5 sujets IRFU/DEDIP

Dernière mise à jour : 29-11-2020


• Data intelligence dont Intelligence Artificielle

• Electronique et microélectronique - Optoélectronique

• Neutronique

• Physique des particules

 

Machine learning pour le démélange des signaux gravitationnels de l'interféromètre LISA

SL-DRF-21-0300

Domaine de recherche : Data intelligence dont Intelligence Artificielle
Laboratoire d'accueil :

Département d’Electronique, des Détecteurs et d’Informatique pour la physique (DEDIP)

Laboratoire ingénierie logicielle et applications spécifiques (LILAS)

Saclay

Contact :

Jérôme Bobin

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2021

Contact :

Jérôme Bobin
CEA - DRF/IRFU/DEDIP/LILAS

0169084463

Directeur de thèse :

Jérôme Bobin
CEA - DRF/IRFU/DEDIP/LILAS

0169084463

Page perso : www.jerome-bobin.fr

Suite aux premières détections directes d’ondes gravitationnelles en 2015, couronnées par le prix Nobel de Physique 2017, une nouvelle fenêtre d'observation de notre Univers s’est ouverte. A la différence des interféromètres au sol, l’observatoire spatial LISA (Laser Interferometer Space Antenna) sera sensible à un grand nombre de signaux de nature physique distincte : systèmes binaires galactiques, trous noirs supermassifs, systèmes binaires à rapports de masses élevés, etc. Cette richesse pose un défi majeur d’analyse de données : le démélange de nombreux évènements gravitationnels et de nature physique différente. L’objectif de cette est de développer la première méthode de démélange pour l’analyse des données LISA. L’approche proposée utilise des représentations des signaux adaptées à chaque catégorie d’évènements, tirant partie de la différence de morphologie de leurs signatures temporelles. La construction de ces représentations fera appel à des méthodes d’apprentissage automatique (machine learning) avancées. La méthode proposée sera évaluée par une participation aux LISA Data Challenges (LDC).
Conception d’un nouveau Convertisseur Analogique Numérique auto-calibré par Machine Learning

SL-DRF-21-0349

Domaine de recherche : Electronique et microélectronique - Optoélectronique
Laboratoire d'accueil :

Département d’Electronique, des Détecteurs et d’Informatique pour la physique (DEDIP)

Systèmes Temps Réel, Electronique d’Acquisition et Microélectronique (STREAM)

Saclay

Contact :

Fabrice Guilloux

Philippe Schwemling

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Fabrice Guilloux
CEA - DRF/IRFU/DEDIP/STREAM

33 1 69 08 67 31

Directeur de thèse :

Philippe Schwemling
CEA - DRF/IRFU/DPHP/Atlas

33 1 69 08 85 85

Labo : http://irfu.cea.fr/dedip/index.php

Dans les expériences de physique des hautes énergies actuelles et futures (tel le LHC au CERN), les grands détecteurs de particules utilisent des circuits intégrés sub-microniques dont les signaux sont numérisés très en amont de la chaine de traitement et véhiculés loin de l’expérience par des liens ultra-rapides. Le développement de nouveaux convertisseurs analogique numérique (ADC) performants dans des environnements souvent extrêmes, en particulier en termes de radiations est un défi. La tendance a été jusqu’ici d’essayer de rendre les réponses de ces circuits les plus stables et indépendantes des variations de paramètres environnementaux et technologiques. Une autre piste consiste à établir des tables de calibration précises « téléchargeables » dans l’ASIC au cours de l’évolution des conditions ou générées automatiquement par l’ASIC.



Cette génération des paramètres de calibration, dans ou hors ASIC, est envisageable dans le cadre de l’apprentissage automatique ou Machine Learning (ML).



