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DESP - Environnement spatial

HACROPOL: High Altitude Cosmic Ray Onera/Pic-du-Midi Observatory Laboratory

Les particules ionisantes primaires de l'environnement radiatif spatial interagissent avec les atomes de l'atmosphère soit en perdant une partie de leur énergie par ionisation, soit pour les particules les plus fortement énergétiques, en provoquant des réactions nucléaires. Il en résulte la génération de particules secondaires de type neutrons, protons, électrons, muons …

Les flux et les caractéristiques énergétiques de ces particules dépendent de l’altitude, la longitude, la latitude, du zénith et de l’azimut, de l’activité solaire mais aussi des caractéristiques physiques de l’atmosphère et de l’environnement géologique du point de mesure.

L'étude de l'Environnement Radiatif Naturel atmosphérique permet d'adresser trois problématiques: les effets singuliers (SEE), les effets biologiques (dosimétrie personnelle) et les liens entre les environnements spatial et atmosphérique (space weather).

La plateforme HACROPOL (High Altitude Cosmic Ray Onera/Pic-du-Midi Observatory Laboratory) a été initiée en 2008 par l'ONERA dans le cadre d'une collaboration avec l'Observatoire Midi-Pyrénées. L'objectif est d'exploiter de manière combinée des détecteurs de particules dédiés à la mesure dynamique de l'environnement, et des détecteurs d'effets principalement dédiés aux SEE.
La plateforme HACROPOL se situe au Pic-du-Midi de Bigorre (42''55'N, 0''08'E, 2885 m).

  1. Le Spectromètre HERMEIS (High Energy Range Multisphere Extended IRSN System) est basé sur le principe des sphères de Bonner (12 détecteurs) et a été développé par l'IRSN et l'ONERA. Il permet de mesurer les caractéristiques énergétiques des neutrons
  2. BALLTRAP: il s'agit d'une carte électronique autonome dont l'objectif est de mesurer les SEE dans un plan mémoire. Plusieurs versions ont été développées: en technologies 130, 90 et 65 nm (SRAMs) et pour plusieurs niveau de capacité (de 1 à 2 Gbits)
  3. Caméra CCD: le principe de cette caméra consiste à mesurer les niveaux de charges induits par l'intégration des traces des particules dans les pixels. Ce détecteur permet mesurer une information relative à l'environnement et constitue un détecteur d'effet
  4. Diode de détection Bancal, scintillateur pour la détection de muons etc...


Domaine d'applications
 

Etude de l'ERN atmosphérique

La première vocation d'HACROPOL est de permettre l'étude de l'ERN atmosphérique et plus particulièrement de sa dynamique. Le moyen HERMEIS a été dimensionné afin d'offrir une dynamique compatibles avec les variations de l'ERN à l'échelle des effets induits par une éruption solaire. La figure suivante illustre la détection (HERMEIS) de la décroissance Forbush survenue lors de l'événement solaire d'Août 2011.
 


 

Corrélation ERN-Effets de type SEE

La plateforme HACROPOL permet d'étudier conjointement l'ERN atmosphérique et de mesurer les effets de type SEE. La plateforme multi physiques MUSCA SEP3 permet de lier les deux. La plateforme HACROPOL permet d'étudier conjointement l'ERN atmosphérique et de mesurer les effets de type SEE. La plateforme multi physiques MUSCA SEP3 permet de lier les deux.

Plateforme ouverte

HACROPOL constitue une plateforme opérationnelle de caractérisation de la dynamique de l'environnement radiatif, elle offre ainsi l'opportunité d'exploiter des dispositifs scientifiques et/ou industriels qui peuvent s'appuyer sur les données issues de HERMEIS mais aussi sur les modélisations de MUSCA SEP3.

