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Academic Year/course: 2021/22

60040 - Radiation detection systems

Syllabus Information

Academic Year:
60040 - Radiation detection systems
Faculty / School:
100 - Facultad de Ciencias
538 - Master's in Physics and Physical Technologies
589 - Master's in Physics and Physical Technologies
Second semester
Subject Type:

1. General information

1.1. Aims of the course

The course can be recommended to any student who is interested in learning experimental physics procedure. They will learn the physics and electronics needed to understand the functioning and operation of the principal types of radiation detectors and to allow them to design, set-up and carry out real experiments in a scientific laboratory. They will also learn the characteristics of the pulse signals from the detector and the signal processing techniques that can be implemented. They will see the most relevant detection techniques at the forefront of modern radiation detection systems.

1.2. Context and importance of this course in the degree

The present course, together with the courses on "Intelligent Instrumentation" and "Técnicas de Imagen Radiofísica", constitutes a thorough formation on experimental techniques very useful for future researchers not only in the field of radiation detection but in other domains of physics and engineering.

1.3. Recommendations to take this course

In this course, students are introduced to radiation detection techniques. It will emphasize on the principles of operation and basic characteristics of the various radiation detectors and on a detailed description of electronics and pulse processing. It will also review the most important applications in industry, medicine and particle physics. The course does not require following any special curricular path. Nevertheless, it is advised to have a degree in physics or engineering or, at least, some elementary background in radiation properties and electronics. Other courses of the Master complementary to the present one are "Intelligent Instrumentation" (first semester) and "Técnicas de Imagen y Radiofísica" (second semester).

2. Learning goals

2.1. Competences

  • Consolidation of basic skills and interrelationship between the various fields of physics and physical technologies (CE3).
  • Integrate knowledge, handle complexity, and formulate judgments with limited information, in the area of physics and physical technologies (CE4).
  • Deepen in the analysis, processing and interpretation of experimental data (CE5).
  • Know the level of importance of the research and the industrial applications of physics and physical technologies, as well as their social, economic and legal impact (CE6).
  • Understanding of radiation sources.
  • Understanding of physical principles related with the radiation detection, types of radiation detectors and their field of application.
  • Understanding of the components of the detectors and electronics used for pulse signal processing.
  • Understanding of mathematical methods for signal processing.
  • Analysis, design and experimental characterization of electronic circuits used in radiation detection systems.
  • Understanding of the effect of radiation and noise on devices and electronic circuits.

2.2. Learning goals

The student will show the following results:

  • The student is capable of describing the energy spectra of different radiation sources and distinguish their different signals.
  • The student is able to identify the most suitable detector for each kind of radiation and energy.
  • The student knows the basic physics underlying the process from the particle energy deposition (heat, light, charge) to the production of electrical pulses.
  • The student is able to understand the effect of radiation and electronic noise on devices and electronic circuits.
  • The student is able to analyse electronic analog circuits for signal processing.
  • The student is able to configure an ionizing radiation detection system.
  • The student is able to estimate the effect of radiation in semiconductor devices.
  • The student is able to use in the laboratory different detection systems and interpret their results.

2.3. Importance of learning goals

This course will enable the student to design, planify, set-up and carry out experiments in a scientific laboratory. It will provide the student with a basic but solid formation on radiation detection and electronics that should allow him/her in the future to learn, implement and use efficiently new detection techniques in a laboratory of a university, research center, industry, hospital, etc. In summary, it will reinforce his/her experimental skills. 

3. Assessment (1st and 2nd call)

3.1. Assessment tasks (description of tasks, marking system and assessment criteria)

A continued evaluation, solving problems and questions during the classes, will take into account the personal work of the students throughout the course. A 50% of the final mark will be derived from it.

The course will also comprise several practical sessions with elaboration of written reports. A 50% of the final mark will reflect their laboratory work and their corresponding written reports.

Unique global proof:

The course has been designed for students who are able to attend the lectures on site. However, there will also be an evaluation test for those students who are either unable to attend these lectures or who fail in their first evaluation.