L’approche innovante pour cette thèse est d’appréhender à la fois la complexité matérielle d’un ADC et l’analyse logicielle en réalisant les algorithmes de ML aboutissant à la calibration de l’ADC. Finalement, avec une calibration efficace, il sera même possible d'envisager améliorer les performances de l’ADC en utilisant de multiples voies d’ADC inter-calibrées et ainsi d’atteindre des performances (vitesse de conversion et/ou résolution) inaccessibles à un ADC unique.
Conception d’un nouveau circuit de lecture pour des détecteurs hybrides fortement pixélisés destinés à des applications spatiales de spectro-imagerie et polarimétrie dans la bande des rayons X durs.

SL-DRF-21-0346

Domaine de recherche : Electronique et microélectronique - Optoélectronique
Laboratoire d'accueil :

Département d’Electronique, des Détecteurs et d’Informatique pour la physique (DEDIP)

Systèmes Temps Réel, Electronique d’Acquisition et Microélectronique (STREAM)

Saclay

Contact :

Olivier GEVIN

Olivier LIMOUSIN

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Olivier GEVIN
CEA - DSM/IRFU/SEDI

0169081716

Directeur de thèse :

Olivier LIMOUSIN
CEA - DRF/IRFU/DAP/LSIS

01 64 50 15 03

Cette thèse d’instrumentation spatiale consiste à concevoir un circuit microélectronique matriciel intégrant de nombreuses fonctions analogiques et numériques dans des pixels de 250 µm de côté pour la lecture de détecteurs semi-conducteurs en CdTe ou en silicium.

Notre équipe de recherche développe depuis 2011 un nouveau concept de détecteurs hybrides appelés MC2 (Mini CdTe on Chip) s’appuyant sur des technologies 3D de type WDoD (TM) (wireless die on die) et devant supporter l’environnement thermomécanique et radiatif d’une mission spatiale. L’ambition est de réaliser des grands plans focaux aux performances inégalées en spectro-imagerie résolue en temps et en polarimétrie, au service des prochaines découvertes de l’astrophysique X et gamma et de la physique des éruptions solaires.

La technologie microélectronique visée est la technologie XFAB 180 nm, particulièrement attractive pour des applications spatiales du fait de sa disponibilité commerciale pérenne et abordable et de sa bonne tenue aux radiations. Elle constitue un choix crédible comme alternative à la technologie AMS 0.35 µm, massivement exploitée jusqu’à présent par notre groupe, notamment pour les projets spatiaux SVOM (gamma caméra ECLAIRs) et Solar Orbiter (télescope X STIX). Les futures générations de nos détecteurs pourront bénéficier de cette technologie avantageuse en R&D autant qu’en production même dans les cas où la tenue à la dose est importante.

Deux générations de circuits matriciels réalisés dans la technologie XFAB 180 nm ont montré des résultats très prometteurs pour intégrer des chaînes de spectroscopie autodéclenchées ultra bas bruit et basse consommation dans un pixel de 250 µm de côté. Ces circuits ont montré également la nécessité de concevoir, de caractériser et d’optimiser plusieurs fonctions critiques au niveau du pixel, des blocs communs et des opérateurs inter-pixels afin d’obtenir une meilleure uniformité de réponse et le niveau de bruit ultime recherché. L’objectif de la thèse est d’apporter des solutions innovantes et performantes pour un nouveau circuit de 32 x 32 pixels au pas de 250 µm, aboutable sur 2 côtés, avec une interface optimisée et une architecture modulaire pour être intégré dans un module de détection spatialisable.

Des retombées de ces développements sont également envisagées dans le domaine médical, notamment pour la tomographie du cancer du sein ainsi que dans le domaine de la surveillance environnementale dans le domaine nucléaire.

