Thèses sur le sujet « Fibre scintillanti »

I materiali con proprietà di scintillazione trovano ampio impiego in applicazioni che riguardano la rivelazione di radiazioni ionizzanti, quali il monitoraggio e la diagnostica per immagini, la dosimetria in campo medico, la sicurezza nazionale ed industriale, e la fisica delle alte energie. Recentemente, la scoperta di nuovi scintillatori veloci ed efficienti ha rappresentato un campo di ricerca in attivo e continuo sviluppo. Fra i numerosi sistemi indagati, le fibre ottiche scintillanti hanno suscitato grande interesse grazie alla loro estrema versatilità che permette la progettazione di rivelatori con un design innovativo. In questa tesi si propone lo studio di fibre scintillanti di silice che mostrano efficienti proprietà luminescenti quando drogate con ioni di terre rare, come Cerio e Praseodimio. L’argomento è trattato sia da un punto di vista fondamentale che applicativo, al fine di migliorare ed ottimizzare la resa del materiale perché possa essere impiegato in rivelatori di nuova generazione. A questo scopo, si è deciso di studiare gli effetti dell’esposizione ad elevate dosi di radiazioni ionizzanti sulla trasparenza del materiale. L’ottimizzazione della concentrazione del drogante luminescente nella matrice di silice, nonché dei processi di sintesi sol-gel e di filatura della fibra ha permesso di ottenere un’efficiente propagazione della luce all’interno della fibra stessa. É stata altresì dimostrata la fattibilità di una rivelazione simultanea di luce Cherenkov e di scintillazione, esponendo a fasci di elettroni altamente energetici un piccolo prototipo di calorimetro realizzato con fibre scintillanti drogate con Cerio. Le fibre di silice possono quindi essere considerate promettenti candidate in quell’ambito della calorimetria che prevede l’utilizzo della doppia lettura del segnale Cherenkov e di scintillazione per compensare le fluttuazioni energetiche caratteristiche dell’interazione con adroni pesanti. Inoltre, una completa conoscenza dei fattori che limitano l’efficienza di scintillazione è di primaria importanza per una futura ingegnerizzazione del materiale: l’esistenza di difetti di punto, che competono con i centri luminescenti nella cattura dei portatori di carica generati a seguito dell’interazione con la radiazione ionizzante, risulta essere la principale causa della presenza di una componente temporale lenta nella cinetica di ricombinazione. É stato quindi condotto uno studio approfondito del ruolo dei difetti nelle fibre di silice, al fine di comprenderne la natura e gli effetti sulle proprietà di scintillazione. I risultati ottenuti in questa tesi hanno confermato il potenziale di questa tecnologia per applicazioni in rivelatori per fisica delle alte energie e gettato le basi per un ulteriore futuro sviluppo del materiale. Questo lavoro è stato svolto presso i laboratori del Dipartimento di Scienze dei Materiali dell’Università di Milano-Bicocca, in collaborazione con il Centro Europeo per la Ricerca Nucleare (CERN, Ginevra, Svizzera) e con il Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley, USA). Parte dei dati è stata ottenuta in collaborazione con Saint Gobain Research (Aubervilliers, Parigi, Francia) e con l’Istituto di Fisica dell’Accademia delle Scienze della Repubblica Ceca (Praga, Repubblica Ceca).
Scintillating materials find a wide variety of applications in ionizing radiation detection systems, monitoring and imaging, real time dosimetry in the medical field, homeland and industrial security, and high energy physics. In the recent years, the development of new, fast, and performing scintillators has been an active field of research. Scintillating fiber technology freshly raised a lot of interest because its extreme flexibility can provide a powerful tool for innovative detector designs. This thesis focuses on the study of scintillating fibers made of silica glass which show efficient luminescent properties when activated with rare-earth ions, like Cerium and Praseodymium. Both fundamental and practical aspects are discussed, in view of the improvement and optimization of the material performances for application perspectives in the future generation of high energy physics detectors. With this objective, the effects of high dose levels of ionizing radiation on the transparency of the material are studied. The fine-tuning of the activator content incorporated in the silica matrix and of the sol-gel synthesis and fiber drawing processes allow to obtain a good light guiding and a well-controlled optical quality. The feasibility of a simultaneous readout of Cherenkov and scintillation light is demonstrated in high energy calorimetry conditions, probing Ce-doped silica fibers embedded in a small detector prototype exposed to beams of electrons. Silica fibers can be considered as promising candidates in the framework of the dual readout calorimetry approach, which aims at compensating the energy fluctuations, inherent to the detection of hadronic particles. A deep understanding of the factors limiting the scintillation performances is of primary importance for future material engineering: they are found to be mainly related to the presence of point defects, which compete with the luminescent centers in capturing the free carriers created upon irradiation and introduce a delay in the recombination kinetics. A fundamental study of the role of defects in silica fibers, detrimental for the scintillation efficiency, is proposed and discussed. The potential of silica fibers for applications in high energy physics detectors is outlined and further optimization of the material technology is foreseen. This work was performed at the Department of Materials Science at the University of Milano - Bicocca, in collaboration with the European Organization for Nuclear Research (CERN, Switzerland) and with the Lawrence Berkeley National Laboratory (US). Some measurements were carried out in collaboration with Saint Gobain Research (France) and the Institute of Physics of the Czech Academy of Sciences (Czech Republic).

