7 sujets IRFU/DEDIP

Dernière mise à jour : 20-05-2022


• Electronique et microélectronique - Optoélectronique

• Informatique et logiciels

• Physique des particules

 

CONCEPTION D’UN NOUVEAU CONVERTISSEUR ANALOGIQUE NUMERIQUE POUR LES NOUVELLES EXPERIENCES DE PHYSIQUE NUCLEAIRE

SL-DRF-22-0525

Domaine de recherche : Electronique et microélectronique - Optoélectronique
Laboratoire d'accueil :

Département d’Electronique, des Détecteurs et d’Informatique pour la physique (DEDIP)

Systèmes Temps Réel, Electronique d’Acquisition et Microélectronique (STREAM)

Saclay

Contact :

Florent BOUYJOU

Damien NEYRET

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2022

Contact :

Florent BOUYJOU
CEA - DRF/IRFU/DEDIP/STREAM

+33 1 69 08 74 50

Directeur de thèse :

Damien NEYRET
CEA - DRF/IRFU/DPhN/LSN

01 69 08 75 52

Labo : https://irfu.cea.fr/dedip/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_service.php?id_unit=5&voir=groupe

Dans les expériences de physique des hautes énergies actuelles et futures : upgrade des grands détecteurs auprès du LHC et expériences sur les futurs collisionneurs, la granularité des détecteurs de particule continue d’augmenter et l’utilisation de circuits intégrés submicroniques multicanaux est devenu un standard. De plus en plus, les signaux issus des détecteurs devront être numérisés par des circuits de lectures et véhiculés loin de l’expérience par des liens ultra-rapides. Le développement de nouveaux convertisseurs analogique numérique (ADC) rapides et basses consommation fonctionnant dans des environnements souvent extrêmes, en particulier en termes de radiations est un défi. Situés à l’intérieur des détecteurs, les ADC en subissent en effet les contraintes environnementales : variation de température, vieillissement et radiation. La tendance a été jusqu’ici d’essayer de rendre les réponses de ces circuits le plus stables et indépendantes des variations des paramètres environnementaux (T°, dose et temps) et technologiques (variation de process et mismatch). Une autre piste consiste à établir des tables de calibration précises « téléchargeables » dans l’ASIC rendu générique au cours de l’évolution des conditions ou générées automatiquement par l’ASIC.
Conception d'un nouveau circuit de lecture pour détecteur hybride à forte densité

SL-DRF-22-0303

Domaine de recherche : Electronique et microélectronique - Optoélectronique
Laboratoire d'accueil :

Département d’Electronique, des Détecteurs et d’Informatique pour la physique (DEDIP)

Systèmes Temps Réel, Electronique d’Acquisition et Microélectronique (STREAM)

Saclay

Contact :

David Baudin

Olivier Limousin

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2022

Contact :

David Baudin
CEA - DRF/DEDIP/STREAM

0169083647

Directeur de thèse :

Olivier Limousin
CEA - DRF/IRFU

0169086294

Labo : https://irfu-i.cea.fr/dedip/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_groupe.php?id_groupe=3755

Notre façon d’observer le ciel à drastiquement changée avec l’émergence de l’astronomie multi-messagés. Dans le but de détecter efficacement les contreparties électromagnétiques des ondes gravitationnelles provenant des objets les plus compacte, nous avons besoin de nouveaux instruments poussant les limitations de sensibilité et de résolution angulaires dans le domaine des rayon X durs pour une détection rapide avec peu de confusion de source.



Pour poursuivre les progrès de l’optique en rayon-X, de nouveau détecteur de forte surface et de faible pas doivent être inventés. Dans un objectif similaire, l’exploration du système solaire, que ce soit pour la météo spatiale ou pour l’exploration lunaire et martienne, bénéficieraient de tels détecteurs miniature X et gamma.



Un tel défi dois tout d’abord être relevé au niveau de l’électronique frontale et de son interconnexion avec son détecteur.



