Réalisation de grands plans de détection pixelisés pour l’astronomie gamma : contribution à l’étude et à la réalisation du module XRDPIX pour l’instrument ECLAIRs sur la mission spatiale SVOM

Student : LACOMBE Karine

Advisor : ATTEIA Jean-Luc

Start : Novembre 2014

Group : GAHEC

Nous proposons une étude des problèmes posés par la réalisation de grands plans de détection nécessaires à l’étude des sources cosmiques de rayons X durs et gamma. De par leur nature même, les rayons X et gamma sont difficilement focalisables, ce qui a conduit à l’utilisation généralisée d’optiques à masque codé dans ce domaine de longueur d’onde. Si elles présentent plusieurs propriétés intéressantes, comme une relative simplicité de réalisation ou la couverture de grands champs de vue, ces optiques nécessitent en contrepartie des plans de détection pixélisés de grande dimension, typiquement 1000 cm2 ou plus, composés de plusieurs milliers de détecteurs.

La solution pratique adoptée pour la réalisation de tels plans de détection consiste à développer des modules constitués de quelques dizaines de détecteurs connectés à une électronique de type ASIC. C’est la solution qui a été adoptée pour l’instrument ECLAIRs du satellite SVOM dont le plan de détection est développé à l’IRAP, dans la lignée des instruments IBIS (satellite INTEGRAL de l’ESA) et BAT (satellite Swift de la NASA). La réalisation de tels modules demande toutefois de surmonter plusieurs défis scientifiques et technologiques.

La thèse est articulée en trois parties :

  • Une première partie introductive assez conséquente qui comprend un exposé général de la problématique scientifique et des choix instrumentaux effectués pour l’instrument ECLAIRs, une présentation des propriétés physiques des détecteurs choisis et une présentation de l’électronique ASIC, ainsi qu’une discussion autour de la problématique de l’adéquation entre l’électronique et les détecteurs pour obtenir les performances désirées.
  • Le corps de la thèse portera ensuite sur la conception des modules XRDPIX et les problèmes posés par l’hybridation des détecteurs et de l’électronique sur un même circuit intégré, ainsi que sur les tests de performance menés sur ces modules. Dans cette seconde partie l’étudiant montrera comment les objectifs scientifiques de l’instrument ECLAIRs, les propriétés physiques des détecteurs choisis et les caractéristiques de l’électronique ont été pris en compte à chaque étape de la réalisation du circuit intégré qui constitue la base du module de détection, pour garantir la performance finale. Il/elle accordera une place importante à une discussion des mesures et des essais à réaliser pour valider la performance finale des modules tout au long de la séquence qui va de leur conception à leur réalisation.
  • Dans la dernière partie, les perspectives ouvertes par l’existence de ces modules pour la réalisation de grands plans de détection seront évoquées, à la fois dans le contexte du projet ECLAIRs, mais aussi de façon plus générale. Les difficultés posées par la construction de plans de détection d’une surface proche du mètre-carré seront discutées.

Le travail est réalisé sous la direction de J-L. Attéia, responsable scientifique de l’instrument ECLAIRs, en étroite collaboration avec une équipe d’une dizaine de personnes (ingénieurs et scientifiques) travaillant au développement de l’instrument ECLAIRs.

Search