EXPERTISE TECHNIQUE

Ingénierie

INSTRUMENTATION

Le service Instrumentation met en œuvre une grande partie de la chaîne d’instrumentation nucléaire : de la réalisation des détecteurs à l’acquisition de données, en passant par le dimensionnement des systèmes de pompage et le contrôle et commande, jusqu’aux traitements du signal et de l’information.

Le service instrumentation intervient dans de nombreux projets du laboratoire et développe aussi ponctuellement dans le cadre de contrats industriels. Le service comprend de nombreuses compétences et est découpé en plusieurs pôles d’activité.

Mesures physiques et simulations

Le service dispose de cinq chaînes de mesures toujours fonctionnelles. Avec ces dispositifs, le laboratoire peut réaliser des mesures non-destructives de faibles concentrations de radioéléments ou d’éléments stables, dans des échantillons liquides ou solides. Ces chaînes sont régulièrement utilisées pour la formation ou des prestations pour les industriels.

Chaîne_fluorescence_X
Chaîne_fluorescence_X

Pour mettre en œuvre la fluorescence X ou la mesure d’atténuation, le laboratoire possède une salle dédiée à deux générateurs X (150 kV-500 µA cible W et 50 kV-200 µA cible Ag).

Le laboratoire gère également les sources radioactives, utiles pour la calibration des détecteurs.

Plusieurs détecteurs sont à disposition :

  • Deux détecteurs de Germanium hyper-pur,
  • Un détecteur Silicium-Lithium,
  • Un détecteur Silicium,
  • Un détecteur CdTe,
  • Des chambres à ionisation et un électromètre de référence pour la dosimétrie.
Detecteur_HPGe
Detecteur_HPGe
Spectroscopie du 22Na
Spectroscopie du 22Na

Détecteurs

Le service réalise les détecteurs dédiés aux expériences de physique nucléaire du laboratoire.

Le rôle d’un détecteur de physique nucléaire est d’accéder à une ou plusieurs informations relatives aux particules à détecter, telles que leur énergie, leur localisation. Il est adapté à chaque expérience. Certains détecteurs présentent un réel défi technologique, et imposent la conception et l’élaboration préalable d’outils pour leur fabrication.

Le service développe les trois types suivants :

  • Les détecteurs gazeux : chambres à ionisation, plaques parallèles à avalanche, chambres multi-fils.
  • Les détecteurs solides: Phoswich, intégration de galettes à micro-canaux, de wafer silicium, de détecteurs diamant.
  • Les détecteurs à scintillation : intégration de scintillateurs plastiques ou cristaux, de guides de lumière à géométrie complexe, de photomultiplicateurs, SiPM ou photodiodes.
Intrumentation, Détecteur gazeux : chambre à ionisation pour le projet Falstaff-NFS (LPC Caen)
Intrumentation, Détecteur gazeux : chambre à ionisation pour le projet Falstaff-NFS (LPC Caen)
Instrumentation, Détecteur solide : diamant à piste pour le projet EURISOL/SPIRAL2 (LPC Caen)
Instrumentation, Détecteur solide : diamant à piste pour le projet EURISOL/SPIRAL2 (LPC Caen)
Instrumentation, Détecteur scintillant : détecteur NANOSC pour le projet nEDM (LPC Caen)
Instrumentation, Détecteur scintillant : détecteur NANOSC pour le projet nEDM (LPC Caen)

Outre un grand savoir-faire en collage, tissage, reprise de contact électrique, CEM, tenue au vide, circulation de gaz, le laboratoire dispose de matériels spécifiques :

  • Un évaporateur de métaux à canon à électrons pour les dépôts de couches minces :

Dépôt de 10 à 500 nm
Matériaux : Au, Al, Si, Fe, Cr, NiCr, NiMo, Ti, Pt …
Substrats : mylar, wafer Si, Diamant, plastique
Taille des échantillons : jusqu’à 55 cm x 45 cm.
Réalisation de plans de strips: strip > 1mm et Inter-strip > 50µm

Instrumentation, Evaporateur Canon à électrons (LPC Caen)
Instrumentation, Evaporateur Canon à électrons (LPC Caen)
Instrumentation, Micro-fraiseuse PCB (LPC Caen)
Instrumentation, Micro-fraiseuse PCB (LPC Caen)



  • Une micro-fraiseuse Technodrill pour la réalisation de plaques d’époxy de géométries spécifiques (détourage, lamage…)

Une hotte à flux laminaire dans une salle propre pour le montage des détecteurs.