Cette thèse consiste dans le développement d’un nouveau circuit microélectronique (ASIC) s’interconnectant à un détecteur semiconducteur (CdTe ou Si). Ce circuit serait une matrice de 32 x 32 pixels au pas de 250 µm dont chacun des pixel embarquerait une système de lecture de charge complet.

Notre équipe de recherche développe depuis 2011 un nouveau concept de détecteurs hybrides appelés MC2 (Mini CdTe on Chip) s’appuyant sur des technologies 3D de type WDoD (wireless die on die) et devant supporter l’environnement thermomécanique et radiatif d’une mission spatiale. L’ambition est de réaliser des grands plans focaux aux performances inégalées en spectro-imagerie résolue en temps et en polarimétrie, au service des prochaines découvertes de l’astrophysique X et gamma et de la physique des éruptions solaires.



La technologie visée est le nœud 180 nm de XFAB, particulièrement attractif pour des missions spatiales grâce à sa pérennité commerciale et son cout abordable. Cette technologie constitue une alternative viable à l’AMS 350 nm largement utilisée pour les missions spatiales telle que SVOM (ECLAIRS) et Solar Orbiter (STIX). De plus, cette technologie a été rapatriée récemment en France, une perspective intéressante pour l’optimisation de la conception dans les années à venir.



Grâce à deux thèses, notre groupe a conçu deux générations de circuits dans cette technologie, qui ont montrés de très bon résultats, prometteurs pour l’intégration d’une chaîne spectroscopic auto-déclenchée, avec un très faible niveau de bruit dans des pixels de 250 x 250 µm². D’un point de vu système, ces circuits ont aussi montrées la nécessité de développer de nouveau blocs et de revoir en profondeurs les circuits développer pour atteindre des performances bas bruit ultimes.



Ainsi, l’objectif principal de cette thèse est d’apporter de nouvelles solution pour une matrice de pixel de 250 µm de pas, aboutable sur 2 côtés, avec une optimisation modulaire de sa lecture.

Algorithmes d'IA sobre pour la spectrométrie gamma dédiée à la mesure de terrain

SL-DRF-22-0521

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

Département d’Electronique, des Détecteurs et d’Informatique pour la physique (DEDIP)

Laboratoire ingénierie logicielle et applications spécifiques (LILAS)

Saclay

Contact :

Jérôme BOBIN

Christophe BOBIN

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2022

Contact :

Jérôme BOBIN
CEA - DRF/IRFU/DEDIP/LILAS

0169084463

Directeur de thèse :

Christophe BOBIN
CEA - DRT/DM2I/LNHB/LMA

0169082964

Page perso : http://www.jerome-bobin.fr

L’analyse par spectrométrie gamma est une technique classique utilisée pour l’identification et la quantification de radionucléides dans une source radioactive dans des applications stratégiques telles que la surveillance aux frontières, le démantèlement, etc. Les méthodes actuelles d’analyse sont fondées sur le démélange spectral, utilisant une bibliothèque de spectres caractéristiques (signatures spectrales), pour chaque radionucléide à identifier. Le cas des mesures de terrain sur des dispositifs portables posent des défis algorithmiques de taille. D’une part, les signatures spectrales sont fixées, limitant fortement la robustesse des algorithmes d’identification à la variabilité des conditions de mesures de terrain ; les phénomènes d’atténuation ou de diffusion autour d’une source radioactive conduisent à de fortes distorsions des spectres mesurés. D’autre part, tant la faible quantité de données disponibles pour caractériser la grande variété des signatures mesurables sur le terrain, que l’utilisation de dispositifs portables requiert le développement d’algorithmes d’apprentissage automatique. L’objectif de la thèse est le développement d’une solution algorithmique combinant des algorithmes rapides avec un modèle d’apprentissage automatique sobre, requérant peu de données d’apprentissage, pour l’estimation conjointe des activités et des signatures spectrales des radionucléides à identifier. Cette solution sera développée de sorte à être implémentée sur un système numérique embarqué sobre en énergie (FPGA). Les travaux de thèse porteront également sur l’évaluation du bilan performances d’analyse (détection et identification) et sobriété énergétique.
Fusion de données multi/hyperspectrales par apprentissage machine, application à l’imagerie X en astrophysique

