Simulation de réponse de détecteur spectrométrique à comptage des photons

Simulation of photocounting Multi-Energy Detector Response

• Auteur / Autrice : Mélissa Leroy
• Direction : Christian Morel, Yannick Boursier
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : PHYSIQUE & SCIENCES DE LA MATIERE - Spécialité : INSTRUMENTATION
• Date : Inscription en doctorat le 01/11/2023
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Physique et sciences de la matière (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : CPPM - Centre de Physique des Particules de Marseille

Mots clés

Mots clés libres

Détecteur CdTe à comptage de photons

Outils de simulation

Rayons-X

Machine et Deep Learning

Photon Counting CdTe detectors

Simulation tools

X-rays

Machine and Deep Learning

Résumé

L'entreprise Detection Technology (DT) développe des détecteurs spectrométriques à comptage de photons pour des applications médicales, de sécurité et de Control Non Destructif (NDT). Le détecteur est l'un des éléments de la chaîne radiographique composée d'un tube des rayons-X, des filtres, du système de refroidissement et d'acquisition des données. Comme pour tout élément du système de détection, les performances des détecteurs sont conditionnées par un ensemble de compromis faits lors du développement. Des outils de simulations sont essentiels et critiques pour concevoir et développer un nouveau produit ou optimiser un détecteur existant à une nouvelle application. L'objectif du projet consiste à développer des outils de simulation permettant de modéliser la réponse du détecteur CdTe spectrométrique à comptage dans des différentes configurations géométriques et électroniques. La simulation de la réponse du détecteur (DR) est une tâche complexe, car de nombreuses contributions physiques et électroniques doivent être prises en compte. Cette tâche est pour un doctorant à temps plein avec une solide formation en mathématiques et en physique. Dans un premier temps, l'objectif du doctorant serait de comprendre les différentes contributions physiques et électroniques à prendre en compte pour la modélisation de la réponse du détecteur. La deuxième étape consiste à simuler de manière très réaliste les détecteurs spectrométriques développés à DT (plusieurs géométries et compositions de cristaux de CdTe, différentes tailles de pixels, et diverses électroniques). Des simulations Monte-Carlo et des approches « Deep Learning » seront utilisées pour modéliser la réponse du détecteur. La qualité des résultats simulés sera validée par comparaison avec les données expérimentales de différents détecteurs internes. Les travaux de thèse seront réalisés au Centre de Physique des Particules de Marseille (CPPM) en collaboration étroite avec l'entreprise Detection Technology basée à Moirans (Isère). Le doctorant sera basé à Marseille et sera amené à réaliser des missions courtes et régulières à Moirans au sein de l'entreprise.

Detection Technology (DT) develop Multi-Energy high flux photon counting detectors for NDT, security, medical applications. The detector is one of the elements of radiographic detection chain composed of X-rays tubes, filters, cooling and data acquisition system. It was demonstrated that the spectroscopic counting detectors bring more information than the standard dual energy scintillator detectors, and consequently, allow a better material discrimination. The optimized radiographic chain is of big importance for the system performances and for investments (commercial). As for the detection system, all detectors are characterized by their performances conditioned by a set of compromises made in development. Obviously, the detector must be adapted for an application and the detector simulations are critical. The target of the project consists of developing a simulation tool allowing the modeling of the CdTe detector response in different geometrical and electronic configurations. The Multi-Energy detector response (DR) simulation would be the time consuming and difficult task, as many Physical & Electronics contributions have to be considered. This task would demand a PhD full time with strong mathematics and physics background. At first step, the target of the PhD student would be to understand different physical & electronics contributions to be considered for CdTe detector response modeling. The second step consists of simulating in very realistic way the Multi-Energy detectors developed at DT (several geometry and compositions of CdTe crystals, different pixels sizes, and various electronics). Monte-Carlo simulations and Machine Learning approaches will be used to model the detector response. The quality of the simulated results will be approved by comparison with the experimental data from different internal detectors and suppliers. The work will be carried out in the Center de Physique des Particules de Marseille (CPPM) with close collaboration with the Detection Technology company based in Moirans (Isère). The PhD student will be based in Marseille and will release short and regular missions in Moirans within the company.