This global evaluation will be done in official calls during the examination periods established by the Science Faculty of the University of Zaragoza. The global examination will consist on two parts:

  1. One part will contain problems and questions related with the main concepts discussed in the course. The student will be given 90 minutes to solve this part. It will be evaluated from 0 to 10 and the result will count as 50 % of the final mark.
  2. A practical exercise in which the student will be asked to describe the elements and configuration of an experimental set-up used in the course and will then be asked to mount the set-up in the laboratory. Allocated time: 90 minutes. It will be evaluated from 0 to 10 and the result will count as 50 % of the final mark.

"Matrícula de Honor" calification: The "Honor Registration" (Matrícula de Honor), will be given to students with a final mark equal to or greater than 9. In the case that there were more students with this mark than the number of "Honor Registration" allowed by the University of Zaragoza for a subject in a single academic course, the "Honor Registration" will be awarded to the students with best final mark up to the allowed number of students. 

4. Methodology, learning tasks, syllabus and resources

4.1. Methodological overview

This course combines theoretical and practical classes. In order to achieve the intended learning objectives, the strategy chosen by the teaching staff consists on using lectures for presenting to the students the basic knowledge required to face the problem-solving exercises and laboratory work. Interactive practice sessions and laboratory sessions will be conveniently intertwined with lectures.

4.2. Learning tasks

The course includes the following learning tasks: 

  1. Lectures on the main topics of the course (3 ECTS).
  2. Practice sessions with interactive problem-solving tasks (1 ECTS).
  3. Laboratory sessions (1 ECTS). Students will conduct experiments and prepare reports with the obtained results.

The teaching and assessment activities will be carried out in person unless, due to the health situation, the provisions issued by the competent authorities and by the University of Zaragoza arrange to carry them out on-line

4.3. Syllabus

The course will address the following topics:

  1. Radiation sources and interactions.
  2. Physics foundations and general properties of radiation detectors.
  3. Gas-filled, scintillation, semiconductor, bolometric and hybrid detectors.
  4. Radiation spectroscopy.
  5. Application of detector systems.
  6. Introduction to the electronics of detection systems
  7. Signal acquisition
  8. Analog pulse processing
  9. Digital pulse processing
  10. Effect of radiation on circuits
  11. Architectures of radiation detectors

4.4. Course planning and calendar

Further information concerning the timetable, classroom, assessment dates and other details regarding this course, will be provided on the first day of class or please refer to the Faculty of Science

Classes will start and finish in the date indicated by the Faculty of Sciences.

  • Lectures: 4 sessions / week. Dates to be decided.
  • Lab classes: They will be announced by the professor at the beginning of the course.
  • Evaluation sessions: To be decided.

4.5. Bibliography and recommended resources

Curso Académico: 2021/22

60040 - Sistemas de detección de radiación

Información del Plan Docente

Año académico:
60040 - Sistemas de detección de radiación
Centro académico:
100 - Facultad de Ciencias
538 - Máster Universitario en Física y Tecnologías Físicas
589 - Máster Universitario en Física y Tecnologías Físicas
Periodo de impartición:
Segundo semestre
Clase de asignatura:

1. Información Básica

1.1. Objetivos de la asignatura

La asignatura y sus resultados previstos responden a los siguientes planteamientos y objetivos:

Esta asignatura es recomendable para cualquier estudiante interesado en conocer procedimientos experimentales en física. Aprenderá la física y electrónica necesaria para entender el funcionamiento y operación de los principales tipos de detectores de radiación y para poder diseñar, montar, poner a punto y realizar experimentos en un laboratorio científico. También aprenderá las características de las señales eléctricas producidas y algunas técnicas de procesado de señales. 

1.2. Contexto y sentido de la asignatura en la titulación

Esta asignatura, junto con "Instrumentación Inteligente" y "Técnicas de Imagen y Radiofísica", constituye una formación rigurosa en técnicas experimentales, que resultan muy útiles a futuros investigadores no sólo en el campo de los detectores de radiación sino también en otros dominios de la física e ingeniería.