Le developpement de la physique des particules fait apparaitre un interet croissant pour des detecteurs disposant d'une haute resolution spatiale et temporelle. Les microfibres optiques plastiques scintillantes permettent de repondre a ces exigences. Les travaux de recherche presentes dans ce memoire traitent de la realisation et la caracterisation de fibres optiques scintillantes de faible diametre. Une premiere partie est consacree au rappel des caracteristiques principales des fibres optiques en polymere. Les phenomenes de luminescence et les mecanismes qui la gouvernent, avec un interet particulier pour la scintillation sont ensuite developpes. Les choix des materiaux de coeur et des dopants sont justifies. Deux techniques de fabrication de microfibres sont proposees. La premiere consiste a remplir des capillaires en verre de 100 microns de diametre avec un polymethylphenylsiloxane commercial. Les avantages des siloxanes sur le polystyrene comme materiau de coeur sont ensuite detailles. Differents essais sont effectues afin d'ameliorer la transmission de la lumiere dans les microfibres obtenues. Le deuxieme axe de recherche concerne la realisation de faisceaux de microfibres de 50 microns de diametre par etirage secondaire d'un assemblage de 331 fibres meres, en polystyrene, de 1 mm de diametre. Une solution au probleme de retrait des fibres meres lors de l'etirage secondaire est donnee. Les faisceaux de microfibres obtenus sont caracterises par leur longueur d'attenuation. Une interpretation de la degradation de la transparence entre les fibres meres et les microfibres est proposee

Cette thèse a pour sujet le développement d’un détecteur à fibre scintillante plastique pour la dosimétrie des faisceaux de photons de basses énergies. L’objectif principal du projet consiste à concevoir et caractériser cet instrument en vue de mesurer la dose de radiation reçue au cours des examens d’imagerie diagnostique et interventionnelle. La première section est consacrée à la conception de six différents systèmes et à l’évaluation de leur performance lorsqu’ils sont exposés à des rayonnements de hautes et basses énergies. Tous les systèmes évalués présentaient un écart type relatif (RSD) de moins de 5 % lorsqu’ils étaient exposés à des débits de dose de plus de 3 mGy/s. Cette approche systématique a permis de déterminer que le tube photomultiplicateur répondait le mieux aux conditions d’exposition propres à la radiologie. Ce dernier présentait une RSD de moins de 1 % lorsque le débit de dose était inférieur à 0.10 mGy/s. L’étude des résultats permis également de suggérer quelques recommandations dans le choix d’un système en fonction de l’application recherchée. La seconde partie concerne l’application de ce détecteur à la radiologie interventionnelle en procédant à des mesures de dose à la surface d’un fantôme anthropomorphique. Ainsi, plusieurs situations cliniques ont été reproduites afin d’observer la précision et la fiabilité du détecteur. Ce dernier conserva une RSD inférieure à 2 % lorsque le débit de dose était supérieur à 3 mGy/min et d’environ 10 % au débit le plus faible (0.25 mGy/min). Les mesures sur fantôme montrèrent une différence de moins de 4 % entre les mesures du détecteur et celles d’une chambre d’ionisation lors du déplacement de la table ou du bras de l’appareil de fluoroscopie. Par ailleurs, cette différence est demeurée sous les 2 % lors des mesures de débit de dose en profondeur. Le dernier sujet de cette thèse porta sur les fondements physiques de la scintillation dans les scintillateurs plastiques. Les différents facteurs influençant l’émission lumineuse ont été analysés afin d’identifier leur contribution respective. Ainsi, la réponse du détecteur augmente de près d’un facteur 4 entre un faisceau de 20 kVp et 250 kVp. De ce signal, la contribution de la fluorescence produite dans la fibre claire était inférieure à 0.5 % lorsque les fibres étaient exposées sur 10 cm par des faisceaux de 20 à 250 kVp. Le phénomène d’extinction de la fluorescence par ionisation a également été étudié. Ainsi, l’atténuation du signal variait en fonction de l’énergie du faisceau et atteignit environ 20 % pour un faisceau de 20 kVp. En conclusion, cette étude suggère que les détecteurs à fibres scintillantes peuvent mesurer avec précision la dose de radiation reçue en imagerie diagnostique et interventionnelle, mais une calibration rigoureuse s’avère essentielle.
This thesis deals with the development of a plastic scintillation detector for low energy photon eams. The main goal of the project consists in the design and characterization of this tool in the aim of measuring the radiation dose involved during diagnostic and interventional radiology examinations. The first section is devoted to the design of six different systems and to their performance evaluation when they are exposed to high and low energy radiation. For all photodetectors, the relative standard deviation (RSD) was less than 5% for dose rates higher than 3 mGy/s. This systematic approach identified the photomultiplier tube as the most appropriate photodetector for radiology specific beam qualities. Indeed, its RSD was less than 1% when the dose rate was below 0.10 mGy/s. The result analysis allowed the suggestion of some guidelines for the selection of an appropriate detector for a specific application. The second part was about this detector application to interventional radiology procedures by performing dose measurements at an anthropomorphic phantom surface. Several clinically relevant setups were reproduced to observe the detector’s accuracy and reliability. The RSD remained under 2% when the dose rate was more than 3 mGy/min and about 10% at the lowest dose rate (0.25 mGy/min). Phantom measurements showed a dose rate difference between the detector and the ion chamber of less than 4% when moving the table’s height or rotating the fluoroscope gantry. Moreover, this difference was below 2% for depth dose rate measurements. The last subject of this thesis was about the fundamental physics of scintillation within the plastic scintillators. The factors affecting the light emission were analyzed in order to identify their respective contribution. The detector’s response increased by a factor of about 4 when the tube potential varied between 20 kVp and 250 kVp. The clear optical response was below 0.5%of the scintillator’s light when the fibers were exposed on 10 cm-long by these beam qualities. he ionization quenching phenomenon was also investigated. The signal attenuation varied with the beam energy and reached about 20% for a 20 kVp beam quality. In conclusion, this study suggests that the plastic scintillation detectors can accurately measure the radiation dose involved in diagnostic and interventional radiology, but a rigorous calibration is essential.