Techniques du vide

Le service assure l’étude et le dimensionnement et l’installation des systèmes de pompage du vide primaire à l’ultravide.

Il réalise aussi, si besoin, l’étude, la conception et le développement des appareils automatisés d’injection de gaz, de régulation de la pression et du débit du gaz injecté (Ar, C4H10, CF4, He3) dans les détecteurs.

Contrôle et commande

Ce pôle développe les systèmes complets de contrôle et commande, ainsi que les interfaces homme-machine associées, pour les dispositifs expérimentaux utilisés au laboratoire. Ces dispositifs peuvent être par exemple des pompes à vide, des jauges, des vannes, des régulateurs de débit massique, des propulseurs, des alimentations basse et haute tension, des générateurs de fonctions, des moteurs, des amplificateurs radiofréquences, des échelles de comptage, etc.

Pour ces développements, le service maîtrise les architectures Client/Serveur et EPICS, plusieurs langages de programmation (Python, C) et plusieurs protocoles de communication (SCPI, Modbus TCP, Profibus, CAN…). Il utilise des automates programmables (Siemens, Crouzet, Schneider…) et les logiciels spécifiques à leur programmation (LabView, LabWindows CVI, Millénium 3, Tia Portal, EcoStruxure Control Expert).

Interface Contrôle & Commande
Interface_controle_commande

Acquisition de données et traitement numérique du signal

Ce pôle gère le développement de plusieurs projets  d’acquisition de données ou de traitement numérique du signal et de l’information.

  • Le projet FASTER (Fast Acquisition SysTem for nuclEar Research, propose une solution globale d’acquisition numérique temps réel, entièrement générique et modulaire, reconfigurable à volonté pour la plupart des expériences de physique nucléaire d’une à quelques centaines de voies de mesure, sans a priori sur l’expérience. Les traitements des signaux sont intégrés sur FPGA (spectrométrie par filtre CR-RC4 et trapézoïdal, QDC, TDC), avec un temps mort réduit à la période d’échantillonnage des signaux. De multiples niveaux de décisions (trigger local, régional, global) et une grande variété de modes de décision (sélections, filtrages, contre-réactions, traitements en ligne) sont disponibles. Le système FASTER peut enregistrer jusqu’à 5 millions de mesures prétraitées. L’équipe travaillant sur le projet a conçu et développé ses propres cartes électroniques (carte mère au format µTCA, carte fille à la norme VITA57).
  • Pour des contrats industriels, ce pôle a également développé le traitement des données et l’asservissement de détecteurs (moniteur faisceau, dosimètre calibré en énergie temps réel).

Traitement de l’information médicale et modélisation

Dans l’objectif d’analyser les effets de traitement de radiothérapie du cancer dans le cadre du projet PMRT, le service s’implique également dans le traitement de l’information médicale.

Le service a développé le logiciel ArDCore qui permet de simplifier au maximum l’opération d’archivages des données de radiothérapie (scanner, IRM, contourages des organes, dose, données cliniques de suivis), sous la forme de dossiers patients structurés et sécurisés par chiffrement. Il permet aussi, après une requête de mise à disposition, et tout en gérant le consentement des patients, de déchiffrer et d’anonymiser si besoin les données et donne accès à une vue rapide de l’ontologie médicale du patient. Le logiciel traite les fichiers au format DICOM, certaines données au format pdf et les tableurs de données cliniques.

Principe de ArDCore
Principe de ArDCore

Le service a également activement participé à l’élaboration du package R espadon. Ce package a été construit pour les développeurs dans l’objectif de simplifier l’accès aux données stockées sous format DICOM, de façon à produire des features (informations de haut niveau) destinées au Machine Learning. Il dégage le développeur de la connaissance des systèmes de référentiels et de maillage des imageries, et permet entre autres la visualisation 1D, 2D et 3D des objets.

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