Le Département d'Électronique des Détecteurs et d'Informatique pour la Physique

Dans les expériences de physique des hautes énergies actuelles et futures (jouvence des grands détecteurs auprès du LHC et expériences sur les futurs collisionneurs), la granularité des détecteurs de particules continue d’augmenter et l’utilisation de circuits intégrés submicroniques multicanaux est devenue un standard.

Cette granularité a été particulièrement poussée dans le domaine des détecteurs de traces pixelisés en technologie “Monolithic Active Pixel Sensor” (MAPS) où la taille des pixels peut être de seulement 10 x 10 µm2. Ces petits pixels permettent d’atteindre des résolutions spatiales record ou daméliorer grandement la résistance aux radiations du détecteur de trace, au prix d’une très grande quantité des données produite. Cette grande quantité de données est acceptable là où la résolution spatiale doit être maximale mais peut être rédhibitoire quand cela n’est pas nécessaire ou que les contraintes d’espace et de consommation imposent de limiter le nombre de liens rapides de lecture.

Chaque expérience nécessite donc à chaque fois de redéfinir le couple taille de pixel - architecture de l’électronique de lecture intégrée au détecteur pour s’ajuster aux exigences de taux d’occupation de chaque expérience de physique et des possibilités de relecture des détecteurs.

Une innovation majeure dans le développement des détecteurs pixélisés pour la physique des particules est de décorréler la matrice de détection de pixels du débit des données envoyées.

Au sein d’une équipe développant des MAPS depuis 1999, l’objectif pour la thèse est d’étudier dans un premier temps l’architecture existante des détecteurs de traces afin d’en comprendre les limitations en termes notamment de tenue aux radiations. Dans un deuxième temps, la thèse se focalisera sur les options de regroupement d’information, d’évaluer selon ces options l’impact sur la réduction de données mais aussi sur la perte d’information induite.

Cette réflexion sera soutenue par la conception de larchitecture d’un système sur puce incluant loptimisation d’une matrice de pixels et le traitement numérique, validant dans un circuit intégré le travail réalisé.

Pour ce faire, cette thèse visera spécifiquement une des grandes expériences au Centre Européen pour la Recherche Nucléaire (CERN) : le détecteur « Upstream Tracker » pour l’Expérience du LHC sur le quark beauté (LHCb).

Des développements récents ont montré que le couplage dun détecteur gazeux Micromegas sur un substrat en verre avec une anode transparente et une caméra CCD permet la lecture optique des détecteurs Micromegas avec une résolution spatiale impressionnante. Ce test montre que le détecteur Micromegas en verre est bien adapté à limagerie. Des tests ont été réalisé avec des photons de rayons X faibles permettant une imagerie résolue en énergie ouvrant la voie à différentes applications. Nous nous concentrerons ici, dune part, sur limagerie neutronique pour lexamen non destructif dobjets fortement émetteurs de rayons gamma, tels que le combustible nucléaire fraîchement irradié ou les déchets radioactifs et, dautre part, nous aimerions développer un imageur bêta au niveau cellulaire dans le domaine de létude des médicaments anticancéreux.
Ces deux applications nécessitent des simulations pour optimiser les rendements lumineux, loptimisation du mode de fonctionnement de la caméra et la conception des détecteurs compte tenu des contraintes spécifiques du démantèlement des réacteurs et des applications médicales : résolution spatiale et forte suppression des rayons gamma pour limagerie neutronique et mesures précises du taux et du spectre dénergie pour le bêta. Lacquisition des images sera optimisée pour chaque cas et des algorithmes de traitement dédiés seront développés.