Preparation et caracterisation de polymeres entrant dans la fabrication de fibres optiques; ameliorations du procede de fabrication de la fibre pour pallier les fluctuations de diametre. Presentation des phenomenes de luminescence et des theories existantes dans le domaine de la scintillation; justifications du choix de polystyrene ou de polymethylstyrene pour les fibres scintillantes; probleme des fibres scintillantes de faible diametre; presentation d'une methode de preparation de materiau de coeur et mesures de transparence

Les mesures de la structure du proton dans le domaine des bas x ou les theories des interactions fortes peuvent etre pour la premiere fois confrontees avec des donnees experimentales, revelent des limites importantes sur les precisions systematiques des detecteurs h1 et zeus. Ces detecteurs qui mesurent les processus de diffusion de l'electron sur le proton a hera, ont ete initialement concus pour optimiser les mesures dans le domaine des grands x plutot que dans celui des petits x. La collaboration h1 a decide d'ameliorer la partie arriere du detecteur afin d'augmenter la precision de la mesure dans la region des petits x. L'aspect principal de cette amelioration concerne la conception et la fabrication d'un nouveau calorimetre plomb-fibres scintillantes, qui remplace depuis cette annee le precedent moins performant. Cette these presente la conception et les performances de ce nouveau calorimetre. Nous abordons egalement les etudes de faisabilites des differentes methodes de construction. Plusieurs prototypes ont ete construits et testes dans les faisceaux du cern et de desy. Dans cette these, nous presentons une analyse detaillee des resultats des tests montrant une bonne separation electron-pion, une haute resolution en energie (2% a 30 gev) et une excellente resolution en temps (meilleure qu'une nano-seconde). La qualite obtenue de ces parametres est essentielle pour la precision des mesures dans la region des petits x. Les resultats presentes ont pu etre obtenus essentiellement grace a une nouvelle electronique de front-end et a des photomultiplicateurs haut champ magnetique. Notre conception de la carte front-end fonctionnant a une frequence de 100 khz sur une gamme dynamique de 50 db, permet d'atteindre un niveau de bruit inferieur a 150 v

