Etudes de systèmes d'anti-coïncidence pour les missions spatiales X et Gamma, Simbol-X, IXO et Astro-H

par Julien Chabaud

Thèse de doctorat en [Champs, particules, matières]

Sous la direction de Philippe Laurent.

Soutenue en 2012

à Paris 7 .

mots clés

• Physique des hautes énergies
• Spectroscopie en phase gazeuse
• Rayons X
• Photodiodes
• Radioastronomie

Résumé

L'astronomie X permet de comprendre et d'explorer les phénomènes les plus énergétiques de notre univers. Les performances scientifiques des futures missions X nécessitent un détecteur avec un niveau très faible de fond, et sa réduction devient un enjeu majeur pour l'obtention de hautes performances des télescopes spatiaux. Cela implique des simulations approfondies et des systèmes de rejet efficaces. Il nécessite également une très bonne connaissance des détecteurs qui seront protégés. Durant ma thèse, j'ai acquis une forte expérience en participant à la conception, les tests et l'optimisation de la protection active et passive de la mission Simbol-X, un téléscope spatial franco-italien dédié à l'observation des rayons X, dans la gamme d'énergie 0,1 à 80 keV. Ce blindage est composé de scintillateurs plastiques et de fibres optiques collées sur celui-ci et d'une lecture par photomultiplicateur multi-anode. J'étais également responsable d'effectuer les essais de performance des détecteurs et de simulations avec les logiciels Monte-Carlo GEANT4 et SLitrani. Le projet Simbol-X a cessé en Mars 2009. Considérant que notre travail sur Simbol-X peut être étendu à d'autres missions X, nous avons suivi une R&D CNES sur l'étude des systèmes de rejet de fond en vue du télescope IXO/HXI, dont le système d'anticoïncidence est constitué d'un cristal de BGO lu par un photodiode. J'ai également participé à la conception et aux tests du modèle de laboratoire de ce système, refroidi grâce à un système Peltier. J'ai également contribué à l'étude d'un cristal de LaBr3, un nouveau type de détecteur scintillant, qui semble très prometteur pour les futurs systèmes de réduction de fond.

Titre traduit

Studies of anticoincidence systems for X-ray and Gamma-ray space missions, simbol-X, IXO and astro-H

Résumé

X-ray astronomy allows us to understand and explore the most energetic phenomena in the Universe. The scientific performances of future hard X-ray missions necessitate a very low detector background reduction is thus a main issue for obtaining high performance space telescopes. This implies thorough background simulations, and efficient rejection systems. It necessitates also a very good knowledge of the detectors to be shielded. During my PHD, I got a strong experience on these issues by participating to the conception, tests and optimization of the active and passive shielding of the Simbol-X mission, a French-Italian space telescope dedicated to observe the X-ray sky, in the 0. 1 to 80 keV energy band. This shielding is made of plastic scintillators with optical fibers glued on it and readout by multi-anode photomultiplier. I was also responsible of performing the detectors performance tests and the consequent simulations with the GEANT4 and SLitrani Monte-Carlo simulation software. The Simbol-X project has stopped in March 2009. Considering that our work on Simbol-X may be naturally extended to other X-ray missions, we have followed up with a CNES R&D project on the study of background rejection systems mainly in view the IXO/HXI telescope, whose anticoincidence is constituted by BGO blocks readout by APD diods. During my PHD, I have then also participated to the conception and test of the laboratory model of this anticoincidence, cooled down to -20°C thanks to a Peltier system. I have also contributed to the study of LaBr3 detectors, a new kind of scintillating detector, which seems very promising for future background reduction systems.