Dernière mise à jour : 23-08-2017

4 sujets IRFU/SEDI

• Informatique et logiciels

• Physique des particules

 

Développement d’outils d’aide à l’expertise en spectrométrie gamma

SL-DRF-17-0744

Domaine de recherche : Informatique et logiciels
Laboratoire d'accueil :

Service d'Electronique, des Détecteurs et d'Informatique (SEDI)

Laboratoire CosmoStat (LCS)

Saclay

Contact :

Jérôme Bobin

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Jérôme Bobin

CEA - DSM/IRFU/SEDI/LCS

0169084463

Directeur de thèse :

Jérôme Bobin

CEA - DSM/IRFU/SEDI/LCS

0169084463

Page perso : http://jbobin.cosmostat.org/

Labo : http://www.cosmostat.org

Voir aussi : http://jbobin.cosmostat.org/Jobs/these_spectro_gamma.pdf

La spectrome´trie gamma a pour objectif d’identifier et de quantifier les radionucle´ides e´metteurs gamma pre´sents dans un e´chantillon. Elle fournit a` la me´trologie nucle´aire une me´thode d’analyse rapide et non destructive, elle est une brique indispensable pour la surveillance des installations du cycle du combustible en fonctionnement normal ou accidentel. L'analyse des données en spectrométrie gamma joue donc un rôle primordial pour la détection et l'identification de radionucléides dans l'environnement. Dans ce contexte, cette thèse a pour objectif le développement de nouveaux outils d'analyse de données spectrométriques, en particulier fondés sur les méthodes de démélange spectral. Cette thèse conduira également à la mise en oeuvre de méthodes modernes de classification pour la détection/l'identification d'équilibres anormaux dans les chaines de radioactivité naturelle. Ces développements auront pour but une analyse plus rapide et plus précise des spectres en milieu naturels, facilitant ainsi l'aide à la décision.

Séparation non-supervisée de composantes multivaluées parcimonieuses et applications en astrophysique

SL-DRF-17-0047

Domaine de recherche : Informatique et logiciels
Laboratoire d'accueil :

Service d'Electronique, des Détecteurs et d'Informatique (SEDI)

Laboratoire CosmoStat (LCS)

Saclay

Contact :

Jérôme Bobin

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Jérôme Bobin

CEA - DSM/IRFU/SEDI/LCS

0169084463

Directeur de thèse :

Jérôme Bobin

CEA - DSM/IRFU/SEDI/LCS

0169084463

Page perso : http://jbobin.cosmostat.org/

Labo : http://www.cosmostat.org

De nos jours, la séparation de composantes est l'un des outils clef de l'analyse de données dans des applications aussi diverses que le traitement de signaux audio ou l'analyse d'image. L'astrophysique est l'un des domaines où les besoins de telles méthodes est le plus fort: les missions à venir fourniront des données hétérogènes de grande taille dont l'analyse permettra de répondre à des questions fondamentales en astrophysique. Plus précisément, l'analyse de telles données requiert la résolution de problèmes complexes tels que la séparation non-supervisée de composantes. Cette thèse a pour objet le développement de nouvelles modèles pour la séparation de composantes en astrophysique, en particulier dans le cas de données tensorielles (2D spatiale x longueur d'onde x temps), ainsi que le développement d'algorithmes de séparation robustes. Ces travaux feront appels à la modélisation parcimonieuse des signaux ainsi qu'aux méthodes d'optimisation les plus récentes (algorithmes proximaux). Les méthodes numériques seront appliquées aux données du satellite Planck ainsi qu'au données du téléscope X Chandra.

Détecteur Pixel MOS à Grille Piégeante

SL-DRF-17-0892

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

Service d'Electronique, des Détecteurs et d'Informatique (SEDI)

DÉtecteurs: PHYsique et Simulation

Saclay

Contact :

Nicolas FOURCHES

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2017

Contact :

Nicolas FOURCHES

CEA - DRF/IRFU/SEDI/DEPHYS

0169086164

Directeur de thèse :

Nicolas FOURCHES

CEA - DRF/IRFU/SEDI/DEPHYS

0169086164

Labo : http://irfu.cea.fr/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_groupe.php?id_groupe=3757

