Etudes des performances et modélisation de spectromètres gamma pour l'astrophysique nucléaire

par Pierre Jean

Thèse de doctorat en Astrophysique et techniques spatiales

Sous la direction de Peter von Ballmoos.

Soutenue en 1996

à Toulouse 3 .

mots clés

Résumé

Les transitions nucleaires entre les niveaux d'energie d'un noyau excite generent des raies spectrales dans le domaine des rayons gamma, caracteristiques du noyau emetteur. L'observation de ces raies fournit des informations uniques sur les conditions physiques qui regnent dans les sources astrophysiques. Ces proprietes font de la spectroscopie gamma un outil pour l'etude de la nucleosynthese, de l'interaction du rayonnement cosmique avec le milieu interstellaire et des grands transferts d'energie dans les objets compacts. En spectroscopie gamma, les detecteurs en germanium ont, a l'heure actuelle, la meilleure resolution energetique. Cependant, durant les observations effectuees en ballon ou en satellite, ils sont exposes a un flux intense de particules energetiques et fournissent des spectres fortement bruites. La sensibilite des spectrometres pour l'astrophysique nucleaire depend non seulement de leur efficacite de detection mais aussi de leur niveau de bruit de fond pendant l'observation. Il est alors necessaire de calculer ces parametres pour estimer et optimiser les performances des futurs instruments. Des techniques de reduction de bruit de fond doivent aussi etre developpees et analysees. Le futur observatoire integral est un projet scientifique de l'agence spatiale europeenne. Il sera constitue de plusieurs instruments, dont un spectometre (spi) en germanium muni d'un systeme d'imagerie a masque code. Dans ce memoire, les performances de spi ont ete estimees, sa sensibilite permettra l'observation et probablement la decouverte de raies gamma nucleaires emises par les sources cosmiques (supernovae, galaxies actives, trous noirs). Bien que les telescopes compton aient une faible efficacite de detection, ils fournissent un faible taux de comptage de bruit de fond grace a leur principe de detection par coincidence. Une modelisation numerique a permis d'estimer les performances d'un telescope compton en germanium embarque en satellite. Un tel spectometre fournirait des images du ciel dans le domaine gamma avec une resolution angulaire d'un demi degre.

Titre traduit

Study of performances and modelization of gamma-ray spectrometers for nuclear astrophysic

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