Les fibres optiques plastiques scintillantes sont utilisees pour la detection de particules a haute energie. Pour ameliorer la resolution spatiale des futurs detecteurs il faut diminuer le diametre des fibres. Les phenomenes de luminescence avec un interet particulier pour la scintillation, sont exposes en detail: ils permettent de comprendre le fonctionnement d'un scintillateur et d'apprehender un certain nombre de parametres caracteristiques de leurs performances. La resistance aux radiations des scintillateurs plastiques est ensuite evoquee. Les phenomenes chimiques qui gouvernent les modifications du materiau d'un point de vue optique sont complexes et aucune theorie ne prevaut actuellement. Il faut donc evaluer les dommages causes par les radiations en considerant les proprietes spectrales du materiau. Des possibilites d'amelioration par adjonction d'antioxydants ou synthese de nouvelles molecules organiques sont proposees. Une partie est consacree au rappel des caracteristiques generales des fibres optiques. Elle est suivie par la description du procede de fabrication des fibres optiques et des scintillateurs developpes au laboratoire. Les problemes des fibres scintillantes de faible diametre est ensuite pose qui met en evidence la necessite d'utiliser de nouveaux dopants. Differents materiaux ont ete elabores. Des caracterisations par mesures de chromatographie par permeation sur gel, de transparence et de scintillation sont donnees en vue de prevoir lesquels seront les mieux adaptes a la fabrication de fibres de faible diametre. Enfin, des tests de resistance aux radiations ont ete effectues pour definir les conditions d'utilisation les plus favorables ainsi que la contribution des antioxydants a l'amelioration de la radioresistance. Au vu de ces resultats, il est propose la synthese de nouvelles molecules dopantes plus resistantes qui pourrait etre envisagee dans le cadre de nouveaux travaux

Le récent développement de la méthode de discrimination spectrale pour la calibration des dosimètres à fibres scintillantes plastiques (PSD) a conduit au développement du premier dosimètre commercial de ce type, soit l’Exradin W1 (STANDARD IMAGING INC., Middleton, WI, U.S.). Comme tout nouveau dosimètre, celui-ci se devait d’être caractérisé afin d’évaluer sa fiabilité en conditions standards d’irradiation. Le but premier du projet était d’effectuer cette validation. Les résultats obtenus ont démontré que le dosimètre à scintillation était un excellent candidat pour réaliser des mesures de dose hors-champ telles que rencontrées lors de l’évaluation de la réduction de dose aux appareils cardiaques implantables (ACI) par blindage. Les mesures effectuées avec l’Exradin W1 ont démontré une importante réduction de dose autant pour les simples champs antéro-postérieurs (de 40 % à 80 % de réduction de dose) que pour les traitements cliniques complexes (entre 5 % et 45 % de réduction de dose).
The recent development of the spectral method for correction of the Cˇ erenkov light in plastic scintillation detectors (PSD) have led to the first commercial dosimeter of this type, the Exradin W1 (STANDARD IMAGING INC., Middleton, WI, U.S.). As any new commercial dosimeter, it had to be characterized and validated in different situations of radiation. The first purpose of this project was to perform this validation. The results of characterization have shown that PSD is an efficient dosimeter to make out-of-field doses measurements as required in the evaluation of the feasibility of using a lead sheet to reduce dose to Cardiac Implantable Electronic Devices, CIED. Measurements performed with PSD shown an important reduction of doses by the shielding for square anterior-posterior field (40 % to 80 %) and also for complex clinical treatments (5 % to 45 %).

