Du diamant pour révolutionner les détecteurs de l'IN2P3

L'équipe physique nucléaire et applications médicales du LPSC travaille sur le développement de détecteurs diamants innovants dans le cadre de projets transdisciplinaires. Elle co-organisait la première conférence « JSPS-CNRS » dédiée à ces détecteurs qui s'est tenue à Yuzawa (Japon) fin octobre. A cette occasion, les scientifiques français ont présenté les résultats de leur premier prototype de moniteur faisceau qui utilise du diamant comme partie active. Ces détecteurs sont très prometteurs car ils ont l’avantage d’être très résistants et extrêmement rapides. Le diamant y est intégré sous forme d’une couche de cristal de quelques centaines de microns d’épaisseur fabriquée par dépôt progressif de carbone en phase vapeur.

Des applications multiples

Dans le cas présent, il s'agit de développer un moniteur faisceau pour la collaboration nationale CLaRyS (LPSC, CPPM, IP2I, pour l’IN2P3) pour l'utiliser en hadronthérapie. Le détecteur doit étiqueter spatialement et temporellement le faisceau d’ions, pour contrôler le parcours des particules en temps réel. Cependant, cette technologie a bien d'autres applications possibles également en développement au CNRS. Le matériau semi-conducteur diamant est ainsi de plus en plus considéré dans des domaines aussi différents que l'électronique de puissance (semi-conducteur à bande interdite large pour applications électroniques haute puissance / haute tension) ou les détecteurs de particules. Pour ces derniers, un défi majeur est la réalisation de détecteurs de rayonnement performants pour la physique des hautes énergies (monitorage faisceau, détection de MIP), la physique nucléaire (détection de fragments de fission ou neutrons), les applications biologiques et médicales (radiothérapies, monitorage radiolyse pulsée) et les applications environnementales (radioprotection et surveillance de sites « chauds »).

Des travaux de recherche encore nécessaires

Reste que l'utilisation du diamant en physique n'en est encore qu'à ses balbutiements et de nombreux aspects sont à l'étude. Les recherches vont bon train, menées en commun par les laboratoires IN2P3 tels que LPSC, Subatech et LPC-Caen, mais aussi d’autres instituts du CNRS :  Institut Néel à Grenoble, LSPM à Villetaneuse…, en liaison très étroite avec des laboratoires japonais NIMS, AIST, KEK et l'Université de Tsukuba, dans le cadre des programmes d'échanges JSPS-CNRS.

C’est pour encourager ces recherches qu’a eu lieu du 29 octobre au 1^er novembre dernier à Yuzawa la première conférence dédiée au sujet : la conférence « JSPS-CNRS diamond detector workshop ». Son objectif était de rassembler des acteurs internationaux des milieux académique et industriel afin de promouvoir le développement de détecteurs diamants innovants. Elle a permis aussi d’aborder les thématiques telles que la croissance, la caractérisation des matériaux diamants mais aussi les développements en électronique et tests expérimentaux de prototypes polyvalents. La prochaine édition de cette manifestation aura lieu en France du 30 juin au 3 juillet 2020 ; elle devrait permettre l'émergence de nouveaux projets interdisciplinaires auxquels l'IN2P3 pourrait être associé. Un appel à contributions sera lancé dès avril 2020, l'ouverture des inscriptions se fera simultanément.