Caliste-MM: A new spectro-polarimeter for soft X-rays astrophysics
 
DAP/DEDIP
Jeudi 26/10/2017, 14h30-15h30
Bat 774, amphithéâtre Claude Bloch, CEA Saclay, Orme des Merisiers

Effectuer des mesures de polarimétrie des rayons X provenant de sources astrophysiques permettrait d'obtenir de nombreuses informations sur les objets émetteurs : géométrie des disques d'accrétion de pulsars, champ magnétique au coeur des restes de supernovae ou encore détermination du spin des trous noirs. Ces informations fondamentales sont pour l'instant inaccessibles à cause de l'absence de polarimètres X performants. L'utilisation de l'effet photo-électrique pour effectuer de la mesure spectro-polarimétrique des rayons X mous dans la bande d’énergie de 1 keV à 15 keV apparaît comme une approche bien plus adaptée que l'utilisation de la diffraction de Bragg ou de la diffusion Thomson. La polarimétrie par le truchement de l'effet photo-électrique repose sur la mesure de la direction d'éjection du photo-électron, laquelle est modulée par la direction de polarisation de la lumière incidente. Il s’agit alors de construire un détecteur permettant un recul suffisant des photo-électrons afin de reconstruire leurs traces, et les détecteurs gazeux sont par nature des candidats idéaux.

Cette thèse traite du développement et de la caractérisation d’un spectro-polarimètre à rayons X-mous d’un genre entièrement nouveau : Caliste-MM. Il consiste en un détecteur gazeux appelé piggyback associé à une électronique de lecture miniature baptisée Caliste. L’une des principales innovations de ce détecteur tient au fait que son électronique de lecture est située en dehors du milieu gazeux. Les charges créées dans le piggyback diffusent dans une couche résistive répandue sur une céramique venant fermer le détecteur gazeux. Le module électronique Caliste enregistre le signal qui se répand dans la couche résistive à travers la céramique et une fine lame d'air par induction capacitive. Le détecteur est composé de deux parties complètement indépendantes : conversion de la lumière et amplification par le piggyback, et lecture du signal par le Caliste. Les deux peuvent alors être développées indépendamment l'une de l'autre, l'électronique étant protégée des étincelles développées dans le détecteur grâce à la couche résistive du piggyback. Les caractéristiques détaillées du détecteur sont étudiées et présentées. Des modèles analytiques sont comparés aux résultats obtenus afin d'expliciter les phénomènes physiques responsables de la topologie des évènements enregistrés. Les différentes méthodes pour obtenir une trace reconstructible issue de photo-électrons sont aussi étudiées : utilisation d'une électronique de lecture plus finement pixelisée (utilisant ainsi pleinement le concept d'électronique découplée), test en basse pression ou utilisation de gaz légers comme l'Helium ou le Néon. Enfin, grâce à des mesures effectuées sur le faisceau 100% polarisé de la ligne Métrologie du synchrotron SOLEIL, le facteur de modulation du détecteur est mesuré et présenté à différentes énergies de 6 à 12 keV. Une mesure du facteur de modulation de 92% à 8 keV prouve le potentiel de ce nouveau spectro-polarimètre et l’intérêt de son concept innovant.

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