Développement et applications de détecteurs gazeux à micro-pistes pour la tomographie muonique

par Christopher Filosa

Projet de thèse en Physique des particules

Sous la direction de Sebastien Procureur.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Particules, hadrons, énergie et noyaux: Instrumentation, Imagerie, Cosmos et Simulation , en partenariat avec DSM-Institut de Recherche sur les lois fondamentales de l'Univers (Irfu) (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2016 .


  • Résumé

    Les détecteurs gazeux à micro-pistes, issus de la R&D en physique des hautes énergies, possèdent une excellente résolution spatiale (~100 microns) et temporelle (<10ns). Jusqu'à maintenant, leur utilisation était néanmoins limitée aux expériences en laboratoire, essentiellement à cause de la quantité d'électronique embarquée. Nous avons récemment levé cette limitation grâce à un concept innovant de multiplexage qui réduit considérablement l'électronique nécessaire. Nous proposons donc de développer ce concept, et de l'appliquer à l'imagerie pénétrante utilisant le rayonnement cosmique naturel (tomographie muonique). Nous avons d'ailleurs réalisé en 2015 la première expérience d'imagerie en extérieur avec un télescope muonique constitué de ces détecteurs, améliorant d'un facteur 10 à 50 la résolution des télescopes existants. Le but est désormais d'installer ces détecteurs sur le terrain, par exemple pour l'exploration archéologique, la cartographie de volcans, le génie civil ou la sécurité du territoire. Après s'être familiarisé(e) avec le détecteur et la simulation de son fonctionnement, l'étudiant(e) réalisera la tomographie muonique de plusieurs objets afin de quantifier les performances d'imagerie en fonction de divers paramètres (densités, géométrie du dispositif, durée d'acquisition). Il/Elle implémentera des algorithmes de reconstruction, et les testera sur des données réelles et des simulations. Son travail portera également sur l'autonomisation des détecteurs (gaz, optimisation de la consommation électrique), et la réalisation de tests hors labo, sur un ou des sites à définir (tumulus, volcans ou autre).

  • Titre traduit

    Development and applications of micro-pattern gaseous detectors for muon tomography


  • Résumé

    Micro-pattern gaseous detectors, initially developed for high energy physics, have an excellent spatial (~100 microns) and time (<10ns) resolutions. However, they have only been used so far in laboratory experiments, essentially because of the required electronics. We recently avoided this limitation thanks to an innovative multiplexing technique which considerably reduces the size of the electronics. We propose to develop this concept, and apply it to penetrating imaging using natural cosmic rays (muon tomography). In 2015 we have conducted the first imaging, outside experiment with such a muon telescope, improving by a factor 10-50 the resolution of existing instruments. We now aim at installing these detectors in the field, for example for archeology, volcanology, civil engineering or homeland security. The student will first familiarize himself/herself with the detector and its simulation. He/She will then perform the muon imaging of several objects, in order to quantify the performance of these detectors as a function of various parameters (densities, experimental setup, acquisition time). He/She will implement reconstruction algorithms, and will test them both on real data and simulations. A part of his/her work will also focus on the detectors empowerment (gas, optimization of the electric consumption), and the realization of out lab tests, on sites to be defined (tumulus, volcanology, or other).