Contexte :

L’utilisation de machines d’irradiation est indispensable à l’étude de la vulnérabilité et à la qualification de composants ou systèmes électroniques, optoélectroniques et optiques en environnement radiatif. La pertinence des études menées est liée à la maîtrise des caractéristiques des faisceaux d’irradiation telles que leurs géométries, leur homogénéité, leur flux ou spectre énergétique. Le suivi de ces caractéristiques n’est pas toujours disponible pendant l’expérimentation (in situ) faute d’instrumentation adaptée à un fonctionnement en environnement aussi extrême (radiation, température).
Les technologies à base de fibre optique permettent maintenant d’imaginer des solutions innovantes pour l’étude de caractérisation temporelle et spatiale de faisceaux : certaines fibres optiques ou capteurs à fibres optiques voient certaines de leurs propriétés (atténuation, luminescence, diffusion) évoluer sous irradiation en fonction du type ou du flux de particules tout en étant insensibles aux perturbations électromagnétiques. Ces technologies sont de plus suffisamment robustes face à des fluences élevées de particules pour garantir une durée d’exploitation pertinente dans l’installation. Ces technologies apparaissent donc comme crédibles pour développer des moyens in situ de caractérisation des faisceaux continus ou pulsés de photons, neutrons ou d’électrons utilisés au CEA, notamment dans le cadre de l’amélioration de la précision de la mesure de certains accélérateurs, ce qui permettrait de nouveaux diagnostics dosimétriques autour de générateurs pulsés de rayonnement X ou électronique.

Objectif de la thèse :

Le principal objectif de la thèse sera d’identifier et de valider les concepts pour un ou plusieurs capteurs à fibres permettant la caractérisation in situ (flux, fluence, homogénéité spatiale) des installations du CEA. Les faisceaux à caractériser sont assez différents en termes de types, flux de particules (photons, neutrons, électrons), profils temporels (continus, pulsés) et gammes énergétiques. On s’intéressera notamment, mais pas uniquement, au moyen ORIATRON en mode photon et électron et au moyen MBS générant des rayonnements équivalents à un spectre de corps noir de température comprise entre 7 et 15 keV, tous deux situés au CEA GRAMAT. Après une phase d’investigation des technologies actuelles, un effort sera mené pour instrumenter le maximum d’installations avec un nombre minimal de technologies différentes de capteurs fibrés.
L’un des objectifs de la thèse sera également de concevoir un ou plusieurs détecteurs qui pourront être utilisés pour la caractérisation d’installations expérimentales alternatives ou complémentaires de celles disponibles au CEA et de celles habituellement utilisées pour l’étude de la vulnérabilité et la qualification des composants électroniques en environnement radiatif.
Ce type de détecteur sera aussi étudié pour discriminer les différents types de particules dans un environnement donné, en fonction de sa réponse à chaque type d’interactions (par exemple rayonnements ionisants et non-ionisants).
La définition de ce type de détecteur, basé sur des propriétés optiques, sera comparée aux technologies existantes basées sur des capteurs électroniques (radfet ou autres) afin de déterminer pour chaque type de capteur son domaine d’utilisation optimale (sensibilité, linéarité, aspect discriminant, etc…).

Déroulement de la thèse :

Le travail de thèse de déroulera selon les étapes suivantes :

• Etude bibliographique.
• Identification et caractérisation des fibres optiques d’intérêt et des mécanismes d’évolution de leurs propriétés optiques sous irradiation pour différents faisceaux.
• Identification du ou des systèmes de mesure associés.
• Développement d’un ou de plusieurs prototypes intégrés.
• Définition d’une procédure de mesure et de traitement des données en ligne.
• Test du ou des prototypes sous irradiation.

Les travaux de thèse donneront lieu à des interactions régulières avec plusieurs équipes de l’unité et s’appuieront sur des collaborations externes à l’unité pour les expérimentations réalisées sous faisceaux de particules ou encore pour la simulation des mécanismes physiques.

Directeur de thèse et école doctorale

Sylvain GIRARD (Laboratoire Hubert Curien) – ED Sciences, Ingénierie, Santé (SIS) – ED 488 – Université Saint Etienne

Contact :

Philippe PAILLET – CEA/DIF – Bruyères-le-Châtel – 91297 Arpajon – 01 69 26 40 00