Soutenance de thèse de Claire LEONHART : Détecteur diamant pour la détection de particules à faible parcours : membrane diamant pour le monitorage en ligne de microfaisceaux d’ions et télescope ΔE-E pour l’identification de particules
Claire LEONHART soutient sa thèse le 16 décembre 2025, au LPSC Grenoble. Sa thèse est intitulée :
« Détecteur diamant pour la détection de particules à faible parcours : membrane diamant pour le monitorage en ligne de microfaisceaux d’ions et télescope ΔE-E pour l’identification de particules».
Résumé
Les travaux décrits au cours de cette thèse portent sur le développement de détecteurs diamant innovants destinés à la détection de particules à faible parcours pour des applications en support à la radiobiologie et à la physique nucléaire. Le diamant, semi-conducteur à grand gap, a été choisi pour ses qualités en termes de transport et collecte de charges (importantes mobilités des porteurs ainsi que vitesses de saturation élevées). Pour l’adapter aux problématiques scientifiques de l’étude, la géométrie et l’arrangement de différentes couches de diamant entrant dans la réalisation des détecteurs ont été les points centraux des analyses physiques et développement techniques réalisés.
Ce manuscrit est divisé en deux parties. La première porte sur le monitorage en ligne de microfaisceaux d’ions extraits à l’air capable d’irradier des échantillons biologiques à l’échelle micrométrique pour étudier les mécanismes cellulaires post-irradiation. Cela nécessite la réalisation d’un détecteur suffisamment fin qui permette à des ions de basse énergie (de quelques centaines de keV à quelques MeV) de le traverser lors d’irradiations biologiques. Ainsi, des membranes de quelques microns d’épaisseur ont été conçues par la mise en œuvre d’un protocole de gravure profonde du diamant avec pour objectif l’obtention d’une surface d’une grande homogénéité avec une très faible rugosité pour une collecte de charge optimale. La gravure plasma a été retenue car elle a permis d’atteindre des vitesses de quelques micromètres par heure. Des comparaisons entre différents paramétrages de gravure sont présentés. L’utilisation de masques en diamant polycristallin a permis d’obtenir les motifs de gravures adaptés aux contraintes mécaniques (interface vide – air) liée à l’utilisation des membranes comme fenêtre active d’extraction des faisceaux à l’air avant impact sur les cultures biologiques (comptage des ions). Un prototype comportant quatre membranes d’épaisseur moyenne de 7,6 µm a été réalisé. Sa réponse a été caractérisée entièrement, sous faisceaux de protons sur l’installation AIFIRA du LP2I Bordeaux.
En deuxième partie du manuscrit, un télescope ΔE-E monolithique en diamant, second prototype conçu en amélioration de travaux antérieurs, a été entièrement caractérisé sous faisceaux d’ions et d’électrons. Avec un tel dispositif, la mesure des dépôts d’énergies dans deux étages successifs, ΔE et E, permet de déduire l’identité de la particule incidente (nombre atomique et masse). L’objectif lié à la conception d’un tel dispositif est d’obtenir un détecteur mêlant compacité et efficacité de collecte de charges. La particularité de ce détecteur réside dans la superposition de couches de diamant intrinsèque et de diamant fortement dopée en bore. Le détecteur a été dimensionné afin de pouvoir être testé avec un large panel de particules incidentes pour en établir la preuve de concept. Les résultats issus de sa caractérisation sous faisceaux d’électrons de faible énergie (30 keV), de protons (jusqu’à 3 MeV), de carbone (0,98 MeV/u) et d’alpha issus de source 241Am sont présentées et discutés.
Infos pratiques
Date – Horaires :
Le mardi 16 décembre 2025 à 10h.
Lieu :
LPSC, Grand'Amphithéâtre du Bâtiment 1, 53 Avenue des Martyrs, 38000 Grenoble