1.3. Recomendaciones para cursar la asignatura

Esta asignatura se dedicará a exponer y analizar los sistemas de detección de radiación. Para ello se explicarán los principios de operación y características básicas de diversos detectores de radiación, así como la electrónica y procesado de señales asociados a dichos detectores. Se estudiarán también algunas aplicaciones en industria, medicina y física de partículas. No hay requisitos previos específicos para cursar esta asignatura, aunque es aconsejable tener un grado o licenciatura en física o ingeniería o, al menos, tener unos conocimientos básicos sobre electrónica y radiación. Las competencias y resultados del aprendizaje adquiridos se complementan con los de otras asignaturas del máster como "Instrumentación Inteligente" (primer cuatrimestre) y "Técnicas de Imagen y Radiofísica" (segundo cuatrimestre).

2. Competencias y resultados de aprendizaje

2.1. Competencias

Al superar la asignatura, el estudiante será más competente para:

  • Consolidar los conocimientos avanzados y la interrelación entre los diversos campos de la Física y las Tecnologías Físicas (CE3)
  • Integrar conocimientos, enfrentarse a la complejidad y formular juicios con información limitada en el ámbito de la Física y de sus Tecnologías (CE4)
  • Profundizar en el análisis, tratamiento e interpretación de datos experimentales (CE5)
  • Conocer el grado de importancia de las investigaciones y las aplicaciones industriales de la Física y sus Tecnologías, así como sus implicaciones sociales y económicas (CE6)
  • Conocer las fuentes de radiación
  • Entender los principios físicos de los dispositivos de detección y su dominio de aplicación.
  • Conocer y comprender la estructura y funcionamiento de los principales elementos que integran los sistemas de detección y medida de la radiación
  • Conocer las técnicas matemáticas de conformación de pulsos y procesado de la señal.
  • Aprender metodología de análisis, diseño y caracterización experimental de circuitos electrónicos específicos de sistemas de detección.
  • Conocer los efectos de la radiación y el ruido en los dispositivos y circuitos electrónicos.

2.2. Resultados de aprendizaje

El estudiante, para superar esta asignatura, deberá demostrar los siguientes resultados:

  • El estudiante es capaz de describir el espectro de energía de diferentes fuentes de radiación y distinguir las señales que deja la interacción de la radiación en los materiales usados comúnmente como detectores.
  • El estudiante es capaz de identificar el detector más adecuado para cada tipo de radiación, rango de energía o propósito.
  • El estudiante conoce cómo la carga eléctrica, calor o luz producidos en un detector por la radiación se convierten en un pulso eléctrico.
  • El estudiante es capaz de calcular el efecto del ruido electrónico sobre las medidas de tiempo y amplitud.
  • El estudiante es capaz de analizar y diseñar un circuito electrónico analógico de conformación de pulsos para mediciones de amplitud y tiempo.
  • El estudiante es capaz de diseñar sistemas de digitalización de pulsos.
  • El estudiante es capaz de configurar un sistema completo de medida de radiación ionizante.
  • El estudiante es capaz de calcular los efectos de la radiación en dispositivos semiconductores.
  • El estudiante es capaz de utilizar diferentes equipos de detección en el laboratorio e interpretar los resultados.

2.3. Importancia de los resultados de aprendizaje

Esta asignatura enseñará al estudiante a diseñar, montar, poner a punto y realizar experimentos en un laboratorio científico. Le dotará de una formación básica pero sólida sobre la física y electrónica necesaria para entender el funcionamiento y operación de los principales tipos de detectores de radiación. Esto debería permitirle en el futuro aprender y utilizar correctamente nuevas técnicas de detección en laboratorios de universidades, centros de investigación, industrias, hospitales, etc. En resumen, consolidará sus habilidades experimentales adquiridas en el grado o licenciatura.

3. Evaluación

3.1. Tipo de pruebas y su valor sobre la nota final y criterios de evaluación para cada prueba

El estudiante deberá demostrar que ha alcanzado los resultados de aprendizaje previstos mediante las siguientes actividades de evaluacion

Evaluación continua del aprendizaje del estudiante mediante la resolución de problemas, cuestiones y otras actividades propuestas por el profesorado de la asignatura. Esta actividad supondrá un 50% de la nota final.

