Sujet de stage / Master 2 Internship

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Détection "tout numérique" pour l’analyse par faisceaux d’ions

Spécialité : PHYSIQUE / Spectroscopie

Contact : KHODJA Hicham,
e-Mail : hicham.khodja@cea.fr,   Tel : +33 1 69 08 28 95
Laboratoire : NIMBE/LEEL

Stage pouvant se poursuivre en thèse : Oui
Durée du stage : 0-6 mois
Date limite de constitution de dossier : 18/04/2023

Résumé :
La spectroscopie par détection tout numérique va être implantée sur notre dispositif d'analyse par faisceaux d'ions. Nous proposons un stage qui permettra d'évaluer les performances de ce type de détection.

Sujet détaillé :
L’analyse par faisceaux d’ions (IBA : Ion Beam Analysis) est un panel de spectroscopies produites par l’interaction d’un faisceau d’ions légers dans la gamme du MeV/nucléon avec la matière. La combinaison simultanée de plusieurs de ces spectroscopies permet, après simulation des spectres associés, de reconstituer la composition chimique éventuellement résolue latéralement et en profondeur de l’échantillon examiné, et ce pour tous les éléments chimiques présents, qu’ils soient à l’état d’éléments majeurs ou de traces.

La précision de ces mesures dépend en grande partie de la qualité des signaux collectés et des statistiques de comptage des évènements donnant naissance à des rayonnements détectables (particules chargées, photons X, γ). La chaîne de détection habituellement utilisée repose sur les principes de spectroscopie nucléaire, à savoir l’association d’un détecteur avec un préamplificateur suivi d’un amplificateur analogique produisant une mise en forme pseudo-gaussienne et qui se termine par un convertisseur analogique-digital. Les signaux codés sont ensuite exploités pour construire les spectres ainsi que les cartographies latérales, la position du faisceau étant elle-même intégrée dans le processus de codage.

Afin d’améliorer la qualité des données produites, nous explorons l’usage de nouveaux modules électroniques récemment mis sur le marché, qui regroupent les étapes d’amplification et de codage et permettent des ajustements très fins des différents paramètres affectant la conversion (temps de montée, type de mise en forme, pôle zéro, restauration de la ligne de base, gestion des empilements…). Le passage à ce type de détection permet d’envisager la production de spectres de meilleure qualité de par la possibilité de discriminer la nature de la particule détectée en analysant le profil temporel du signal, ainsi que par la gestion des taux de comptage environ 10 fois plus élevés par rapport aux chaînes analogiques.

Le stage se déroulera suivant le plan suivant :
• Prise en main d’un module « tout numérique » à 16 voies d’entrées
• Tests à l’aide de générateurs de signaux simulant les sorties des détecteurs
• Étude de la réponse du module en fonction de la nature de la particule détectée
• Étude du comportement du module à très haut taux de comptage
• Qualification de la chaîne dans des expériences d’analyse

Dans le cadre de ce stage, une collaboration est prévue avec une équipe de Sorbonne Université qui a implémenté ce type de détection.
Mots clés : Théorie et traitement du signal, Électronique numérique

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