3 sujets IRFU/DEDIP

Dernière mise à jour : 19-04-2018


• Physique des particules

 

Développement de Picosec Micromegas pour les environnements à haut flux de particules

SL-DRF-18-0579

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

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

DÉtecteurs: PHYsique et Simulation (DEPHYS)

Saclay

Contact :

Thomas PAPAEVANGELOU

Esther FERRER RIBAS

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-03-2018

Contact :

Thomas PAPAEVANGELOU

CEA - DRF/IRFU/SEDI/DEPHYS

01 69 08 2648

Directeur de thèse :

Esther FERRER RIBAS

CEA - DRF/IRFU/SEDI/DEPHYS

0169083852

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

Labo : http://irfu.cea.fr/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_service.php?id_unit=5

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.

Développement d’un nouvel instrument de tomographie muonique pour les applications sociétales

SL-DRF-18-0288

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

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

DÉtecteurs: PHYsique et Simulation (DEPHYS)

Saclay

Contact :

David Attié

Sébastien Procureur

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

David Attié

CEA - DRF/IRFU/SEDI/DEPHYS

(+33)(0)1 69 08 11 14

Directeur de thèse :

Sébastien Procureur

CEA - DRF/IRFU/SPhN/CLAS

(+33)(0)1 69 08 39 22

Voir aussi : https://www.nature.com/articles/nature24647

La tomographie muonique, ou muographie, consiste à utiliser les muons cosmiques pour imager des objets en profondeur. Ces muons très énergétiques, produits dans les gerbes de particules issues de l'interaction entre le rayonnement cosmique et l'atmosphère, sont en effet capables de traverser plusieurs centaines de mètres de roche avant d’être absorbés. Les progrès considérables réalisés ces dernières années sur les détecteurs de particules (résolution spatiale, robustesse, électronique associée, etc.) ont récemment suscité un vif intérêt pour la muographie dans de très nombreuses disciplines.



Un premier prototype de télescope à muons a été réalisé et testé en 2015 en utilisant des détecteurs gazeux à micro-pistes (Micromegas) et un système breveté de multiplexage. L'année suivante, trois télescopes à muons ont été déployés autour de la Pyramide de Khéops en Egypte, démontrant leur robustesse dans des conditions extrêmes (température, poussière, etc.). Leur détection du "ScanPyramids Big Void" en combinaison des instruments Japonais situés dans la pyramide constitue une première mondiale pour des télescopes à l'extérieur.



De ces développements successifs sont apparus de forts intérêts de la part d'industriels et de scientifiques pour cette technologie. Mais à l’instar des télescopes optiques, les instruments développés actuellement sont assez directionnels et relativement peu compacts. Une alternative élégante consiste à utiliser une chambre à projection temporelle (TPC) qui permet de reconstruire les trajectoires de manière plus précise et presque isotrope.



L’objectif de cette thèse est donc de concevoir, réaliser, et tester en conditions réelles un tel instrument. L’un des enjeux majeurs concerne l’autonomie de la TPC, en particulier sa consommation en gaz, mais aussi sa stabilité de fonctionnement en extérieur. Une TPC scellée ou semi-scellée avec un système de purification du gaz, transportable, et résistante aux variations environnementales constituerait une avancée majeure à la fois en muographie mais plus généralement pour les détecteurs gazeux.



L’étudiant(e) sera ainsi amené(e) à couvrir un large spectre d’activités (conception, intégration, caractérisation de détecteurs, électronique, analyse de données, simulation, etc.) lui permettant d’acquérir des compétences dans de multiples domaines de la physique expérimentale. La taille réduite de l’équipe (environ 6 personnes) assurera également à l’étudiant(e) une grande visibilité dans son travail.

Vers un detecteur pixel à haute resolution spatiale pour l'identification de particules: contribution de nouveaux détecteurs à la physique

SL-DRF-18-0701

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

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

DÉtecteurs: PHYsique et Simulation (DEPHYS)

Saclay

Contact :

Nicolas FOURCHES

Paul COLAS

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2018

Contact :

Nicolas FOURCHES

CEA - DRF/IRFU/SEDI/DEPHYS

0169086164

Directeur de thèse :

Paul COLAS

CEA - DSM/IRFU/SPP/ILC

0169086155

Voir aussi : https://doi.org/10.1109/TED.2017.2670681

Les expériences de physique des particules sur les futurs collisionneurs linéaires à e-e+ nécessitent des progrès dans la résolution spatiale des détecteurs de vertex (jusqu’au micron), ceci afin de déterminer précisément les vertex primaires et secondaires pour des particules à dont la l’impulsion transverse est grande.Ce type de détecteur est positionné au plus près du point d'interaction.Ceci nous donnera l’opportunité de faire des mesures précises de durée de particules à durée assez courtes comme le quark b (b-tagging) et les taus. Les recherches sur les dimensions supplémentaires bénéficieront d’un tel détecteur. Les technologies nécessaires à la mise en œuvre de ces détecteurs doivent être étudiées de manière plus approfondie et, dans un délai limité, conduire à un prototype sur lequel les principales caractéristiques peuvent être évaluées. De telles technologies (TRAMOS, DOTPIX) sont sur le point de donner une avancée significative à la détection de vertex et les efforts dans ce sens devraient être poursuivis. Le domaine de la physique que ces détecteurs ouvrent devra être passé en revue et développé. En particulier ce type de détecteur ouvre la possibilité de détection directe de particules de durée de vie de l'ordre de la ps. Cela nécessite une couche de pixels proche du point d'interaction pour une détection directe. Ces détecteurs devront être utilisés de préférence sur les collisionneurs e+e- où le bruit de fond hadronique est plus faible.
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