Micromegas à lecture optique: reconstruction événement par événement et détection durable // Advanced optical Micromegas detectors:single particle tracking, enhanced light detection and sustainable gas operation

Les détecteurs Micromegas sont des détecteurs gazeux utilisés en physique des particules et en physique nucléaire. La lecture optique consiste à observer, à l’aide d’une caméra, la lumière émise lors de l’amplification des électrons dans le détecteur. Cette technique offre de nouvelles possibilités pour visualiser l’ionisation et reconstruire les événements, notamment les trajectoires des particules. Cependant, les mélanges gazeux utilisés reposent souvent sur le CF4, un gaz à fort impact climatique, ce qui motive la recherche de solutions alternatives.
L’objectif de cette thèse est de développer une nouvelle génération de Micromegas à lecture optique, permettant une reconstruction des événements événement par événement, tout en améliorant les performances et la durabilité du détecteur. Le travail portera sur l’optimisation de la production et de la collecte de lumière, le développement d’algorithmes de reconstruction d’images et l’étude de matériaux décalant la longueur d’onde (wavelength shifters). Ces matériaux pourraient permettre d’utiliser des mélanges gazeux sans CF4. Leur vieillissement et leur stabilité à long terme seront également étudiés. Enfin, un système de recirculation et de purification des gaz sera développé afin de réduire leur consommation.
Les résultats attendus sont la démonstration de nouvelles capacités de reconstruction optique, la validation de solutions permettant de réduire ou de supprimer l’utilisation du CF4 et le développement d’un prototype plus performant et durable. Ces avancées pourraient trouver des applications en imagerie neutronique, en imagérie beta et en physique de particules.

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Micromegas detectors are gaseous detectors used in particle physics and nuclear physics. Optical readout consists of observing, with a camera, the light emitted during electron amplification inside the detector. This technique opens up new possibilities for visualising ionisation and reconstructing events, particularly particle trajectories. However, the gas mixtures used often rely on CF4, a gas with a high global warming potential, motivating the search for alternative solutions.
The aim of this PhD project is to develop a new generation of optical Micromegas detectors capable of reconstructing events on an event-by-event basis, while improving detector performance and sustainability. The work will focus on optimising light production and collection, developing image reconstruction algorithms, and investigating wavelength-shifting materials. These materials could enable the use of CF4-free gas mixtures. Their ageing and long-term stability will also be studied. Finally, a gas recirculation and purification system will be developed to reduce gas consumption.
The expected outcomes include demonstrating new optical event reconstruction capabilities, validating solutions to reduce or eliminate the use of CF4, and developing a more efficient and sustainable detector prototype. These advances could find applications in neutron imaging, beta imaging and particle physics.

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Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’univers
Service : Département d’Electronique, des Détecteurs et d’Informatique pour la physique
Laboratoire : DÉtecteurs: PHYsique et Simulation
Date de début souhaitée : 01-10-2027
Ecole doctorale : PHENIICS (PHENIICS)
Directeur de thèse : FERRER RIBAS Esther
Organisme : CEA
Laboratoire : DRF/IRFU/DEDIP/DEPHYS
URL : https://irfu.cea.fr/Pisp/esther.ferrer-ribas/
URL : https://irfu.cea.fr/

Public/private mixed funding

Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’univers
Service : Département d’Electronique, des Détecteurs et d’Informatique pour la physique

M2 ou equivalant en Physique de Particules, Physique nucléaire ou Astrophysique