SL-DRF-22-0805

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

Département d’Electronique, des Détecteurs et d’Informatique pour la physique (DEDIP)

Laboratoire ingénierie logicielle et applications spécifiques (LILAS)

Saclay

Contact :

Jérôme BOBIN

Fabio Acero

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2022

Contact :

Jérôme BOBIN
CEA - DRF/IRFU/DEDIP/LILAS

0169084463

Directeur de thèse :

Fabio Acero
CEA - DRF/IRFU/DAP/LEPCHE

0169084705

Avec l’avènement en astrophysique de télescopes embarquant divers instruments multi/hyperspectraux apportant des modalités de mesures complémentaires, le développement de méthodes de fusion de données adaptées ouvre la voie à une nouvelle approche pour la reconstruction d’images présentant à la fois une haute résolution spectrale et spatial, élément clef pour une exploitation optimale des données fournies par ces instruments. L’objectif de ce projet doctoral est le développement de méthodes de fusion de données permettant la prise en compte de toute la complexité des images multimodales réelles: couverture incomplète des images à analyser, bruits complexes. A cette fin, nous développerons des méthodes inspirées de méthodes récentes en machine learning (algorithm unrolling). Cette approche permettra la construction d’algorithmes hybrides permettant de prendre en compte l’intégralité de la complexité des mesures et l’apprentissage de régularisations apprises adaptées aux données à reconstruire, permettant ainsi un gain significatif de l’interprétabilité et de l’exploitabilité des résultats. Les outils développés seront appliqués et validés à des données simulées réalistes du télescope en X Athena ainsi qu’aux données réelles du télescope XRISM.
Développement d'un détecteur PICOSEC-Micromegas pour ENUBET

SL-DRF-22-0811

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

Département d’Electronique, des Détecteurs et d’Informatique pour la physique (DEDIP)

DÉtecteurs: PHYsique et Simulation (DEPHYS)

Saclay

Contact :

Thomas PAPAEVANGELOU

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-05-2022

Contact :

Thomas PAPAEVANGELOU
CEA - DRF/IRFU/DEDIP/DEPHYS

01 69 08 2648

Directeur de thèse :

Thomas PAPAEVANGELOU
CEA - DRF/IRFU/DEDIP/DEPHYS

01 69 08 2648

Le projet ENUBET (Enhanced NeUtrino BEams from kaon Tagging) vise à construire un faisceau de neutrinos monitoré afin de réduire l'incertitude sur le flux et la section efficace des neutrinos à <1%. Face au taux élevé d'événements attendus dans ENUBET, la résolution temporelle du détecteur est essentiel pour la reconstruction des événements et la diminution du mixage des différents événements. Un échantillonnage des détecteurs sub-ns permettrait une corrélation un à un entre les positrons tagués dans la ligne de faisceau et les neutrinos tagués dans le détecteur lointain, transformant ENUBET en premier "faisceau de neutrinos tagués".



PIMENT est un projet de R&D financé par l'ANR pour développer de nouveaux instruments de détection basés sur le concept PICOSEC-Micromegas et démontrer l'impact de ces détecteurs sur les recherches en Nouvelle Physique. L'exploitation éventuelle de la technologie PICOSEC-Micromegas sera étudiée pour le taguer et les détecteurs de neutrinos de ENUBET.



Dans la cadre de la thèse proposée, le candidat retenu : a) réaliser des études de cas de physique sur l'impact de l'utilisation de la technologie PICOSEC Micromegas dans ENUBET pour différents scénarios : Les micromégas PICOSEC comme couches T0, les micromégas PICOSEC intégrés dans le callorimètre électromagnétique, l'instrumentation du dump hadronique, le tagging temporel dans le callorimètre à argon liquide ; b) participer au développement de prototypes modulaires, multi-voies (~100 de pads) équipés de nouvelles photocathodes à base de carbone avec un yield suffisant de photo-électrons, adaptés aux besoins spécifiques de chaque scénario ; c) étudier les performances temporelles des prototypes avec le laser UV fs au IRAMIS, CEA/Saclay et avec les faisceaux de particules au CERN ; d) évaluer les performances des prototypes en utilisant une nouvelle électronique, basée sur le circuit de lecture SAMPIC.

