Des études spécifiques sur un module XRDPIX FM

Dans ce chapitre, nous allons étudier des comportements particuliers d’un même module, en jouant sur un paramètre clé différent dans chaque sous-section.

5.3.2.1 L’évolution des performances à plus basse température d’un XRDPIX

Nous avons réalisé des mesures spectrales à 4 températures basses, de −20^◦C à −35^◦C, dans une même configuration de polarisation (−300 V) et de peaking time (2,6 µs), pour étudier l’impact de la température sur les performances. Les statistiques couvrent l’ensemble des 32 voies d’un même XRDPIX, toutes programmées à la même valeur de seuil numérique de 16, qui équivaut à ~4 keV.

Les graphes ci-dessous montrent les spectres calibrés de la voie ’P10’ d’une source radio-active scellée d’241Am aux températures de −20^◦C, −25^◦C, −30^◦C et −35^◦C (fig. 5.41) :

Figure 5.41 – Spectres en énergie calibrés d’une source de la source^{241Am d’une voie CdTe} d’un module de détection XRDPIX, à partir d’une chaîne d’acquisition de 65536 canaux reconstruite sur 8192 canaux avant calibration.

Ainsi, nous observons une grande stabilité spectrale au cours de la descente en tempé-rature. Le tableau des statistiques 5.6 montre une évolution très légèrement positive de la résolution en énergie et surtout, une amélioration des seuils bas.

En effet, les FWHM des pics de ²⁴¹Am diminuent de ~0,02 keV à −35^◦C, et le seuil bas en énergie s’améliore avec la baisse de température de 0,2 keV en 15^◦C, ce qui correspond à une précision d’un canal de conversion de l’électronique de vol.

En conclusion, en dessous de −20^◦C, la baisse de température a un véritable impact sur la performance de seuil bas en énergie.

Parmi les modules XRDPIX de vol, nous avons effectué des tests supplémentaires pour peaufiner la phase de qualification spatiale. C’est ainsi que nous avons testé 3 modules à des

Table 5.6 – Statistiques de 32 voies d’un module XRDPIX QM (XR3N010) en fonction de la température de test, en configuration (−300 V ; 2, 6 µs).

Température (^◦C) −20 −25 −30 −35

FWHM[14keV] - Moyenne (keV) 0,942 0,934 0,933 0,923

FWHM[14keV] - Ecart-type (keV) 0,031 0,032 0,032 0,029

FWHM[18keV] - Moyenne (keV) 1,177 1,162 1,140 1,141

FWHM[18keV] - Ecart-type (keV) 0,049 0,050 0,046 0,051

FWHM[60keV] - Moyenne (keV) 1,134 1,122 1,122 1,117

FWHM[60keV] - Ecart-type (keV) 0,035 0,034 0,036 0,037

Seuil bas 6σ - Moyenne (keV) 2,55 2,51 2,44 2,38

Seuil bas 6σ - Ecart-type (keV) 0,32 0,27 0,34 0,31

températures plus basses que la température nominale de l’instrument ECLAIRs (jusqu’à −35◦C).

Le plan de détection sera régulé à −20^◦C avec une marge [−18^◦C / −23^◦C]. Cependant, il peut arriver que le système thermique général ne chauffe pas suffisamment et que, dans ce cas, les modules XRDPIX soient plus froids que la spécification.

Dans cette partie, nous présentons un test spécifique réalisé sur 96 voies détecteurs afin d’étudier l’évolution de leurs performances aux températures suivantes : −25^◦C, −30^◦C et −35^◦C. La configuration est la même que celle décrite dans la section 5.3, hormis le temps de stabilisation de la température plus long (4 h au lieu de 2 h).

Figure 5.42 – Quatre paramètres de performance en fonction de la température - En haut à gauche : Gain après calibration 16 bits / En haut à droite : Offset après calibration 16 bits / En bas à gauche : FWHM du pic à 14 keV / En bas à droite : FWHM du pic à 60 keV -Tous les graphes sont obtenus à partir de 96 spectres détecteurs (soit 3 modules XRDPIX) paramétrés à la configuration (−300 V ; 2,6 µs).