La asignatura tendrá varias sesiones prácticas en el laboratorio. Los estudiantes deberán entregar informes escritos de la labor realizada en el laboratorio. Esta actividad supondrá un 50% de la nota.

Superación de la asignatura mediante una prueba global única

La asignatura ha sido diseñada para estudiantes que asistan a las clases presenciales en el aula y en el laboratorio, y realicen las actividades de evaluación anteriormente expuestas. Sin embargo, habrá también una prueba de evaluación para aquellos estudiantes que no hayan realizado las actividades de evaluación o no las hayan superado.

Esta prueba de evaluación global se realizará en las fechas establecidas por la Facultad de Ciencias y consistirán en dos partes:

  1. Una prueba teórico-práctica con problemas y cuestiones relacionados con los principales conceptos discutidos en la asignatura. El estudiante dispondrá de 90 minutos para realizar la prueba y esta supondrá el 50% de la nota final.
  2. Un ejercicio práctico en el que se pedirá al estudiante que describa los elementos y configuración de un montaje experimental utilizado en la asignatura y que, a continuación, lo monte y ponga a punto en el laboratorio. El estudiante dispondrá de 90 minutos para realizar la prueba y esta supondrá el 50% de la nota final.

Calificación de Matrícula de Honor

La calificación de Matrícula de Honor se podrá otorgar, siguiendo la normativa vigente, entre los alumnos que hayan obtenido el Sobresaliente más alto y, en caso de duda, se propondrá un trabajo específico de carácter opcional.

4. Metodología, actividades de aprendizaje, programa y recursos

4.1. Presentación metodológica general

El proceso de aprendizaje que se ha diseñado para esta asignatura se basa en lo siguiente:

Esta asignatura está organizada combinando clases teóricas, de problemas y prácticas. La estrategia elegida por el profesorado para alcanzar los objetivos planteados será clases teóricas en el aula para introducir los conocimientos básicos requeridos para resolver problemas y aprender a afrontar los problemas y dificultades de un laboratorio. A lo largo del curso se intercalarán clases interactivas de resolución de problemas y sesiones de trabajo en el laboratorio.

La asignatura está organizada en tres actividades: clases teóricas (3 ECTS), clases interactivas de resolución de problemas (1 ECTS) y trabajo en el laboratorio (1 ECTS).

4.2. Actividades de aprendizaje

El programa que se ofrece al estudiante para ayudarle a lograr los resultados previstos comprende las siguientes actividades:

  • Clases teóricas sobre los principales conceptos.
  • Clases interactivas de resolución de problemas.
  • Sesiones de trabajo en el laboratorio. El estudiante realizará experimentos y redactará informes con los resultados obtenidos.

Las actividades docentes y de evaluación se llevarán a cabo de modo presencial salvo que, debido a la situación sanitaria, las disposiciones emitidas por las autoridades competentes y por la Universidad de Zaragoza dispongan realizarlas de forma telemática

4.3. Programa

  1. Fuentes de radiación e interacciones
  2. Fundamentos físicos y propiedades generales de los detectores de radiación
  3. Detectores de gas, detectores de centelleo, semiconductores, bolómetros y detectores híbridos
  4. Espectroscopia de radiación.
  5. Aplicaciones de sistemas de detección.
  6. Introducción a la electrónica de detección 
  7. Adquisición de señales 
  8. Procesado analógico de pulsos
  9. Procesado digital de pulsos
  10. Efecto de la radiación en circuitos
  11. Arquitecturas de detectores de radiación

4.4. Planificación de las actividades de aprendizaje y calendario de fechas clave

Calendario de sesiones presenciales y presentación de trabajos

Las fechas serán establecidas y anunciadas por los profesores al inicio del curso. 

Las clases comenzarán y finalizarán en las fechas indicadas por la Facultad de Ciencias.

  • Clases de teoría y problemas: 4 sesiones por semana. Fechas a decidir.
  • Clases de laboratorio: serán anunciadas por los profesores al comienzo del curso.
  • Sesiones de evaluación: fechas a decidir. 

4.5. Bibliografía y recursos recomendados