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Développement d’un algorithme basé sur l’intelligence artificielle pour l’inspection visuelle des modules à pixel du projet ATLAS-ITK

Spécialité

Rèseaux de neurones

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 1

Unité d'accueil

Candidature avant le

07/07/2025

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

non

Contact

Jonathan Kern

Résumé/Summary
L'objet de ce stage de césure, de 6 mois à 1 an, est de développer un algorithme basé sur des techniques d’intelligence artificielle pour automatiser l’inspection visuelle des modules à pixel à câbler dans le cadre du projet ATLAS ITK.
Sujet détaillé/Full description
LE CADRE DE TRAVAIL
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Le DEDIP (Département d'Electronique, des Détecteurs et d'Informatique pour la Physique) de l’IRFU (l’Institut de Recherche sur les lois Fondamentales de l’Univers) conçoit des systèmes d’acquisition de données pour les grandes expériences de physique fondamentale et d’astrophysique, du détecteur de particules à l’électronique d’acquisition des signaux.
Les personnels du DEDIP, physiciens et équipes de conception électronique et mécanique, imaginent et réalisent des détecteurs de particules et de rayonnements permettant une meilleure compréhension de l’infiniment petit.
L'objet de ce stage est de développer un algorithme basé sur des techniques d’intelligence artificielle pour automatiser l’inspection visuelle des modules à pixel à câbler dans le cadre du projet ATLAS ITK.

MISSION
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Intégré(e) au sein du Laboratoire d'ingénierie logicielle pour les applications scientifiques (LILAS), le stagiaire sera en charge de :
- Se former sur la problématique générale de détection d’anomalies sur des images de textures, qui est un domaine en plein essor évoluant rapidement
- Comprendre le fonctionnement de l’algorithme existant (basé sur un travail de thèse de doctorat)
- Prendre en main les différents codes existants permettant de configurer, d’entraîner l’algorithme ainsi que sa plateforme de déploiement (basé sur une application web développée en interne et déployée dans un docker swarm)
- Implémenter le plan de développement existant et l’étoffer avec des nouvelles idées pour améliorer les performances de l’algorithme
- Rédiger une documentation utilisateur et l’intégrer à l’interface

PROFIL RECHERCHE
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Le candidat est en M1 (école d’ingénieur ou université) et recherche un stage de césure de 6 mois à 1 an.
Les compétences recherchées sont :
- Maitrise de Linux et du langage Python
- Une expérience avec des packages spécialisés pour le développement d’algorithmes basés sur l’intelligence artificielle comme pytorch est fortement appréciée
- Une expérience avec l’analyse d’image en général est fortement appréciée
- Une expérience avec Docker et Swarm est un plus
- Une expérience avec les logiciels de versioning (GitLab, GitHub) est un plus

Moyens / Méthodes / Logiciels : Python, Docker, Swarm, Gitlab

Le candidat doit faire preuve de dynamisme et curiosité pour le domaine et avoir un goût prononcé pour la programmation et l’intelligence artificielle.
De plus, le candidat a le goût de l’innovation, un attrait pour les produits hors du commun et souhaite découvrir le monde de la recherche fondamentale et les métiers associés.

CANDIDATURE
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CV et lettre de motivation
Lien vers réalisations logicielles / projets passés apprécié
Compétences/Skills
- Maitrise de Linux et du langage Python - Une expérience avec des packages spécialisés pour le développement d’algorithmes basés sur l’intelligence artificielle comme pytorch est fortement appréciée - Une expérience avec l’analyse d’image en général est fortement appréciée - Une expérience avec Docker et Swarm est un plus - Une expérience avec les logiciels de versioning (GitLab, GitHub) est un plus
Logiciels
Python, Docker, Swarm, Gitlab
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Localiser les photons gamma dans les 3 dimensions d’un détecteur semi-conducteur en CdZnTe : prédictions par simulations et études expérimentales
Locating gamma photons in the 3 dimensions of a CdZnTe semiconductor detector: predictions by simulations and experimental studies

Spécialité

PHYSIQUE

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

16/04/2025

Durée

5 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

LE BRETON Rémy
+33 1 69 08 67 57

Résumé/Summary
Sujet détaillé/Full description
Plusieurs groupes dans le monde, dont le nôtre au CEA-Saclay, ont développé des concepts de spectro-imageurs X dur à base de semi-conducteurs haute densité pixélisés pour l’astrophysique (CZT pour NuSTAR, CdTe pour Solar Orbiter) ou pour des applications industrielles (Hexitec, CdTe). Leur gamme d’énergie reste toutefois limitée à environ 200 keV en raison de la faible épaisseur des cristaux et de leurs limitations intrinsèques d’exploitation. Pour repousser la gamme en énergie au-delà du MeV, il faut des cristaux plus épais associés à des bonnes propriétés de transport des porteurs de charge. Cela est actuellement possible avec du CZT, mais nécessite néanmoins de relever plusieurs défis.

