Récemment, le développement de nouveaux types de photo-détecteurs compacts ultra-rapides a permis d'améliorer la résolution du temps de coïncidence (CTR) des chaînes spectrométriques à scintillation en dessous de 100 ps FWHM. Ces détecteurs sont constitués de scintillateurs rapides et fins, généralement LSO, LYSO, LaBr3 ou CeBr3, couplés optiquement à des matrices SiPM. Ainsi, une frontière technologique très ambitieuse en matière de CTR apparaît à la limite des 10 ps FWHM, ce qui permettrait d'envisager de nouvelles applications d'imagerie gamma ultra-rapide. Par exemple, en tomographie par émission de positrons (TEP), une image pourrait être acquise pratiquement sans inversion tomographique avec une caméra CTR à temps de vol (TOF) de 10 ps.

Nous développons un détecteur sensible à la position, constitué d'un cristal scintillant monolithique sur lequel est déposée une photocathode à haut rendement. Ce cristal "scintillant", qui combine scintillation et génération de photoélectrons, optimise la transmission des photons de scintillation et Cherenkov à la photocathode sans autre moyen de couplage optique (par exemple, graisse optique). Un tel dispositif évitera la réflexion interne des photons optiques sur l'interface cristal/photocathode grâce à l'indice de réfraction élevé de la photocathode. Le cristal "scintronique" sera encapsulé dans une structure de photomultiplicateur à microcanaux (MCP-MT) pour amplifier le signal et optimiser le temps de transit des photoélectrons vers les anodes de détection.

La résolution spatiale de notre appareil dépend principalement de la statistique des photo-électrons détectés.
Ce projet (nommé ClearMind) est financé par l'Agence Nationale de la Recherche. La collaboration ne cesse de se développer. Elle implique aujourd'hui cinq laboratoires français travaillant sur la physique des particules et la physique médicale, l'instrumentation et la simulation, l'intelligence artificielle (apprentissage machine) et les logiciels de reconstruction d'images.

Les travaux se focaliseront sur l'optimisation et la caractérisation des détecteurs. Cela impliquera la conception et la mise en place de tests en laboratoire, des mesures en laboratoire et une analyse interactive des données recueillies. Nous utilisons des techniques de photo-détection rapide: Laser picoseconde, scintillateurs inorganiques rapides (Cherenkov + scintillation), photomultiplicateurs microcanaux (MCP-PMT), photomultiplicateurs silicium rapides (SiPM), amplificateurs large passante (gigahertz), enregistreurs de forme d'onde SAMPIC. Le candidat participera également à la simulation des détecteurs (logiciels GEANT4 et GATE) et à la reconstruction des événements (techniques d'apprentissage automatique).