Les micro-irradiateurs pour la radiothérapie préclinique du petit animal permettent d’effectuer des irradiations au plus proche des techniques de traitement chez l’homme, facilitant la transposition de résultats d'études radiobiologiques à la clinique. La spécificité des faisceaux millimétriques de moyenne énergie (< 300 keV) utilisés génère cependant des problématiques dosimétriques inédites. Ce travail de thèse a consisté à mettre en œuvre la dosimétrie par fibre scintillante plastique pour ce domaine d’utilisation, là où peu de détecteurs conviennent. Dans une première partie, les faisceaux d’un micro-irradiateur ont été caractérisés en dose d’une part et leur spectres en énergie obtenus par simulations Monte Carlo d’autre part, afin d’étudier les performances du dosimètre prototype. La deuxième partie a montré ses excellentes caractéristiques dosimétriques telles que la répétabilité, reproductibilité et linéarité de réponse. Un des enjeux majeurs a alors été de caractériser sa dépendance en énergie, problématique inhérente à la dosimétrie à moyenne énergie et intrinsèque au scintillateur plastique en dessous de 100 keV. Une méthode d’étalonnage a été proposée pour prendre en compte cette dépendance en conditions précliniques (mini-faisceaux et petit volume diffusant), à partir de spectres en énergie simulés. Le dosimètre a ensuite été utilisé pour la vérification de plans de traitement sur fantôme puis in vivo sur des rats, avec des résultats très concluants. Il a montré des performances prometteuses pour l’évaluation en temps réel de la dose délivrée aux tumeurs soumises aux mouvements respiratoires des animaux
Small animal micro-irradiators designed for preclinical radiotherapy experiments mimic human clinical irradiation techniques thus facilitating the transposition of radiobiological research findings to clinical practice. These devices deliver millimetric x-ray beams of medium-energy (< 300 keV) which implies specific dosimetric issues. The objective of this thesis was the implementation of plastic scintillating fiber dosimetry in this specific field of use, for which few existing dosimeters are suitable. In a first part, beams from a micro-irradiator were characterized. Dosimetric measurements along with energy spectra Monte Carlo simulations allowed the study of the dosimeter prototype performances. In the second part of this work, excellent dosimetric properties of the detector such as repeatability, reproducibility and dose response linearity were shown. Then, a major issue was to determine the detector energy dependence, which is inherent to medium-energy dosimetry and also an intrinsic property of plastic scintillator, below 100 keV. A calibration method based on the simulated energy spectra was proposed to correct this dependence in preclinical conditions (mini-beams, small scattering volume). The dosimeter showed very conclusive results for treatment plan verification in a heterogene phantom and during rats in vivo experiments. The dosimeter also demonstrated promising performances for online control of the delivered dose to mobile tumors, subject to the animal respiratory movements

Cette thèse porte sur le développement et la caractérisation d’une matrice 2D de détecteurs à fibres scintillantes plastiques pour la dosimétrie des faisceaux de photons d’énergie mégavoltage utilisés en radiothérapie. Les propriétés visées lors de la conception du détecteur matriciel furent la justesse, l’équivalence à l’eau, une bonne résolution spatiale, un nombre élevé de détecteurs, et une lecture à haute fréquence des doses déposées. La première partie de cette thèse fut consacrée à améliorer la justesse de la méthode spectrale utilisée pour corriger l’effet Cerenkov. Deux procédures aptes à extraire de façon juste les coefficients d’étalonnage ont été développées. Les résultats ont montré que cette méthode peut corriger l’effet Cerenkov avec une justesse de 1%. La seconde partie de cette thèse fut consacrée à la conception, la réalisation et la validation d’un détecteur matriciel composé de 781 dosimètres insérés dans un fantôme eau-équivalent. Un système optique a aussi été développé. Il fut déterminé qu’en moyenne, l’écart-type des mesures est inférieure à 1 % pour les doses supérieures à 6.3 cGy. Il fut aussi démontré que les distributions de dose ne sont pas perturbées (à +/- 1.1 %) par la présence des dosimètres à l’intérieur du fantôme. La caractérisation de la dépendance angulaire a révélée que les incidences des faisceaux ont peu d’impact sur la justesse des mesures. Le détecteur matriciel a aussi été validé dans le contexte de la radiothérapie à intensité modulée (IMRT). Onze plans de traitement ont été mesurés et les résultats ont montré d’excellents accords avec les doses calculées à l’aide d’algorithmes convolution-superposition ou mesurées avec des films radiochromiques. La sensibilité et la spécificité du détecteur matriciel aux erreurs de position d’une lame et d’un banc de lame d’un collimateur multi-lames (MLC) ont été déterminées en appliquant la théorie de détection du signal. Cette étude conclut que les dosimètres à fibres scintillantes plastiques pourraient permettre d’améliorer la qualité de la dosimétrie en IMRT, en raison de leurs avantages par rapport aux autres dosimètres, tels que l’équivalence à l’eau, une haute résolution spatiale, la lecture à haute fréquence, et une très faible dépendance angulaire.
This thesis deals with the development and characterization of a 2D array of plastic scintillation detectors for the dosimetry of megavoltage energy photon beams used in radiation therapy. The characteristics sought with the detector array are accuracy, water-equivalence, a good spatial resolution, a large number of detectors and a high frequency readout of the doses deposited. The first part of this thesis is devoted to the improvement of the accuracy of the spectral method used to correct the Cerenkov effect. A study has determined the optimal attenuation characteristics for the optical fibers and two procedures able to accurately extract the calibration coefficients were developed. Measurements performed in various situations showed that this method can correct the Cerenkov effect with an accuracy of 1 %. The second part of this thesis relates to the design, realization and validation of a detector array consisting of 781 plastic scintillation detectors inserted vertically into a plane of a water-equivalent phantom. An novel optical system was also designed. It was determined that, on average, the standard deviation of measurements is smaller than 1 % for doses deposited greater than 6.3 cGy. It was also demonstrated that the dose distributions are not perturbed (within +/- 1.1 %) by the presence of the detectors inside the phantom. The characterization of the angular dependence showed that the incidences of radiation beams have very little effect on the accuracy of measurements. The detector array was also validated in the context of intensity-modulated radiation therapy (IMRT). Eleven treatment plans were measured and the results showed excellent agreements with dose distributions calculated with convolution-superposition algorithms or measured with radiochromic films. The sensitivity and specificity of the detector array to position errors of one leaf and one leaf bank of a multileaf collimator (MLC) were also determined by applying the principles of signal detection theory. The study concluded that plastic scintillation detectors could allow improving the quality of dosimetry in IMRT, due to their advantages compared to other dosimeters, such as water-equivalence, high frequency readout, high spatial resolution and a very low angular dependence.

