Événements singuliers induits par des neutrons : étude expérimentale et simulation des conséquences dans un accélérateur à haute énergie et implications sur la démarche de qualification

par Matteo Cecchetto

Projet de thèse en Électronique

Sous la direction de Frédéric Wrobel.

Thèses en préparation à Montpellier , dans le cadre de I2S - Information, Structures, Systèmes , en partenariat avec IES - Institut d'Electronique et des Systèmes (laboratoire) depuis le 01-03-2018 .


  • Résumé

    Cette étude aura pour but de déterminer l'impact de l'environnement en champ mixte d'un accélérateur de particules à haute énergie sur les événements singuliers (Single Event Effects (SEE)) induits dans des composants COTS («Commercial-Off-The-Shelf »), fréquemment utilisés dans les accélérateurs. L'objectif sera l'étude spécifique de l'impact des neutrons thermiques et d'énergie intermédiaire, en commençant par leur description du point de vue de l'environnement radiatif. Les différents emplacements au sein de l'accélérateur seront comparés à d'autres environnements radiatifs, tels que l'atmosphère dans laquelle on retrouve des particules issues des rayons cosmiques. Les procédés nucléaires via lesquels les neutrons de différentes énergies induisent des SEEs dans les composants de micro-électronique seront modélisés avec des outils Monte-Carlo (par exemple FLUKA, MCNP), et intégrés à des modèles de dépôt d'énergie, afin de déterminer la probabilité de SEE associée. L'étude sera confrontée à des mesures expérimentales, et utilisée dans le contexte des démarches de qualification des équipements utilisés dans les accélérateurs à haute énergie, au niveau des composants et des systèmes. Quelques questions spécifiques auxquelles nous tenterons de répondre dans ce travail sont listées ci-après : - Dans quelle mesure les outils Monte-Carlo peuvent-ils déterminer l'impact du blindage par exemple? De plus, comment les utiliser pour déterminer la probabilité d'un SEE en fonction de l'énergie des neutrons, de la technologie employée, etc, dans des contextes expérimentaux ou en opération? - Quel est l'impact des neutrons thermiques (25 meV environ) et d'énergie intermédiaire (0.2-20 MeV) sur la sensibilité globale aux SEEs dans un environnement en champ mixte, et comment l'évaluer expérimentalement? - Comment des sources de neutrons à relativement bas coût et haute accessibilité (par exemple des sources Am-Be à 14 MeV) peuvent-elles aider à déterminer la réponse d'un composant dans un mixed-field, et peuvent-elles être utilisées pour un screening de la sensibilité de composants à des énergies plus hautes, moins accessibles?

  • Titre traduit

    Neutron induced SEEs: experimental and simulation study of impact in high-energy accelerator environment and implications on qualification approach


  • Résumé

    The study will be aimed at determining the impact of the mixed-field radiation environment present in a high-energy accelerator on the Single Event Effect (SEE) induction of advanced Commercial-Off-The-Shelf (COTS) components typically used in accelerator systems. The focus will be set on the specific impact of thermal and intermediate energy neutrons, starting with their description from a radiation environment perspective, and comparing different locations of the accelerator with other environment such at the atmospheric one, which is due to cosmic rays. The nuclear processes through which neutrons of different energies induce SEEs in micro-electronic components will be modelled with Monte Carlo tools (e.g. FLUKA, MCNP) and integrated in energy deposition models to determine the associated SEE probability. The study will be benchmarked against experimental measurements, and put in the context of the qualification approaches at component and system level used for the high-energy accelerator equipment. Some of the specific points that will be addressed in the thesis are summarized below: - how can Monte Carlo tools be used in order to assess the impact of e.g. shielding materials on the neutron environment, as well as in determining the probability of an SEE occurring as a function of the neutron energy, device technology, etc., both in the experimental and operation scenarios? - what is the impact of the thermal (~25 meV) and intermediate (0.2-20 MeV) energy neutrons on the global SEE sensitivity in a mixed-field environment, and how can it be evaluated experimentally? - how can neutrons sources with relatively low cost and high-accessibility (e.g. 14 MeV, Am-Be source) be applied to determine the response of a component in a mixed-field, and can they be used to screen the component's sensitivity to less accessible higher energies?