Liens avec d'autres projets
 

  • BALLTRAP:     Experience SEE sur ballons stratosphériques, les campagnes ont été réalisées à Kiruna (Suède) en 2010 et 2011.
  • FEDOME: FEdération des DOnnées de Météorologie de l’Espace.
  • HARMLESS: High Altitude Remotely Monitored Laboratory for the Evaluation of the Sensitivity to SEUs.
  • DAARES: Distributed Acquisitions in high-Altitude of Radiation Environment and SEE,
  • HAREM: High Altitude Radiation and Effects Measurements


Publications

  1. Real-life SEU experiments on 90nm SRAMs in Atmospheric Environment: measure vs. predicitions done by means of MUSCA SEP3 platform”, Peronnard P., Velazco R., Hubert G., Nuclear Science, IEEE Transactions on, December 2009.
  2. "In Flight SEU/MCU Sensitivity of Commercial Nanometric SRAMs: Operational Estimations", L. Artola, R. Velazco, G. Hubert, S. Duzellier, T. Nuns, B. Guerard, P. Peronnard, W. Mansour, F. Pancher, and F. Bezerra, Nuclear Science, IEEE Transactions on, december 2011.
  3. Characterization of the IRSN neutron multisphere spectrometer (HERMEIS) at European standard calibration fields”, A. Cheminet, V. Lacoste, V. Gressier, G. Hubert, A. Martin and M. Pépino, , Journal of Instrumentation, 2nd FNDA, vol. 7, 2012.
  4. Experimental measurements of the neutron fluence energy distributions at various altitudes with HERMEIS”, A. Cheminet, V. Lacoste, G. Hubert, D. Boscher, D. Boyer and J. Poupeney, , in IEEE Transactions on Nuclear Sciences, Vol.59, No.4, 2012.
  5. Characterization of the neutron environment and SEE investigations at the CERN-EU high Energy Reference Field and at the Pic du Midi”, A. Cheminet, G. Hubert, V. Lacoste, R. Velazco and D. Boscher, Nuclear Science, IEEE Transactions on, August 2013.
  6. Continuous high-altitude measurements of cosmic ray neutron and SEU/MCU at various locations: correlation and analyses based-on MUSCA-SEP3”, G. Hubert, R. Velazco, C. Frederico, A. Cheminet, C. Silva-Cardenas, F. Pancher, V. Lacoste, F. Palumbo, W. Mansour, L. Artola, F. Pineda and S. Duzellier, Nuclear Science, IEEE Transactions on, August 2013.
  7. "Atmospheric Radiation Environment Dynamic Analyses based-on Measurement on CDD camera and Multi-physics Modeling", G. Hubert and A. Cheminet, submitted to Nuclear Science, IEEE Transactions on, 2013.
  8. "MUSCA SEP3 contributions to investigate the Atmospheric Cosmic Rays impacts on the Single Event Upset Sensitivity along the scaling trend of bulk/SOI CMOS", G. Hubert, D. Regis, A. Cheminet, M. Gatti, V. Lacoste, submitted to Radiation protection and dosimetry, 2013.
  9. "Measurement and Monte-Carlo Simulations of the Spectral variations of the Cosmic-ray induced neutrons at the Pic-du-Midi aver two-year period", A. Cheminet, G. Hubert, V. Lacoste and D. Bosher, submitted to Radiation protection and dosimetry, 2013.
  10. "Cosmic-Ray Solar Modulation and Forbush Decrease analyses based on atmospheric neutron spectrometry at mountain altitude and GEANT4 simulations of Extensive Air Showers", A. Cheminet, G. Hubert, V. Lacoste, D. Maurin and L. Derome, submitted in the Journal of Geophysical Research, 2013.
  11. "Atmospheric Radiation Environment Effects on Electronic Balloon Board observed during Polar Vortex and Equatorial Operational Campaigns", G. Hubert, F. Bezerra, J-M Nicot, L. Artola, A. Cheminet, J-N Valdivia, J-M. Mouret, J-R Meyer, and Ph. Cocquerez, submitted to Nuclear Science, IEEE Transactions on, 2013.

 

Contact: G. Hubert (guillaume.hubert\@/onera.fr)


 

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