En utilisant une simulation rapide du projet de detecteur atlas aupres du lhc, nous etudions les possibilites de decouverte d'un nouveau boson neutre (z), dans ses canaux de desintegration leptonique. Nous montrons qu'un z, decrit par le modele de jauge etendue, pourra etre decouvert si sa masse est inferieure a 5 tev. Nous etudions ensuite la production de paires de boson vectoriel. Apres avoir reduit les bruits de fond tres importants en utilisant les capacites d'identification de particules prevues avec le detecteur atlas, nous pouvons fixer des limites de sensibilite sur les parametres du couplage anormal des triples vertex de la theorie electrofaible: |kappa-galla|<0. 11, |lambda-gamma|<0. 0038; |kappa-z|<0. 20, |lambda-z|<0. 0090. Nous presentons dans le dernier chapitre des resultats de tests en faisceau d'un prototype de calorimetre plomb/fibres scintillantes (rd1-spacal)

Cette thèse présente une application du rayonnement synchrotron de l'anneau DCI d'ORSAY à la microscopie X de contact et à la micro-analyse chimique par absorption X au voisinage d'un seuil. Dans une première partie, la détection d'images s'effectue à l'aide de plaques photographiques haute résolution. Deux microradiographies d'un échantillon sont enregistrées à deux longueurs d'onde X choisies de part et d'autre d'un seuil d'absorption de l'élément analysé. Un traitement informatique des images numérisées au microdensitomêtre permet de dresser une carte de répartition de cet élément avec une résolution de 5 à 10 sur un champ de 2 à 3 cm2. La deuxième partie présente l'étude d'un détecteur d'images X par scintillation guidée destiné à remplacer la détection photographique en vue de l'imagerie X quantitative à haut flux au-delà de 5 keV. Il s'agit d'une matrice de fibres optiques conductrices d'images dont les cœurs sont remplacés par un liquide scintillateur. La résolution obtenue expérimentalement est celle du pas du réseau de fibres, soit 10 μm. Les applications d'un tel détecteur à la microscopie X, à la micro-analyse chimique et à l'imagerie médicale avec le rayonnement synchrotron sont décrites
This thesis presents an application of synchrotron radiation (ORSAY/DCI storage ring) to X-ray contact microscopy and X-ray absorption chemical microanalysis near an absorption edge. In a first part, high resolution photographic plates are used as images detectors. Two microradioqraphs of the sample are recorded at two different X-ray wavelengths chosen on each side of an absorption edge of the analysed element. The images are digitalised with a microdensitometer. Subsequent computer processing gives analytical charts of this element showing 5 to 10 μm spatial resolution and 2-3 cm2 field. The second part presents an X-ray image detector based on guided scintillation. The detector is designed to improve the limited performances of photographic detection for high flux quantitative X-ray image detection over keV. X-ray to visible image conversion is performed in an array of optical fibers with a scintillating liquid core. A spatial resolution close to the pitch of the fiber array (10 μm) is experimentally obtained. Applications of the detector to X-ray microscopy, X-ray micro-analysis and medical imaging with synchrotron radiation are described

