Caliste-3D CZT: développement d'un spectro-imageur gamma miniature, monolithique et hybride à e[...]

CEA; Saclay; Sur place; EUR 40 000 - 60 000; Plein temps

Résumé du poste

Un institut de recherche à Saclay recherche un candidat pour une thèse sur le développement d'un spectro-imageur gamma. Ce projet vise à améliorer la détection dans le domaine de l'astrophysique et nécessite une formation en électronique et physique. Le candidat doit avoir un Master ou un diplôme d'ingénieur. Disponibilité: septembre 2025.

Qualifications

• Formation recommandée : Master ou diplôme d’ingénieur sur des thématiques liées à l'électronique et la physique.

Responsabilités

• Développer un détecteur '3D' polyvalent pour l'astrophysique et la physique nucléaire.
• Améliorer l'efficacité de détection dans la gamme 100 keV à 1 MeV.

Connaissances

Électronique analogique

Électronique numérique

Photonique

Optique

Physique des détecteurs

Traitement du signal

Formation

Master ou diplôme d'ingénieur

Description du poste

Description du sujet de thèse

Domaine

Défis technologiques

Sujets de thèse

Caliste-3D CZT: développement d\'un spectro-imageur gamma miniature, monolithique et hybride à efficacité améliorée dans la gamme 100 keV à 1 MeV et optimisé pour la détection de l\'effet Compton et la localisation sous-pixel

Contrat

Thèse

Description de l\'offre

L\'observation multi-longueur d\'onde des sources astrophysiques est la clé d\'une compréhension globale des processus physiques en jeu. En raison de contraintes instrumentales, la bande spectrale de 0,1 à 1 MeV est celle qui souffre le plus d\'une sensibilité insuffisante de détection dans les observatoires existants. Ce domaine permet d\'observer les noyaux actifs de galaxies les plus enfouis et les plus lointains pour mieux comprendre la formation et l\'évolution des galaxies à des échelles cosmologiques. Il relève des processus de nucléosynthèse des éléments lourds de notre Univers et l\'origine des rayons cosmiques omniprésents dans l\'Univers. La difficulté intrinsèque de la détection dans ce domaine spectral réside dans l\'absorption de ces photons très énergétiques après des interactions multiples dans le matériau. Cela requiert une bonne efficacité de détection mais également une bonne localisation de toutes les interactions pour en déduire la direction et l\'énergie du photon incident. Ces enjeux de détection sont identiques pour d\'autres applications à fort impact sociétal et environnemental : le démantèlement et l\'assainissement des installations nucléaires, le suivi de la qualité de l\'air, la dosimétrie en radiothérapie.

Cette thèse d\'instrumentation a pour objectif de développer un détecteur "3D" polyvalent, exploitable dans les domaines de l\'astrophysique et de la physique nucléaire, avec une meilleure efficacité de détection dans la gamme 100 keV à 1 MeV et des évènements Compton, ainsi que la possibilité de localiser les interactions dans le détecteur à mieux que la taille d\'un pixel.

Plusieurs groupes dans le monde, dont le nôtre, ont développé des spectro-imageurs X dur à base de semi-conducteurs haute densité pixélisés pour l\'astrophysique (CZT pour NuSTAR, CdTe pour Solar Orbiter et Hitomi), pour le synchrotron (Hexitec UK, RAL) ou pour des applications industrielles (Timepix, ADVACAM). Leur gamme d\'énergie reste toutefois limitée à environ 200 keV (sauf pour Timepix) 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.

• Le premier défi était la capacité des industriels à fabriquer des cristaux de CZT homogènes épais. Les avancées dans ce domaine depuis plus de 20 ans nous permettent aujourd\'hui d\'envisager des détecteurs jusqu\'à au moins 10 mm d\'épaisseur (Redlen, Kromek).
• Le principal défi technique restant est l\'estimation précise de la charge générée par interaction d\'un photon dans le semi-conducteur. 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. De plus, la capacité à localiser les interactions dans le détecteur à mieux que la taille d\'un pixel contribue à résoudre ce défi.

Université / école doctorale

Astronomie et Astrophysique d\'Île de France (ED A&A)
Paris-Saclay

Localisation du sujet de thèse

Site

Saclay

Critères candidat

Formation recommandée

Master ou diplôme d\'ingénieur sur une ou plusieurs des thématiques suivantes : électronique analogique, électronique numérique, photonique, optique, physique des détecteurs, mesures physiques, traitement du signal.

Demandeur

Disponibilité du poste

01/09/2025

Personne à contacter par le candidat

Le Breton Rémy [e-mail]
CEA
DRF/IRFU

Tuteur / Responsable de thèse

Meuris Aline [e-mail]
CEA
DRF/IRFU/DAP/LSAS
Orme des Merisiers - bâtiment 709
CEA Saclay
01 69 08 12 73

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