Recherche d'axion solaires avec l'International Axion Observatory avec des détecteurs Micromegas

SL-DRF-22-0310

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

Département d’Electronique, des Détecteurs et d’Informatique pour la physique (DEDIP)

DÉtecteurs: PHYsique et Simulation (DEPHYS)

Saclay

Contact :

Thomas PAPAEVANGELOU

Esther FERRER RIBAS

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2022

Contact :

Thomas PAPAEVANGELOU
CEA - DRF/IRFU/DEDIP/DEPHYS

01 69 08 2648

Directeur de thèse :

Esther FERRER RIBAS
CEA - DRF/IRFU/DEDIP/DEPHYS

0169083852

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

Labo : http://irfu.cea.fr/dedip/index.php

Voir aussi : https://iaxo.web.cern.ch/content/home-international-axion-observatory

Axions were introduced as the most promising solution in explaining the absence of Charge-Parity symmetry violation in the strong interaction. These neutral, very light particles, interact so weakly with ordinary matter that they could contribute to the Dark Matter. Axion search techniques rely on their interaction with photons. Helioscopes search for axions produced in the solar core by the conversion of plasma photons into axions giving rise to a solar axion flux at the Earth surface, with energy spectrum at the region 1-10 keV.

The International Axion Observatory (IAXO) will achieve a signal-to-background ratio of about 4-5 orders of magnitude better than most sensitive experiments today. BabyIAXO, an intermediate experimental stage of IAXO, will be hosted at DESY (Germany). BabyIAXO is conceived to test all IAXO subsystems (magnet, optics and detectors) at a relevant scale for the final system and thus serve as prototype for IAXO, but at the same time as a fully-fledged helioscope with relevant physics reach in itself, and with potential for discovery. IAXO and BabyIAXO will be equipped with X-ray optics coupled to low background X-ray detectors. The required levels of background are extremely challenging, a factor 10 better than current levels.

The PhD will work on the X-ray detector development in particular of the new generation of Micromegas detectors. The development will be focused on the optimization of the background level by a multi-approach strategy coming from ground measurements, screening campaigns of components of the detector, underground measurements, background models, in-situ background measurements as well as refinement of rejection algorithms. Physics analysis of BabyIAXO data is expected in the last year of the PhD.

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

SL-DRF-22-0642

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

Département d’Electronique, des Détecteurs et d’Informatique pour la physique (DEDIP)

DÉtecteurs: PHYsique et Simulation (DEPHYS)

Saclay

Contact :

Nicolas FOURCHES

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2021

Contact :

Nicolas FOURCHES
CEA - DRF/IRFU/DEDIP/DEPHYS

0169086164

Directeur de thèse :

Nicolas FOURCHES
CEA - DRF/IRFU/DEDIP/DEPHYS

0169086164

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 de grande impulsion transverse. Ce type de détecteur est placé près du point d’interaction. Ceci permettra de faire des mesures de précision en particulier pour des particules chargées de faible durée de vie. Nous devons par conséquent développer des matrices comprenant des pixels de dimension inférieure au micron-carré. Les technologies adéquates (DOTPIX, Pixel à Puit/Point quantique) devraient permettre une avance significative en reconstruction de trace et de vertex. Bien que le principe de ces nouveaux dispositifs ait été étudié à l’IRFU (voir référence), ce travail de doctorat devrait se focaliser sur l’étude de dispositifs réels qui devraient alors être fabriqués garce aux nanotechnologies en collaboration avec d’autres Instituts. Cela requiert l’utilisation de codes de simulation et la fabrication de structures de test. Les applications en dehors de la physique se trouvent pour l’essentiel dans l’imagerie X et les cameras holographiques dans le visible.

 

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