Le groupe Radioprotection de l’unité HSE utilise principalement, pour la surveillance des rayonnements ionisants sur le domaine du CERN, des moniteurs fonctionnant avec des chambres d’ionisation.

Les chambres d’ionisation produisent des charges qui dépendent du débit du champ de rayonnement auquel elles sont exposées. Lorsqu’un niveau de rayonnement naturel est mesuré, le courant de sortie de la chambre d’ionisation est de l’ordre de quelques femtoampères (fA) ; il peut atteindre quelques microampères (μA) en présence de niveaux élevés de rayonnements ionisants pulsés.

Mesurer des courants de sortie sur une gamme de mesure étendue, avec une grande précision pour des niveaux de rayonnement faibles et tout en assurant une stabilité à long terme, représente un véritable défi technologique.

Début 2012, le groupe Radioprotection du CERN a lancé un projet en microélectronique visant à développer un ASIC (circuit intégré à application spécifique) appelé « Utopia » (Ultralow picoammeter), qui pourrait constituer la partie frontale d’une future chaîne de mesure efficace, à étalonnage automatique. Mi-2014, une première version de ce circuit ASIC était opérationnelle ; elle devait permettre de mieux comprendre les différents phénomènes de bruit de fond électronique et de dérive du point de fonctionnement, en particulier les différents courants de fuites en jeu et les manières de réduire le plus possible leurs effets sur les mesures. Les bons résultats obtenus avec la première puce ont ouvert la voie à la conception d’une nouvelle version d’ASIC, « Utopia-2 », présentant des performances améliorées ; une deuxième puce a donc été fabriquée début 2017.

Les tests réalisés en 2017 sur « Utopia-2 » ont montré des résultats prometteurs. Il a par conséquent été prévu de lancer mi-2018 la phase suivante du projet ; celle-ci comprend la caractérisation détaillée complète de la puce et sa première intégration dans un prototype de moniteur de rayonnement.

Les circuits ASIC « Utopia » et « Utopia-2 », conçus par Evgenia Voulgari.

Personne de contact : Daniel.Perrin@cern.ch

 

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Current-to-frequency converter "Utopia"
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"Utopia-2" ASIC