En étudiant une plus grande statistique sur la figure 5.42 (ici 96 détecteurs contre une seule voie figure 5.41), nous constatons une excellente stabilité des performances spectrales des modules de détection à des températures inférieures à −20^◦C.

En effet, les mesures donnent une moyenne des 96 FWHM des 2 pics de ²⁴¹Am diminuée de 0,04 keV en 15^◦C, ce qui reste très faible. De plus, nous pouvons conclure que nous sommes, dans ce cas, à la limite du bruit du détecteur.

5.3.2.2 L’effet du temps de polarisation sur la résolution et sur le comptage d’un XRDPIX

L’ensemble de nos mesures ont été réalisées à partir d’acquisitions de 30 minutes, avec une même durée de polarisation des détecteurs, et ce de façon à comparer les quelques 250 XRDPIX dans des conditions identiques et reproductibles.

Au vu du nombre d’essais et du temps que nous avions sur le projet, nous avons dû choisir de privilégier une durée d’acquisition assez courte, au détriment de la représentativité du taux de comptage ; en effet, pendant la mission SVOM, nous nous attendons à des taux

de comptage légèrement inférieurs à 1 événement par seconde, tandis que pour les essais de validation des performances, nous avions, selon le banc de test, de l’ordre de 40 c/s/dét et 50 c/s/dét en moyenne.

Pour autant, j’ai étudié 2 modules, toujours à partir de spectres acquis pendant 30 minutes, mais cette fois-ci pendant un temps de polarisation des détecteurs XRDPIX qui a duré jusqu’à 24 h (quatre valeurs de durée de la haute tension appliquée : 30, 60, 300 et 1440 min), soit plus élevé qu’il ne sera configuré dans l’espace.

J’ai analysé l’évolution de la résolution et du comptage de 64 voies détecteurs au cours du temps, illustrée dans la figure 5.43.

Figure 5.43 – Graphe du haut : Taux de comptage en fonction de temps de polarisation (30 min - cas nominal - 300 min - 600 min - 1440 min) / Graphe du bas : FWHM des raies à 14 keV et 60 keV en fonction de temps de polarisation - Configuration (−300 V ; 2, 6µs) - 2 modules XRDPIX ’XR10’ et ’XR153’ (soit 64 voies mesurées) refroidis à −20^◦C.

En s’appuyant sur les graphes présentés, nous pouvons constater que les valeurs de FWHM et les taux de comptages sont très stables au cours du temps (haute tension de valeur −300V appliquée jusqu’à 24 h).

C’est ainsi que la valeur de FWHM de la raie à 14 keV varie de 0,885 ±0,049 keV (au bout de 30 min de polarisation) à 0,895 ±0,056 keV (quand 1440 min de polarisation se sont écoulées) pour le XRDPIX ’XR10’ et de 0,867 ±0,050 keV (30 min) à 0,863 ±0,052 keV (1440 min) pour le ’XR153’. En moyennant les deux modules, cela correspond à une augmentation de 0,4 %.

Concernant la valeur de FWHM de la raie à 60 keV, nous débutons à 1,105 ±0,048 keV (30 min) pour finir à 1,136 ±0,049 keV (1440 min) pour le XRDPIX ’XR10’ et de 1,129 ±0,141 keV (30 min) à 1,181 ±0,165 keV (1440 min) pour le ’XR153’. En moyennant les deux modules, cela induit une augmentation de 3,6 % sur près d’une journée.

Enfin, les taux de comptage débutent en moyenne à 47,4 ±2,2 c/s/det pour terminer à 47 ±2,1 c/s/det pour le XRDPIX ’XR10’ et de 25,1 ±0,85 c/s/det à 24,9 ±0,81 c/s/det, soit une baisse de −0, 7 % pour une haute tension de 24 h (les taux sont très différents entre les modules car ils ont été testés sur des bancs différents (5.3).

En conclusion, les dérives temporelles de la résolution (dégradation) et du comptage (di-minution) sont très faibles, et tout à fait acceptables pour le projet.