Le projet de Recherche et Développement R&D 17 au CERN, dans lequel se situe cette thèse, étudie la possibilité d'utiliser un photomultiplicateur sensible à la position (PSPM) associé à des fibres scintillantes pour définir un déclenchement de premier niveau pour le LHC. Une simulation d'événements physiques avec ISAJET a permis d'étudier ses performances pour effectuer une sélection des «bons» événements dans les conditions très sévères imposées par le LHC. Ce détecteur a de la diaphonie entre les anodes et doit donc être associé à des systèmes de lecture pour retrouver le centre de gravité de la charge laissée par la particule. Deux méthodes de reconstruction de la position ont été étudiées et simulées avec un langage de spécification VHDL afin de les comparer: une première basée sur des lignes à retard (RTD) et une autre qui utilise des systèmes de neurones. La méthode RTD a abouti à la construction d'une carte NIM qui nous a permis de définir ces limites pour notre application. Un système d'acquisition de données a été conçu dans le langage C++ pour tester des hodoscopes de fibres. C'est un système temps réel grâce à l'utilisation de la librairie tâche du C++ qui permet de gérer plusieurs tâches. Une interface utilisateur graphique sous MOTIF a été développée pour permettre d'utiliser ce système de façon conviviale. Ce système nous a permis d'étudier la résolution spatiale de notre détecteur, les multiplicités, l'effet du champ magnétique. . .

Le travail presente dans cette these s'appuie sur les donnees enregistrees par le detecteur l3 au lep a une energie proche du pole du z. Les etats propres du secteur jauginos-higgsinos de l'extension supersymetrique du modele standard, sont les neutralinos. La recherche de neutralinos a ete menee avec le detecteur l3 et la selection des evenements permettant la recherche dans le canal electron-positon- energie manquante est detaillee. En l'absence d'exces d'evenements dans les donnees par rapport a la prediction du modele standard, une interpretation est donnee permettant d'acceder a des limites sur les rapports de branchement du z en neutralinos ainsi qu'a l'exclusion de certaines parties de l'espace des parametres dont dependent ces rapports de branchement et donc a des limites inferieures sur les masses des neutralinos. Le detecteur l3 presente une zone non instrumentee entre le tonneau et les bouchons electromagnetiques. Afin d'ameliorer sa sensibilite aux evenements avec de l'energie manquante, celle-ci a ete comblee a l'aide d'un calorimetre plomb-fibres scintillantes qui a ete installe en 1996 pour la seconde phase de fonctionnement du lep. La conception du detecteur ainsi que les divers tests en faisceau sont decrits

Cette these porte sur la detection de rayonnement x a l'aide de materiaux plastiques scintillants: films minces, fibres optiques, matrices de fibres et d'un ecran phosphorescent et sur leur application a la caracterisation d'un plasma genere par une decharge electrique dans le vide: tension 70 kv, duree 50 ns, energie stockee 1j. Il a donc ete d'abord procede a une etude systematique des proprietes des fibres optiques scintillantes (fos): rendement de conversion, resolution energetique jusqu'a 1,5 mev, mecanisme de conversion, distribution spatiale des rayons emis. Ces scintillateurs associes a une camera intensifiee permettent une etude du plasma dont l'image est fournie par un stenope ; le diagnostic est complete par la mesure de l'energie emise a l'aide d'une diode pin calibree, celle du courant a l'aide d'une bobine de rogowski. L'energie emise dans 2 steradian est de l'ordre de 8 mj. Deux impulsions de rayons x (d'energie de 8 a 10 kev) sont identifiees: la premiere, a lieu avant le claquage et provient du teflon et de la base de l'anode ; la seconde, se produit apres le claquage et provient de la pointe de l'anode. L'evolution des differentes mesures en fonction de la distance entre electrodes permet de donner des indications sur le role des ions dans le mecanisme d'emission. Differentes geometries de cathode ont ete etudiees: cathode massive, cathode cylindrique et cathode conique. Dans le cas d'une cathode massive, des preuves de depot provenant de l'anode ont ete identifiees. La vitesse de propagation mesuree est de 20 km/s. Le delai de declenchement de l'etincelle est relie a cette propagation. Les images integrees montrent que l'emission du teflon provient du bremsstrahlung des electrons energetiques. L'emission de l'anode est constituee principalement par les raies l du tungstene

Le travail de cette these se place dans le cadre du projet d'amelioration du detecteur h1 aupres du collisionneur electron-proton hera. Cette amelioration a consiste, principalement, a realiser un calorimetre plomb/fibre scintillante (spa-cal) ainsi que son electronique associee de lecture et de declenchement. La description et l'analyse des mesures de performance d'un prototype du calorimetre et de son electronique sont ici presentees, en regard des exigences du projet ; les mesures effectuees en faisceau test du cern ont montre que cette electronique peut selectionner en ligne des evenements physiques parmi ceux de bruit de fond a l'aide de la mesure de temps de vol. L'efficacite du systeme de declenchement est superieure a 99 pour-cent independamment du point d'impact. La faisabilite d'une separation electron/pion au niveau du pour-cent est aussi demontree. En 1995 le calorimetre spacal fut donc integre dans le detecteur h1. Une description detaillee de l'electronique associee est donnee ainsi que les resultats de performance du declenchement pour la premiere annee de fonctionnement in situ

