Utilisation de dispositifs à transfert de charge pour la détection de muons cosmiques dans un contexte de tomographie

Face à la menace du terrorisme nucléaire, plusieurs pays se sont procurés des détecteurs de matériaux radioactifs pour protéger leurs frontières. Ces systèmes détectent habituellement des émissions de rayons gammas, beta ou alpha qui proviennent d'uranium, radium, césium ou autre matériel radioactif. Cependant, la source radioactive peut être dissimulée par une épaisseur de plomb et d'autres matériels absorbants ces rayonnements. Avec une quantité suffisante de blindage, un individu désirant faire de la contrebande de matériel nucléaire peut traverser les frontières sans alerter les autorités. Pour faire face à ce risque, plusieurs laboratoires à travers le monde travaillent sur une technologie de tomographie par muons qui pourrait être utilisée pour identifier des sources nucléaires blindées. Celle-ci se base sur l'analyse de la déviation d'un muon cosmique traversant un cargo d'intérêt. Cette déviation étant fonction du nombre Z des atomes traversés (le nombre de protons dans le noyau), il est en principe possible de déterminer le contenu du cargo. Pour calculer cette déviation angulaire, il faut d'abord mesurer la position des muons sur quatre plans horizontaux (deux pré-cargo, deux après). Cette tâche est traditionnellement dévolue à des détecteurs comme des chambres à fils ou des scintillateurs mais pourrait aussi être remplie par des détecteurs CCDs (Chargle-Coupled Devices ou dispositifs à transfert de charge). Cet ouvrage se penche spécifiquement sur l'utilisation de CCDs pour la tomographie par muons. Ce mémoire a pour but de déterminer la faisabilité d'utiliser un détecteur de muons à base de CCDs commerciales. Pour répondre à cette question, des simulations numériques ont été réalisées en utilisant le logiciel Geant4. Ces travaux nous permettent d'obtenir le dépôt d'énergie théorique de muons de diverses énergies cinétiques dans une plaque de silicium représentant une puce de CCD. Ces résultats sont ensuite comparés à la théorie préalablement exposée pour vérifier leur validité. L'énergie des muons varie de 50 MeV à 1 TeV et les épaisseurs étudiées sont de 300 et 775 μm. Les résultats indiquent qu'un muon de 4 GeV (énergie la plus probable pour des muons d'origines cosmiques) devrait déposer environ 106 et 281 keV en moyenne pour des épaisseurs de 300 et 775 μm, ce qui se traduit par 28 000 et 76 000 paires électron-trou comme signal pour les deux épaisseurs étudiées. Tous les résultats obtenus concordent avec la théorie connue des dépôts d'énergie dans les semi-conducteurs minces.