Soutenance de thèse de Robin Molle - Conception d'un moniteur faisceau diamant pour le contrôle en ligne des faisceaux d'ions pulsés

by Robin Molle (LPSC)

Friday 18 Oct 2024, 10:00 → 12:00 Europe/Paris

Amphithéâtre Laurent Puech (GreenEr)

Les travaux décrits dans cette thèse sont centrés sur le développement d’un moniteur de faisceaux pulsés d’ions (protons ou alpha de 70 MeV ) pour instrumenter la ligne recherche AX du cyclotron d’ARRONAX. L’objectif principal est de pouvoir mesurer en temps réel la charge contenue dans des trains de pulses (d’une durée de 4 ns à la fréquence 30.45 MHz) avec un marquage temporel de chaque début et fin de train pendant toute une période d’irradiation. L’exposition de ce moniteur à des hauts flux de particules (de l’ordre de 1E11 à 1E13 p/cm2/s) et à des fluences cumulées (de l’ordre de 1E14 p/cm2 ) ont orienté le projet vers l’utilisation d’un matériau semi-conducteur à grand gap : le diamant comme volume actif de détection des ions. En effet, le diamant répond à des critères de rapidité, de bas bruit, d’excellente collecte de charges et de résistance aux radiations imposés par les conditions expérimentales. Un travail de simulation (PyDiam) a tout d’abord été initié afin de comprendre les physiques mises en jeu et d’optimiser les développements technologiques inhérents à la conception du moniteur. Des études quantitatives et qualitatives ont été réalisées sous faisceaux pour caractériser le volume actif dans cet environnement hautement radiatif. Les analyses ont porté essentiellement sur la détermination de la plage de fonctionnement du détecteur en fonction du flux (critère de linéarité de la réponse) et des limites ont été posées sur sa capacité de résistance aux radiations (perte d’efficacité de détection inférieure à 15 %). Notamment, les endommagements créés dans le volume actif pour des fluences cumulées jusqu’à 1E15 p/cm2 sous faisceaux d’alpha et de protons ont fait l’objet d’une mise en place d’un protocole de tests pré- et post-irradiation. Il combine des mesures i) en spectroscopie avec une source alpha au LPSC (détermination de l’efficacité de collecte de charges (CCE)), ii) en spectroscopie RAMAN à l’Institut Néel (identification du type de défauts créés dans la structure cristalline), et iii) sous faisceaux de rayons X à l’ESRF (cartographie 2D de la réponse en courant en XBIC (Xrays Beam Induced Cur?rent)) pour une évaluation systématique et quantitative de la détérioration des performances sous faisceaux d’ions (ARRONAX). Ce travail a permis de dimensionner le volume actif et a guidé le choix d’une géométrie particulière pour instrumenter le diamant en détecteur. Enfin la caractérisation d’une électronique dédiée de lecture, de traitement et d’acquisition des signaux diamant, en laboratoire et sous faisceaux à ARRONAX, a permis la conception du détecteur final : DIAMMONI dont le fonctionnement a été validé au cours de cette thèse.

 

Lien visioconférence ZOOM pour la présentation : 

https://univ-grenoble-alpes-fr.zoom.us/j/95594655780?pwd=evstg0vNwi9G7Gjp8KpIlZBbbHn4jl.1