Voir aussi : https://www.renatech.org/fr/accueil/

Motivations



Une des motivations première de cette proposition de thèse provient de la physique des particules. Les détecteurs de vertex actuels ne satisfont pas la plupart des exigences techniques requises en particulier en termes de compacité et de vitesse, de résolution point à point en dépit de progrès réalisés avec des capteurs CMOS, en ce qui concerne la résolution spatiale. Récemment I'IRFU a proposé un nouveau dispositif fondé sur les principes de fonctionnement différents du capteur CMOS. La principale caractéristique de ce dispositif est d'éliminer la diode de collecte remplacée par une grille de type nouveau, nommée ici grille piégeante (DTG, ou Deep Trapping Gate), donnant naissance à un nouveau dispositif MOS, le TRAMOS (Trapping Mos). Cela conduit à réduire significativement les dimensions du pixel, par l’empilement du transistor de lecture et de l’électrode de détection et l’élimination du transistor de polarisation. Des simulations ont montré la validité du principe [1-2-3]. Les applications en dehors de la physique de base pourraient inclure l'imagerie, de la lumière visible aux photons X, surtout quand une tolérance élevée aux radiations ionisantes et non ionisantes est requise. De par sa compacité et son mode de fonctionnement pour la première variante, la tolérance aux défauts de déplacements devrait être beaucoup plus grande que pour les capteurs CMOS classiques (MAPS [4]).

Les autres technologies étudiées jusqu'à présent sont basées sur les capteurs CMOS (pour lequel l'Irfu / Saclay a été impliqué), les CCD et la DEPFET (FET déserté). Le capteur CMOS utilise une diode pn en tant qu’élément détecteur. Le DEPFET utilise la modulation du canal par la charge localisée dans un puit de potentiel, et les CCD le transfert de charge entre deux cellules voisines. La seule technologie pixel qui soit implémentée à une large échelle est cela basée sur l’hybridation d’un détecteur silicium sur un puce silicium, mais la taille de ces détecteurs limite leur résolution spatiale, malgré de bonnes performances en vitesse de lecture. Ces technologies une à une ne satisfont pas toutes les contraintes réunies : vitesse, réduction des dimensions et tolérance aux rayonnements an particulier hadroniques. Jusqu'à présent, seuls les détecteurs CMOS entièrement intégrés à l’électronique de lecture ont une résolution spatiale suffisante malgré une tolérance aux défauts de déplacement trop limitée. Une solution globale bonne pour les détecteurs pixels devrait être un point de départ pour un développement réussi, le TRAMOS est alors une solution. D’autres pixels basés sur des matériaux dont les défauts d’irradiation peuvent recuire à des températures suffisamment basses comme le germanium sont une alternative crédible qui pourra être étudiée parallèlement aux détecteurs TRAMOS, essentiellement par simulation si le temps et les moyens le permettent.



CONTENU DU TRAVAIL DE THESE :



Les trois années devraient principalement être dévolues au développement technologique de ces structures de détection, en utilisant principalement les facilités fournies par certaines plates-formes technologiques (CNRS-CEA). Le travail proposé devrait inclure des simulations TCAD (technologiques) et les mesures des structures de test et sous certaines conditions l’étude des effets des rayonnements sur les (s) dispositifs développés. A l'issue de cette période, le (la) candidat(e) aura acquis des connaissances nouvelles et une expérience certaine dans les domaines de la détection de particules et de la physique et technologie des semiconducteurs. Les caractérisations électriques et structurales des dispositifs seront nécessaires au cours de l'avancement du travail de thèse en collaboration avec les laboratoires partenaires. Après quoi, plus fondamentalement, le (la) candidate devra simuler physiquement le fonctionnement d’un tel détecteur et évaluer son potentiel pour la physique des particules, le collisionneur linéaire international (ILC) étant l'objectif principal, les futures expériences LHC étant un objectif à court terme. D'autres applications de ces technologies sont l'astrophysique, la physique nucléaire et de physique médicale. Une bonne formation en physique fondamentale sera nécessaire, ou devrait être acquise au cours de l'avancement des travaux en vue de défendre le travail sous la forme d’une thèse générale et d’importance. Un des buts du travail de ce travail est d’obtenir des éléments permettant de déterminer quel type de pixel est le plus adapté à court et à long termes aux exigences de la physique des particules, au cours du travail, de thèse il devrait être possible de choisir entre un développement final pour deux variantes de départ de pixels TRAMOS. Dans un premier temps le travail de thèse concernera l’étude préalable de deux options permettant le fonctionnement du TRAMOS. Au préalable un travail expérimental de petite ampleur devra être fait pour s’assurer de fonctionnalité physique de la grille piègeante, au moyen de mesures électriques et optiques essentiellement.

