Modelización de los sensores del STUMM (Start-Up and Monitoring Module)

Esta tesis presenta la caracterización y análisis de varios detectores de radiación destinados a su integración en el Start-Up and Monitoring Module (STUMM), que forma parte de la Test Cell (TC) del proyecto IFMIF-DONES. También se aborda el acondicionamiento y evaluación de dispositivos Commercial Off-The-Shelf (COTS) como sensores de radiación, analizando su viabilidad en entornos de alta radiación y su posible aplicación en otras áreas, como la dosimetría clínica o la monitorización en entornos nucleares con tasas de dosis más bajas. Se estudiaron microcámaras de ionización, microcámaras de fisión y Self-Powered Neutron Detectors (SPNDs) utilizando diferentes fuentes de radiación en montajes experimentales con electrómetros comerciales. Asimismo, se caracterizaron dispositivos COTS bajo diversas condiciones de radiación, con el objetivo de seleccionar el dispositivo con mejor rendimiento para cada caso. Se evaluaron tres modelos de cámaras de fisión, con distintos materiales fisibles y presiones de gas, y un modelo de microcámara de ionización, bajo irradiación con rayos X, analizando diferencias de respuesta intra e inter-modelo y calculando sus sensibilidades. Los detectores con material fisil en su emisor mostraron una sensibilidad 1.5 veces mayor a la misma presión de gas, y su sensibilidad aumentó en un factor de 2.5 cuando la presión de gas se incrementó de 5 a 15 bar. Se probaron dos unidades de cada uno de cinco modelos diferentes de SPNDs con materiales emisores (Rh, V, Co, Pt, In) bajo un haz pulsado de neutrones para estimar y comparar sus respuestas. Se estimó que la respuesta prompt estaba en el orden de cientos de picoamperios. Los detectores de Rh y V exhibieron una componente delayed, con tiempos consistentes con la respuesta esperada según el isótopo, observándose una mayor contribución en los detectores de Rh. No se encontraron signos de degradación en el análisis. Dos modelos de MOSFET (3N163 y ZVP3306) fueron evaluados con protones de alta energía. El modelo 3N163 mostró la mayor sensibilidad y fue caracterizado adicionalmente usando protones de baja energía en configuración decapsulada. Se evaluaron modelos de diodos 1N4007, UF4007, BY203-20S y GP02-40 como posibles detectores para radiación gamma de alta tasa de dosis usando una fuente de Cobalto-60. El modelo 1N4007 exhibió la respuesta más alta; sin embargo, el UF4007 fue el que mostró mejor comportamiento global, al tener menor degradación en la respuesta con el aumento de la dosis. Los ensayos se realizaron en varias instalaciones, incluyendo la estación nTOF (CERN, Suiza), la Instalación de Irradiación con Protones (PIF) en el Instituto Paul Scherrer (Suiza), la instalación Nayade en CIEMAT (Madrid), el Centro de Investigación Biomédica de la Universidad de Granada y el acelerador TANDEM en el Centro Nacional de Aceleradores (Sevilla).