmònic (SHG) a partir d’un feix fonamental amb longituds d’ona inferiors a 990 nm, que és el límit que presenta el KTP.La determinació de la ubicació estructural i l’estudi de l'entorn local del ions actius làser és de fonamental importància per a la correcta interpretació de les propietats espectroscòpiques d’aquest material. Mesures de difracció de neutrons sobre mostra de pols cristal•lí mostren que els ions Nb5+ i Ln3+ només substitueixin posicions de Ti4+ (8-9). Estudis molt recents d'EPR (electron paramagnetic resonance) semblen indicar que quan la concentració d'ió Ln3+ es baixa, aquest ió presenta la tendència a substituir l'ió alcalí present a l'estructura (10).Després dels resultats obtinguts en el present treball a partir de la tècnica EXAFS a la instal•lació sincrotò del Brookhaven National Laboratory/State University of New York (Stony Brook) es pot concloure definitivament que els ions Nb s’ubiquen en la posició Ti (1) i que els ions Yb3+ es distribueixen paritariament en les dues posicions del Ti (1 i 2). Aquests resultats aporten una valuosa informació per a la correcta interpretació dels espectres, tant d’absorció com d’emissió, del material i per la avaluació dels paràmetres del seu comportament durant l'acció làser.

El cop de sol en pomera: causes i control

En les condicions climàtiques del Sud d’Europa, el cop de sol és un dels factors que més incideixen en la reducció del percentatge de fruits de primera categoria, especialment en certes varietats com ‘Granny Smith’, ‘Fuji’ o ‘Gala’. Existeixen encara certs dubtes respecte les causes del desenvolupament del cop de sol, tot i que està àmpliament acceptat que les altes temperatures del fruit hi juguen un paper important. En canvi, existeix més debat pel que fa al paper de la radiació. Els mecanismes fisiològics causants dels símptomes del cop de sol no són del tot clars. Existeixen diferents hipòtesis, des de la necrosis dels teixits fins a la degradació de pigments en funció del grau de cop de sol. El mètode més efectiu pel seu control és la selecció minuciosa de varietats ben adaptades a les condicions climàtiques locals, ja que mostren diferències en quant a la sensibilitat al cop de sol. Altres experiències de control avaluades en diferents zones del món inclouen la protecció amb xarxes antipedra, refrescament evaporatiu mitjançant reg per aspersió i aplicació d’un film de partícules de caolí amb diferents graus d’èxit i implementació.

Sistema telemètric per el sensat de temperatura

El protocol de transplants, especifica que l'òrgan a ser transplantat es conserva a una temperatura de 4ºC en el seu nucli, just després de ser extret del donant. Aquesta temperatura es manté durant el seu transport fins el destinatari. L'extracció es realitza mitjançant la isquèmia, en la qual es suspèn la circulació arterial. Un cop l'òrgan ha arribat a la destinació final i el pacient està a punt, es retira l'òrgan de la banyera de gel i es coseix en el lloc pertinent del receptor. En aquest estat, previ a la reperfusió (reactivació del rec sanguini) l'òrgan va guanyant temperatura a poc a poc per l'exposició a la temperatura ambient o del propi cos del receptor. En tot aquest procés, cal tenir controlada la temperatura de l'òrgan, ja que la isquèmia calenta el podria malmetre irreversiblement. Aquest projecte proporciona un producte per al mesurament remot de la temperatura. Està destinat a la monitorització de l'estat tèrmic dels òrgans dins el protocol de transplants explicat. El producte està format per un dispositiu transmissor, en contacte directe amb l'òrgan i un receptor connectat a un ordinador així com el seu software. La comunicació entre els aparells transmissor i receptor es realitza mitjançant radiofreqüència. L’aparell transmissor té característiques de baix cost, baix consum i petites dimensions. En el desenvolupament del projecte s'intenta en tot moment donar-hi dimensió de producte. Per això juntament amb la informació referent al producte en si, amb més caire tècnic, es mostra un breu estudi legislatiu en el capítol introductori i es realitza una valoració dels costs reals que comporta la seva fabricació.

Nivells de radó en exterior i recintes tancats a la marjal càrstica de Peníscola

S’ha portat a terme un mostreig de diferents punts de la Marjal de Peníscola i 7 instal·lacions properes amb la finalitat de determinar les concentracions de 222Rn en aire exterior i interior. Les anàlisis en els punts exteriors obtenen unes concentracions de 222Rn elevades, superiors a 50 Bq·m-3 en alguns punts. El fet que el sòl de la marjal tingui altes concentracions de 226Ra i elevades concentracions de 226Ra i 222Rn en l’aigua salobre poden justificar aquests valors. L’alta activitat de l’aigua, les característiques de l’edifici i mala gestió del sistema de clavegueram de Peníscola són els responsables de les elevades concentracions de 222Rn en l’aire interior de la depuradora, amb concentracions màximes de més de 70000 Bq·m-3. Un sistema de ventilació adequat com un extractor de PVC evitaria l’acumulació del 222Rn a l’interior de la instal·lació.

Distribució de radionúclids naturals en una marjal càrstica del Mediterrani occidental: la marjal de Peníscola

L’objectiu principal d’aquest estudi es determinar les concentracions de Rn i dels quatre isòtops de Ra al llarg de la Marjal de Peníscola, per tal de determinar els processos geoquímics principals responsables de les altes concentracions observades.

Variabilitat temporal i geogràfica i caracterització química de la contaminació atmosfèrica particulada a Sabadell

Estudi de 3 punts amb diferent intensitat de trànsit a Sabadell: punt de trànsit, fons urbà i fons suburbà. Nivells de PM i altres gasos contaminants van ser mesurats durant 1 mes. Els objectius principals són la correlació dels nivells de partícules i NOx als 3 punts d’estudi (ja que als estudis epidemiològics s’utilitza NO2 com a indicador del nivell de partícules); la caracterització química de les partícules per determinar quina porció té origen en les emissions dels tubs d’escapament i identificar similituds i diferències entre els nivells i composició de partícules entre les diferents estacions seleccionades.