Study of the performance of polarimetric detectors for future X and gamma-ray space missions - TEL - Thèses en ligne
Thèse Année : 2023

Study of the performance of polarimetric detectors for future X and gamma-ray space missions

Etudes des performances de détecteurs polarimétriques pour des futures missions spatiales x/gamma

Ion Cojocari

Résumé

In this work I present my contribution to the development of two Compton polarimeters. The first project, COMPOL, is a planned nano-satellite mission dedicated to the continuous observation of one astrophysical source, Cygnus X-1. The second polarimeter, COMCUBE is dedicated to the monitoring of the transient sky and GRB polarisation. COMPOL is a small Compton polarimeter formed by a CeBr3 calorimeter and an SDD matrix. A first test will be undertaken by building a prototype version of the instrument with reduced volume and placing it on the ISS. This will serve as an in-orbit verification mission and while it is unclear if the ISS radiative environment will permit COMPOL to take scientific data, it will validate a certain number of technological choices. Indeed, I was responsible for the design and manufacture of the COMPOL calorimeter, which uses Silicon Photo-multipliers and a first test in-orbit will provide an insight to the performance degradation we should expect. During my thesis, I have designed and produced a prototype and the ISS flight version of the calorimeter. An energy and imaging calibration campaign have been undertaken, in order to validate the performance of the calorimeter, with success. A planned calibration campaign of the full COMPOL polarimeter is currently under preparation at the Large Italian X-ray Facility in Ferrara (LARIX). COMCUBE is a compact polarimeter developed in the framework of the AHEAD2020 project. It is formed by the association of 4 detectors, two Double Sided Strip Detectors and two calorimeters. I have successfully designed and produced a new front-end electronics associating Idef-X ASICs with large area silicon DSSDs. This is a first functioning prototype designed by our team, an activity that has been pursued for some time already. The imaging capacity of the new detector has been proven and exceptional spectroscopic performance was achieved for the p-side of the detector. In Chapter 1, a quick overview of the scientific drivers behind the development of new gamma-ray polarimeters is presented. Chapter 2 follows with a theoretical analysis of the factors driving the design and performance of two scattering Compton polarimeters. Chapter 3 and 4 are dedicated to each of the two project mentioned above, Chapter 3 for COMCUBE and Chapter 4 for COMPOL, respectively. Finally, Chapter 5 presents the work being undertaken in order to interface the two detectors and obtain a polarimeter capable of measuring polarisation in a laboratory experiment. Some preliminary simulations are provided in order to confirm the feasibility of the experiment. Then follows Chapter 6 as a conclusion to this work.
Dans cet ouvrage, je présente la contribution au développement de deux polarimètres Compton. Le premier projet, COMPOL, est une future mission nano-satellite dédiée à l'observation continue d'une source astrophysique, Cygnus X-1. Le second polarimètre, COMCUBE, est dédié au suivi du ciel transitoire et à la mesure de polarisation des sursauts gamma. COMPOL est un polarimètre constitué d'un calorimètre en CeBr3 et une matrice SDD. Un premier test de l'instrument sera effectué en fabriquant un prototype à taille réduite et en le plaçant sur la Station Spatiale Internationale. Ce premier prototype servira de mission de validation en orbite et, même s'il n'est pas clair que l'environnement radiatif de l'ISS permettra l'acquisition des données scientifiques, il nous permettra de valider un certain nombre de choix technologiques. Lors de ma thèse j'étais responsable de la conception et de la fabrication du calorimètre COMPOL, qui met en œuvre une lecture optique à base de SiPM, un premier test en orbite donnera un aperçu de la dégradation de la performance de l'instrument à attendre. Pendant ma thèse, j'ai conçu et fabriqué un prototype du calorimètre, puis la version de vol dédié à l'ISS. J'ai effectué une campagne d'étalonnage en imagerie et en énergie afin d'évaluer ses performances. Une campagne d'étalonnage du polarimètre dans sa configuration finale est prévue à Ferrara au sein du Large Italian X-ray facility (LARIX) à l'automne. COMCUBE est un polarimètre compact, développé dans le cadre du projet européen AHEAD2020. Il est composé de 4 détecteurs, deux détecteurs a pistes double-face et deux calorimètres. J'ai conçu et fabriqué une nouvelles électronique de lecture analogique à base de circuits intégrés Idef-X, associé à des détecteurs à pistes de grande surface. C'est le premier prototype fonctionnel développé par notre équipe, une activité menée depuis plusieurs années. La capacité d'imagerie a été prouvé et une performance spectrale exceptionnelle a été obtenu sur la face p du DSSD. Le Chapitre 1 synthétise les objectifs scientifiques moteurs dans le développement de nouveaux instruments polarimètres gamma. Le Chapitre 2 suis, avec une analyse théorique des facteurs qui définissent le design et la performance de polarimètres Compton. Les Chapitres 3 et 4 sont dédiées au développements COMCUBE et COMPOL. Finalement, le Chapitre 5 présente le travail effectué afin de mettre en place une expérience de mesure de polarisation en conditions de laboratoire. Ceci est suivi par la conclusion dans le Chapitre 6.
Fichier principal
Vignette du fichier
va_Cojocari_Ion.pdf (95.3 Mo) Télécharger le fichier
Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04718978 , version 1 (02-10-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04718978 , version 1

Citer

Ion Cojocari. Study of the performance of polarimetric detectors for future X and gamma-ray space missions. Instrumentation and Methods for Astrophysic [astro-ph.IM]. Université Paris Cité, 2023. English. ⟨NNT : 2023UNIP7265⟩. ⟨tel-04718978⟩
71 Consultations
2 Téléchargements

Partager

More