Etude et optimisation du plan de détection de haute énergie en Cd(Zn)Te pour la mission spatiale d'observation astronomie X et gamma SIMBOL-X

par Aline Meuris

Thèse de doctorat en Astronomie et astrophysique

Sous la direction de François Lebrun.

Soutenue en 2009

à Paris 7 .


  • Résumé

    Les étoiles au stade ultime de leur évolution sont le siège des phénomènes les plus énergétiques de l'Univers. La compréhension de leurs mécanismes repose sur l'observation notamment des rayonnements X et gamma provenant de ces astres. Le projet franco-italien Simbol-X est un nouveau concept de télescope basé sur le vol en formation de deux satellites. Cette mission spatiale associe une optique adaptée des télescopes X à des systèmes de détection issus des télescopes gamma. Le CEA de Saclay ayant contribué à des missions majeures d'astronomie spatiale gamma s'est vu confier la définition et la conception du détecteur de haute énergie (HED) de Simbol-X pour couvrir la bande spectrale de 8 à 80 keV. Deux générations de microcaméras baptisées Caliste ont été conçues, fabriquées et testées. Elles intègrent chacune un cristal à base de tellurure de cadmium (CdTe) et une électronique de lecture optimisée nommée Idef-X. La technique d'hybridation originale permet de les juxtaposer en mosaïque pour réaliser pour la première fois un plan de détection en CdTe de fine résolution spatiale (600 |jm) et de surface arbitrairement grande. A travers la mise au point de bancs de mesures et la conduite de campagnes d'essais, j'ai participé à la fabrication des prototypes Caliste et j'ai évalué leurs résolutions temporelle, spatiale et spectrale. A l'issue des expérimentations et des simulations menées, je propose une famille de détecteur, des conditions de fonctionnement et des traitements numériques à bord du satellite pour optimiser les performances du HED. Le détecteur retenu est un détecteur CdTe de type Schottky bien adapté à la spectroscopie X et gamma de haute résolution spectrale mais qui souffre de problèmes de stabilité au cours du temps sous tension. Au-delà de la mission Simbol-X, j'ai étudié théoriquement et expérimentalement ce type de détecteurs pour construire un modèle comportemental enrichi applicable à d'autres projets de spectro-imagerie gamma.

  • Titre traduit

    Study and optimisation of the high energy detector in Cd(Zn)Te of the simbol-X space mission for X and gamma astronomy


  • Résumé

    Stars in final phases of evolution are sites of highest energetic phenomena of the Universe. The understanding of their mechanisms is based on the observation of the X and gamma rays from the sources. The Simbol-X French-ltalian project is a novel concept of telescope with two satellites flying in formation. This space mission combines upgraded optics from X-ray telescopes with detection Systems from gamma-ray telescopes. CEA Saclay involved in major space missions for gamma astronomy is in charge of the definition and the design of the High Energy Detector (HED) of Simbol-X to cover the spectral range from 8 to 80 keV. Two generations of microcameras called Caliste have been designed, fabricated and tested. They integrate cadmium telluride (CdTe) crystals and optimised front-end electronics named Idef-X. The hybridization technique enables to put them side by side as a mosaic to achieve for the first time a CdTe détection plane with fine spatial resolution (600 |jm) and arbitrarily large surface. By setting up test benches and leading test campaigns, I was involved in the fabrication of Caliste prototypes and I assessed temporal, spatial and spectral resolutions. At the conclusion of experiments and simulations, I propose a detector type, operating conditions and digital processing on board the spacecraft to optimise HED performance. The best detector candidate is CdTe Schottky, well suited to high resolution spectroscopy; however, it suffers from lost in stability during biasing. Beyond Simbol-X mission, I studied theoretically and experimentally this kind of detector to build an updated model that can apply to other projects of gamma spectroscopy and imaging.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (303 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : 147 réf.

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  • Bibliothèque : Université Paris Diderot - Paris 7. Service commun de la documentation. Bibliothèque Universitaire des Grands Moulins.
  • PEB soumis à condition
  • Cote : TS (2009) 201

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  • PEB soumis à condition
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