Imagerie neutronique et beta avec des détecteurs Micromegas à lecture optique

SL-DRF-21-0319

Domaine de recherche : Neutronique
Laboratoire d'accueil :

Département d’Electronique, des Détecteurs et d’Informatique pour la physique (DEDIP)

DÉtecteurs: PHYsique et Simulation (DEPHYS)

Saclay

Contact :

Thomas PAPAEVANGELOU

Esther FERRER RIBAS

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Thomas PAPAEVANGELOU
CEA - DRF/IRFU/DEDIP/DEPHYS

01 69 08 2648

Directeur de thèse :

Esther FERRER RIBAS
CEA - DRF/IRFU/DEDIP/DEPHYS

0169083852

Page perso : http://irfu.cea.fr/Pisp/esther.ferrer-ribas/

Labo : http://irfu.cea.fr/dedip/index.php

Recent developments have shown that coupling a Micromegas gaseous detector on a glass substrate with a transparent anode and a CCD camera enable the optical readout of Micromegas detectors with an impressive spatial resolution showing that the glass Micromegas detector is well-suited for imaging. This feasibility test has been effectuated with low-X-ray photons permitting energy resolved imaging. This test opens the way to different applications. Here we will focus, on one hand, on neutron imaging for non-destructive examination of highly gamma-ray emitting objects, such as fresh irradiated nuclear fuel or radioactive waste and on the other hand, we would like to develop a beta imager at the cell level in the field of anticancerous drug studies.

Both applications require gas simulations to optimize light yields, optimization of the camera operation mode and design of the detectors in view of the specific constraints of reactor dismantling and medical applications: spatial resolution and strong gamma suppression for neutron imaging and precise rate and energy spectrum measurements for the beta. The image acquisition will be optimized for each case and dedicated processing algorithms will be developed.

Recherche d'axion solaires avec l'International Axion Observatory avec des détecteurs Micromegas

SL-DRF-21-0302

Domaine de recherche : Physique des particules
Laboratoire d'accueil :

Département d’Electronique, des Détecteurs et d’Informatique pour la physique (DEDIP)

DÉtecteurs: PHYsique et Simulation (DEPHYS)

Saclay

Contact :

Thomas PAPAEVANGELOU

Esther FERRER RIBAS

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Thomas PAPAEVANGELOU
CEA - DRF/IRFU/DEDIP/DEPHYS

01 69 08 2648

Directeur de thèse :

Esther FERRER RIBAS
CEA - DRF/IRFU/DEDIP/DEPHYS

0169083852

Page perso : http://irfu.cea.fr/Pisp/esther.ferrer-ribas/

Labo : http://irfu.cea.fr/dedip/index.php

Voir aussi : https://iaxo.web.cern.ch/content/home-international-axion-observatory

Axions were introduced as the most promising solution in explaining the absence of Charge-Parity symmetry violation in the strong interaction. These neutral, very light particles, interact so weakly with ordinary matter that they could contribute to the Dark Matter. Axion search techniques rely on their interaction with photons. Helioscopes search for axions produced in the solar core by the conversion of plasma photons into axions giving rise to a solar axion flux at the Earth surface, with energy spectrum at the region 1-10 keV.

The International Axion Observatory (IAXO) will achieve a signal-to-background ratio of about 4-5 orders of magnitude better than most sensitive experiments today. BabyIAXO, an intermediate experimental stage of IAXO, will be hosted at DESY (Germany). BabyIAXO is conceived to test all IAXO subsystems (magnet, optics and detectors) at a relevant scale for the final system and thus serve as prototype for IAXO, but at the same time as a fully-fledged helioscope with relevant physics reach in itself, and with potential for discovery. IAXO and BabyIAXO will be equipped with X-ray optics coupled to low background X-ray detectors. The required levels of background are extremely challenging, a factor 10 better than current levels.

The PhD will work on the X-ray detector development in particular of the new generation of Micromegas detectors. The development will be focused on the optimization of the background level by a multi-approach strategy coming from ground measurements, screening campaigns of components of the detector, underground measurements, background models, in-situ background measurements as well as refinement of rejection algorithms. Physics analysis of BabyIAXO data is expected in the last year of the PhD.

 

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