Dans un détecteur pixélisé où seules les coordonnées X et Y de l’interaction sont enregistrées, augmenter l’épaisseur du cristal dégrade les performances spectrales. Obtenir l’information de profondeur d’interaction Z dans un cristal monolithique permet théoriquement de lever le verrou associé. Cela nécessite le déploiement de méthodes expérimentales, de simulations physiques, de conception de circuits de microélectronique de lecture et de méthodes d’analyse de données originales.

L’objectif du stage est une étude de faisabilité de la méthode instrumentale envisagée se basant sur la mesure simultanée des signaux à la cathode et à l’anode du détecteur. Pour cela, il s’agira d’abord de réaliser une simulation du détecteur pour prédire la forme des signaux sur les électrodes en fonction de la position d’interaction (X, Y, Z) du photon. Puis il faudra reproduire ces signaux en laboratoire à l’entrée d’une nouvelle électronique de lecture (circuit intégré conçu par notre équipe) pour valider son intérêt pour le projet ou les besoins d’évolution de la conception.

Pour mener à bien ce projet, l’étudiant pourra s’appuyer sur un environnement de simulation développé en Python et en Julia pour des détecteurs CdTe minces, ainsi que des bancs de mesure existant pour des circuits de lecture similaires. Il sera intégré dans une équipe d’ingénieurs-chercheurs avec des physiciens instrumentalistes, des concepteurs de circuits de lecture et des ingénieurs de test. Ce stage pourra se poursuivre en thèse dans l’objectif de concevoir un nouveau type de détecteur aux performances totalement inédites pour l’astrophysique gamma et pour l’industrie nucléaire.
Several groups around the world, including our own at CEA-Saclay, have developed concepts for hard X-ray imaging spectrometer based on pixelated high-density semiconductors for astrophysics (CZT for NuSTAR, CdTe for Solar Orbiter) or for industrial applications (Hexitec, CdTe). However, their energy range remains limited to around 200 keV due to the thinness of the crystals and their intrinsic operating limitations. To extend the energy range beyond MeV, thicker crystals with good charge carrier transport properties are needed. This is currently possible with CZT, but a number of challenges need to be overcome.

In a pixelated detector where only the X and Y coordinates of the interaction are recorded, increasing the thickness of the crystal degrades spectral performance. Obtaining Z interaction depth information in a monolithic crystal theoretically makes it possible to overcome the associated problem. This requires the deployment of experimental methods, physical simulations, the design of readout microelectronics circuits and original data analysis methods.

The aim of the internship is to carry out a feasibility study on the proposed instrumental method based on the simultaneous measurement of signals at the detector's cathode and anode. To do this, we will first carry out a simulation of the detector to predict the shape of the signals on the electrodes as a function of the interaction position (X, Y, Z) of the photon. These signals will then have to be reproduced in the laboratory at the input of a new electronic readout (integrated circuit designed by our team) to validate its relevance for the project or the need for design changes.

To carry out this project, the student will be able to use a simulation environment developed in Python and Julia for thin CdTe detectors, as well as existing test benches for similar readout circuits. The student will be part of a team of research engineers including instrumental physicists, readout circuit designers and test engineers. This intership could be followed by a PhD with the aim of designing a new type of detector with completely new performance for gamma-ray astrophysics and the nuclear industry.
Mots clés/Keywords
détecteur semi-conducteur, spectroscopie gamma, simulations physiques, instrumentation, électronique analogique, ASIC
semiconductor detector, gamma spectroscopy, simulations, instrumentation, analog electronics, ASIC
Compétences/Skills
simulations physiques, mesures physiques, électronique analogique
simulations, measurements, analog electronics
Logiciels
python, julia

 

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