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Développement par microfabrication de calorimètres métalliques magnétiques pour la métrologie des rayonnements ionisants

Défi technologique : Instrumentation nucléaire et métrologie des rayonnements ionisants (en savoir +)

Département : Département Métrologie Instrumentation et Information (LIST)

Laboratoire : Laboratoire de Métrologie de l'Activité

Date de début : 01-10-2023

Localisation : Saclay

Code CEA : SL-DRT-23-0638

Contact : matias.rodrigues@cea.fr

Le LNHB a été pionnier dans l'introduction des calorimètres magnétiques métalliques (CMM) en métrologie des rayonnements ionisants (RI). En effet, les CMM sont des détecteurs cryogéniques pour la spectrométrie en énergie de particules dont les principales qualités à très basse température (20 mK) sont : une résolution un ordre de grandeur meilleure que celle des détecteurs à semi-conducteur, un rendement de détection intrinsèque élevé et un faible seuil de détection. Leur utilisation a permis au LNHB d'améliorer la connaissance de nombreux spectres bêta et spectres de photons émis par des radionucléides. Toutefois, le LNHB n'est à ce jour pas en mesure de fabriquer ces détecteurs pour ses besoins métrologiques et, par conséquent, il dépend des rares laboratoires capables de les réaliser par microfabrication. L'objet de la thèse est donc de développer par microfabrication les CMM adaptés aux besoins métrologiques du LNHB. Il s'agira de produire les quatre éléments fonctionnels nécessaires au fonctionnement d'un CMM sur des puces de silicium, soit : le circuit supraconducteur, l'interrupteur thermique, le senseur magnétique et les liens de thermalisation du CMM. Le travail de thèse sera effectué en collaboration avec le CNRS/C2N qui dispose de salles blanches et des équipements de microfabrication et de caractérisation indispensables. Les fonctionnalités des structures pourront être vérifiées à basse température dans le réfrigérateur à dilution du LNHB. Une fois que les différents éléments seront fonctionnels, un prototype pourra être développé et ses performances pourront être évaluées via la mesure de spectres en énergie émis par un radionucléide à définir. À l'issue de la thèse, le LNHB sera un partenaire incontournable pour de futurs projets de métrologie fondamentale, comme ceux visant à mesurer des spectres bêta de très haute statistique pour confronter le modèle standard à des données expérimentales extrêmement précises.

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