[1] “A novel CMOS detector based on a deep trapping gate”, Nicolas T. Fourches, Nucl. Sci. Symp. Conf. Rec. (NSS/MIC, 2010), p 655-658, 2010, Knoxville, Tennessee: http://10.1109/NSSMIC.2010.5873840

[2] “Silicon MOS Pixel Based on the Deep Trapping Gate Principle: Design and Material Science Challenges”, Nicolas T. Fourches et al. http://arxiv.org/abs/1412.8043

[3] "“Ultimate Pixel Based on a Single Transistor with Deep Trapping Gate”, N. T. Fourches, 2017, accepted ,to be published in TED

[4] “Device simulation of Monolithic Active Pixel Sensors: Radiation damage effects”, NT. Fourches, Nuclear Science Symposium Record, Pages 2523-2529, and in IEEE Transactions On Nuclear Science, Vol. 56, No.6, December 2009, Pages 3743-3751, http://10.1109/TNS.2009.2031540









Développement d’un Micromegas ultra-rapide pour les applications à haut flux de particules

SL-DRF-17-1060

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

Service d'Electronique, des Détecteurs et d'Informatique (SEDI)

DÉtecteurs: PHYsique et Simulation

Saclay

Contact :

Thomas PAPAEVANGELOU

Esther FERRER RIBAS

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Thomas PAPAEVANGELOU

CEA - DRF/IRFU/SEDI/DEPHYS

01 69 08 2648

Directeur de thèse :

Esther FERRER RIBAS

CEA - DRF/IRFU/SEDI/DEPHYS

0169083852

Labo : http://irfu.cea.fr/

La réponse temporelle requise dans des expériences de physique sera de l’ordre de plusieurs dizaines de picosecondes pour des Particules au minimum d’Ionisantion (MIP) dans les conditions de l’exploitation future du LHC à haute luminosité (HL-LHC). Dans certains cas, la haute précision temporelle doit coexister avec des taux élevés et des conditions de forte dose. De nombreuses applications en dehors de la physique des hautes énergies profiteraient également de cette précision, comme l’imagerie médicale.



Les Micro-Pattern Gaseous Detectors (MPGD) sont de détecteurs gazeux qui conviennent aux instruments de grandes surfaces fonctionnant sur des environnements de haut flux de particules, mais leurs performances temporelles intrinsèques sont limitées à quelques nanosecondes pour MIP. Afin d’atteindre l’amélioration souhaitée de ~2 ordres de grandeur, nous avons couplé un Micromegas avec un radiateur Cerenkov (crystal MgF2) équipé de CsI, et nous avons réduit l’écart de l’espace de dérive du détecteur à 200 microns. Les premiers tests effectués avec un prototype à anode unique ont montré des résultats très prometteurs. La problématique principale pour cette solution est la fragilité de la photocathode sous l’effet des rayonnements. Nous avons l’intention d’étudier des solutions alternatives au CsI basées sur les revêtements minces nanocristallin diamant comme photocathode, ou, basées sur des couches plus épaisses comme émetteur secondaire (rendement de 2-3 photoélectrons par MIP requis).



Dans la cadre de la thèse proposée, le candidat retenu : a) travaillera sur le développement d’un prototype de canaux multiples (quelques dizaines de bandes ou de pads) ; b) participera à l’élaboration des photocathodes basées sur du diamant, avec suffisamment d’efficacité de production des photoélectrons et étudiera les émetteurs secondaires en diamant comme alternative ; c) développera une plateforme permettant de mesurer l’efficacité quantique de la photocathode et étudiera la performance temporelle du prototype au laser UV femto-seconde à l’IRAMIS et au CERN avec un faisceau de muons; d) effectuera des études de cas de physique sur des données simulées, pour une application possible de la technologie aux systèmes de détection d’ATLAS.

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