Nopeaa tiedonsiirtoa säteilyilmaisimiin (Väitös: DI Tuomas Poikela, 15.6.2015, tietotekniikka)
DI Tuomas Poikela kehitti Euroopan ydintutkimuskeskuksessa CERNissä nopeita elektronisia piirejä, joita voidaan hyödyntää esimerkiksi astronauttien säteilyilmaisimissa. Poikelan kehittämät piirit pystyvät siirtämään säteilyhiukkasten aika-, paikka- ja varaustiedon mahdollisimman lyhyellä viiveellä ja energiatehokkaasti.
Turun yliopiston tiedote 11.6.2015
Väitöstutkimuksessaan Poikela kehitti niin kutsuttujen hybridipikseli-ilmaisimien sisäistä tiedonsiirtoa. Näissä säteilyä mittaavissa ilmaisimissa on kaksi elektronista piiriä. Sensoripiiri havaitsee läpikulkevan säteilyhiukkasen luoden signaalin, ja lukupiiri muuttaa signaalin digitaaliseksi ja lähettää tiedon ilmaisimen käyttäjälle.
Poikela suunnitteli tutkimuksessaan digitaaliset piirirakenteet, jotka pyrkivät poimimaan lukupiiriltä vain mittaustietoa sisältävät pikselit. Tämä vähentää siirrettävän tiedon määrää. Lisäksi Poikela onnistui optimoimaan piirirakenteiden tilankäyttöä niin, että rakenteet mahtuvat 55 mikrometrin pikseliin.
– Aikaisemmissa piiriratkaisuissa luetaan usein myös pikselit, jotka eivät sisällä tietoa hiukkasista, mikä lisää siirrettävän tiedon määrää turhaan. Suunnittelemissani elektronisissa piireissä on onnistuttu parantamaan tiedon tarkkuutta, kasvattamaan mittausnopeutta sekä pienentämään pikselikokoa, Poikela kertoo.
Poikela teki väitöskirjansa CERNissä osana Medipix3-kollaboraatiota, joka tutkii muun muassa pikseli-ilmaisimien käyttöä lääketieteessä. Tutkimuksessa Poikela oli kehittämässä Timepix3-lukupiiriä, joka sisältää 65 tuhatta pikseliä, ja pystyy mittaamaan hiukkasen aika-, paikka- ja varaustietoja samanaikaisesti.
Piiri mahdollistaa pienet henkilökohtaiset säteilyilmaisimet – myös avaruudessa
Poikelan suunnittelemien tehokkaiden piirirakenteiden avulla pystytään kehittämään pieniä mutta tarkkoja säteilyilmaisimia.
– Piiriä voitaisiin käyttää esimerkiksi avaruudessa henkilökohtaisena säteilyilmaisimena eli dosimetrinä. Maan ulkopuolinen säteilykenttä sisältää lukuisia hiukkasia eri energiatasoilla, ja näiden hiukkasten tunnistaminen on oleellista avaruusdosimetriassa, Poikela sanoo.
Toisena sovelluksena Poikela mainitsee esimerkiksi suojakypärään asennettavan säteilykameran, jota voitaisiin käyttää säteilyvalvotuilla alueilla liikuttaessa tai huoltotöitä tehdessä.
– Koska suunnittelemillani piirirakenteilla tietoa voidaan siirtää energiatehokkaasti, soveltuvat ne myös joihinkin akulla toimiviin laitteisiin. Tieto säteilystä saadaan ulos piiriltä muutamassa sekunnin miljoonasosassa, ja näin ollen reaaliaikainen ympäristön tarkkailu on mahdollista, Poikela lisää.
Poikela painotti tutkimuksessaan myös digitaalisen CMOS-piiriteknologian sekä modernien suunnittelutyökalujen käyttöä.
– Koska mikropiiriteknologiat kehittyvät jatkuvasti, on suunniteltujen piirirakenteiden siirrettävyys uusiin teknologioihin tärkeää. Suunnittelemani rakenteet on tehty laitteistokuvauskielellä, mikä mahdollistaa niiden käytön myös tulevissa CMOS-teknologioissa, Poikela kuvailee.
**
Maanantaina 15. kesäkuuta 2015 kello 12 esitetään Turun yliopistossa (ICT-talo, Beta-luentosali, Joukahaisenkatu 3–5, Turku) julkisesti tarkastettavaksi DI Tuomas Poikelan väitöskirja Readout architectures for hybrid pixel detector readout chips (Lukuarkkitehtuureja hybridipikseli-ilmaisimien lukupiireille). Virallisena vastaväittäjänä toimii professori Angelo Rivetti Torinon yliopistosta Italiasta ja kustoksena professori Hannu Tenhunen Turun yliopistosta.
DI Tuomas Poikela on syntynyt vuonna 1983 ja kirjoittanut ylioppilaaksi 2003 Lyseonpuiston lukiosta Rovaniemeltä. Diplomi-insinööriksi Poikela valmistui 2010 Turun yliopistosta. Parhaillaan hän toimii piirisuunnittelijana CERNissä. Väitös kuuluu tietotekniikan alaan.