PhenX plus d'infos

Le projet PhenX (Phenomène de Hautes Energies X) recouvre différentes activités de R&D ayant pour objectif de concevoir des systèmes d'anti-coïncidence. Ces systèmes ont pour objectif de réduire le bruit de fond engendré par des photons de haute énergie et des particules chargées dans le plan focal de télescopes X.

Ces activités permettent de poursuivre les travaux entrepris dans le cadre du projet SIMBOLX arrêté en mars 2009 par le CNES. L'objectif est la réalisation d'un démonstrateur d'anti-coïncidence ayant une maturité technologique au moins de niveau 6 (réalisation d'un prototype représentatif). Cet objectif réalisé, ce détecteur aura de chances accrues d'être sélectionné pour de futures missions spatiales.

Définition du degré de maturité technologique d'un produit pour une mission spatiale

 

Cette démarche nous permet de nous imliquer:

  • Dans ASTROH : Télescope X de la JAXA (Agence spatiale Japonnaise) qui doit être lancé en 2014
  • Dans les études de faisabilité du futur télescope IXO (mission large ESA - Horizon 2020)
  • Dans plusieurs R&T CNES : R&T IXO, R&T Réjection de bruit de fond et Qualification de l'ASIC MAROC

  

Vues d'artiste des satellites AstroH et IXO

 

L'obtention des sensibilités requises pour un télescope spatial nécessite l'utilisation de détecteurs à très bas bruit de fond résiduel. Pour éliminer les signaux générés par le passage de particules en dehors de l'axe du plan focal et ainsi réduire le bruit de fond, ces détecteurs seront entourés d'un blindage passif pour arrêter les photons de haute énergie et d'un blindage actif appelé « anticoïncidence » pour détecter le passage de particules chargées (protons).

 

Plan focal d'un télescope X (base SIMBOLX)

 

Les éléments de base de l’anticoïncidence sont des plaques de scintillateur sur lesquelles sont collées des fibres optiques reliées à un photomultiplicateur. Ce dispositif a pour but de collecter et rediriger une partie de la lumière produite par l’impact d’une particule sur le scintillateur vers les photomultiplicateurs.

Nous réalisons aussi des études d'anti-coïncidence constituées de cristaux à haut rendement lumineurx et forte densité associés à des photodétecteurs tels que des photodiodes à avalanche (APD) ou des SiPM (Photomultiplicateurs Silicium - Geiger mode)

Au sein du service électronque une équipe consituée de 2 ingénieurs conçoit:

  • L'électronique dite "Front End" de lecture des photodétecteurs: préamplification - amplification - mise en forme et intégration (l'intégration du signal permet d'obtenir directement une image de la charge déposée par une paritcule). Les signaux observés en entrées ont des temps de montée très rapide et des durées de 20 à 100 ns. Puis un étage dit "Trigger". Cet étage génère un signal logique dès que la charge détectée est supérieur au seuil de réglage. Il permet de mettre ainsi en évidence le passage d'une particule chargée.
  • Alimentation des photodétecteurs en haute tension (polarisation et contrôle du gain)
  • L'électronique numérique: elle enregistre les changement d'état des "triggers" et réalise le marquage en temps de chaque évènement. Elle communique avec le processeur de bord du satellite (via un lien série "spacewire"). Elle intègre les fonction de "HouseKeeping" (réglages des paramètres tels que les seuils, mesures de courants, température, tensions...)

 

 

Schéma de principe de l'anti-coïncidence active et de son électronique associée

 

Qualification de composants à l'environnement spatial:

Un Asic appelé Maroc intégrant la plupart des fonctions décrites ci-dessus a été développé pour un usage général dans plusieurs projets par le laboratoire de l'Accélérateur Linéaire à Orsay. Notament il a été développé pour l'expérience ATLAS au LHC du CERN à Genève.

Enfin de pouvoir le sélectionner pour son utilisation dans l'espace, nous avons débuté depuis 2009 des activités de qualification de ce composant. Cette activité permet dans le même temps au laboratoire d'acquérir une compétence très utile en qualification de composants dans la perpective d'une implication accrue à l'avenir dans des projets spatiaux.

- Nous avons réalisé des tests en dose cumulée (source de Gamma Cobalt 60) - irradiateur Cocase à Saclay. Nous avons irradié ce composant jusqu'à 200 krad en dose cumulé sans constater de déterioration des caractéristiques du composant.

- Des irradiations aux ions lourds (Jusqu'à un LET de 100 MeV à l'accélérateur de Louvain La Neuve en Belgique) sont en préparation - Ils permettront d'évaluer l'immunité de ce composant aux évènements singuliers, dont les Latch Up qui sont potentiellement destructeurs.

 

Carte Maroc 2

 

Ingénieurs impliqués au service électronique :

  • Xiushan CHEN (Ingénieur d'étude CDD - conception électronique)
  • Ronan OGER (Assistant Ingénieur au laboratoire - Qualification de composants)

 

Contacts :

Guillaume Prévôt, Chef de projet : guillaume.prevotatapc.univ-paris7.fr

Stéphane Colonges, Service Qualité - Qualification de composants : stephane.colongesatapc.univ-paris7.fr

 

Pour en savoir plus