Les etudes abordees dans cette these concernent differents aspects de detection lies a la preparation de l'experience atlas au l. H. C. La presentation generale introduit d'une part le l. H. C et le detecteur atlas et d'autre part les deux axes principaux de ce travail, qui sont la calorimetrie et la lecture de la lumiere par des photodiodes a avalanches. Dans chacun des cas, les principes generaux sont decrits, avant de presenter et de discuter les differents resultats des tests. En calorimetrie, apres avoir rappele les resultats sur des prototypes de calorimetres plomb et fibres scintillantes realises par rd1 (le 1 mm et le 500m), nous presentons de facon plus detaillee les resultats du calorimetre totalement projectif dit radial. L'etude des photodiodes a avalanches comme systeme de detection de lumiere a ete effectuee au laboratoire sur un banc test puis sur faisceau au cern en les associant au calorimetre dit 1 mm. Ces resultats sont presentes en detail respectivement dans les deux cas

Au cours de cette these, differents problemes lies a la preparation des experiences aupres du lhc ont ete abordes. La premiere analyse a permis d'etudier un large eventail des performances d'un prototype de calorimetre electromagnetique plomb/fibres scintillantes. Les resultats ont ete conformes a nos esperances. La seconde analyse a ete dediee a a recherche des gluinos et des squarks prevus par le modele supersymetrique minimal. On a pu montrer que le bruit de fond multijets dans le canal energie manquante plus jets etait negligeable. Par ailleurs, en demandant deux leptons de meme signe on a pu montrer que des gluinos d'une masse au plus egale a 1. 3 tev etaient detectables. Finalement, une methode pour determiner la relation entre les masses des gluinos et des squarks a ete proposee

La décision du CERN d'augmenter d'environ un ordre de grandeur la luminosité du collisionneur proton-antiproton (ACOL) à 630 Gev a entrainé la modification du détecteur UA2 en vue de la recherche du quark top. Les améliorations apportées ont porté essentiellement sur l'identification des électrons et sur l'augmentation de la couverture du calorimètre hadronique. Le nouveau détecteur central met en oeuvre des techniques nouvelles d'identification des électrons, en particulier un détecteur à fibres optiques scintillantes (SFD). Ce détecteur élaboré au DPhPE du CEN de Saclay comporte ≈ 60000 fibres réparties sur 24 couches disposées sur un cylindre. Il assure à la fois la détection des traces (6 points dans l'espace) et la mesure de la position des pieds de gerbes électromagnétiques. La détermination précise de la distance trace-pied de gerbe permet au SFD de contribuer à la réjection des faux électrons induits par la superposition spatiale d'un hadron chargé et d'un pi-zéro. Les données de faible luminosité (46 nbˉ¹ ) accumulées par UA2 au cours de l'année 1987 nous ont permis de mettre en évidence une amélioration de l'identification des électrons dans le nouveau détecteur. La comparaison des spectres en impulsion transverse des électrons obtenus avec l'ancien et le nouveau détecteur indique une amélioration d'un ordre de grandeur de la réjection des faux électrons. Les perspectives en luminosité intégrée et la connaissance de l'appareillage UA2 devraient permettre à ce détecteur de réaliser des tests très contraignants du modèle standard et en particulier une avance sensible dans la recherche du quark top
The decision CERN to increase the luminosity of the proton-antiproton collider (ACOL) at 630 Gev in the center of mass by about one order of magnitude,has motivated the upgrade of the UA2 detector in order to search for the top quark. The main improvement of the detector consists in a better electron identification and an increase of the hadronic calorimeter coverage. The upgraded central detector uses new techniques to identify electrons, in particular a scintillating fiber detector (SFD). This detector of cylindrical geometry have been built at the CEN Saclay (DPhPE) using ≈ 60,000 fibers arranged in 24 layers,. It measures tracks (6 points in space) as well as the position of electromagnetic preshowers. It rejects fake electrons, simulated by the spatial overlap of a pi-zero and a hadron, with the help of a precise measurement of the distance between track ant preshower. Using data from a small integrated luminosity 46 nbˉ¹ achieved on 1987, we have studied the UA2 electron identification improvement. Comparing the electron transverse momentum spectra observed both in the old and the new detector we have found that the electron identification of the new UA2 apparatus has improved by an order of magnitude. The expected increase of the luminosity for the coming runs and the good knowledge of the UA2 apparatus will make it possible to improve tests of the standard model and in particular to achieve a better sensitivity for the top quark search