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Utilisation du diamant CVD en mode TL pour la radiothérapie. Propriétés de thermoluminescence et de conductivité électrique. A. Petitfils, F. Wrobel, M.

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1 Utilisation du diamant CVD en mode TL pour la radiothérapie. Propriétés de thermoluminescence et de conductivité électrique. A. Petitfils, F. Wrobel, M. Benabdesselam, P. Iacconi, B. Serrano, A. Costa LPES-CRESA, EA1174, Université de Nice-Sophia Antipolis, Parc Valrose LARD2005, Octobre 2005, Pôle Universitaire de Montbéliard

2 Plan le principe de la Thermoluminescence (TL) et de la conductivité électrique thermostimulée (TSC) Présentation des échantillons étude simultanée de la TL et de la TSC Utilisation en radiothérapie

3 Principe de la TL 1 1: ionisation P: piège à électrons CR: centre de recombinaison Irradiation E CR BV BC P EgEg

4 Principe de la TL 1: ionisation 2:piégeage P: piège à électrons CR: centre de recombinaison Irradiation E 1 2 CR BV BC P

5 Principe de la TL 1: ionisation 2:piégeage 3:dépiégeage par chauffage P: piège à électrons CR: centre de recombinaison Irradiation E 1 2 CR 3 BV BC P

6 Principe de la TL 1: ionisation 2:piégeage 3:dépiégeage par chauffage 4:recombinaison radiative et émission de lumière P: piège à électrons CR: centre de recombinaison Irradiation E 1 2 CR 3 BV BC P hν 4

7 Principe de la TSC 1 1: ionisation P: piège à électrons CR: centre de recombinaison Irradiation E CR BV BC P EgEg

8 Principe de la TSC 1: ionisation 2:piégeage P: piège à électrons CR: centre de recombinaison Irradiation E 1 2 CR BV BC P

9 Principe de la TSC 1: ionisation 2:piégeage 3:dépiégeage par chauffage P: piège à électrons CR: centre de recombinaison Irradiation E 1 2 CR 3 BV BC P

10 Principe de la TSC 1: ionisation 2:piégeage 3:dépiégeage par chauffage 4:courant sous laction dun champ électrique P: piège à électrons CR: centre de recombinaison Irradiation E 1 2 CR 3 BV BC P 4

11 Pourquoi le diamant CVD ? I(tl) u.a T (°C) TLD GR200A LiF:Mg, Cu, P Pic non isolé, Régénération après chaque utilisation diamètre= 4,5mm, épaisseur= 0,8 mm Diamant CVD Pic isolé vers 270°C, Pas de régénération après utilisation Carré de (5x5) mm², épaisseur =260 µm

12 Présentation des échantillons Conditions de synthèse: Micro Wave Chemical Vapour Deposited MWCVD élaborés au Naval Research Laboratory Substrat en tungstène, T substrat =1023 K, P µonde =4,5 kW, P° enceinte =15,4 kPa, [CH 4 ]=4% de [H 2 ]

13 Présentation des échantillons Spectre Raman: raie Raman à 1332 cm -1 avec FWHM=4,5 cm -1

14 Caractérisation par TL (1) Irradiation RX (45 kV, 2 mA, 0,59 Gy/min) à -196 °C :

15 Analyse spectrale Spectre démission: réalisé à laide dun analyseur optique multicanal Un centre de recombinaison dénergie E=2,57 eV, FWHM= 0,66 eV 2 pièges de même nature

16 Caractérisation par TL (2) Excitation de la TL des pics 1 et 2 Utilisation de différents filtres interférentiels, excitation à flux constants E g = 5,5 eV

17 Échantillons HFCVD Conditions de synthèse: Substrat en Silicium, T substrat = 730 °C T filament chaud = 2200 °C, P= 133 Pa [CH 4 ]=4% de [H 2 ] Collaboration avec une équipe de Rome (P. Ascarelli)

18 Caractérisation par TL sensibilité de léchantillon sous excitation UV Deutérium T pic ~260 °C

19 Analyse spectrale E 1,68 eV impureté Si E= 2,54 eV

20 Le Fading Optique Caractérisation par TL

21 Le Fading Optique Caractérisation par TL

22 Le Fading Optique Caractérisation par TL

23 Le Fading Optique Caractérisation par TL

24 Réponse TL-TSC simultanée

25 Courbes TSC-TL simultanée Répétabilité TSC: 3,3 % T TSC ~280 °C T TL ~270 °C

26 Réponse en fonction de la tension contacts Ohmiques 6.0x x x x x x x10 -12

27 Diamant CVD en mode TL pour la radiothérapie Répétabilité et reproductibilité Rendement en profondeur Profil de dose absorbée

28 Répétabilité et reproductibilité Écart max de 5 % préchauffage 210 °C, β= 1 °C/s Irradiation X25 MV, DSP=100 cm, champ (10x10) cm², profondeur= 2,5 cm DSP=100 cm, champ (10x10) cm², profondeur = 5 cm Répétabilité: 1,5%

29 Rendement: dispositif experimental champ dirradiation (10x10) cm², DSP= 100 cm une dose de 100 UM (débit de dose= 9,7 mGy/UM)

30 Rendement en profondeur Champ (10x10) cm², DSP=100 cm, 100 UM

31 Profil: dispositif expérimental champ dirradiation (10x10) cm², DSP= 100 cm une dose de 100 UM (débit de dose= 9,7 mGy/UM) Profondeur = 5 cm

32 Profil de dose absorbée Champ (10x10) cm², DSP= 100 cm, 100 UM, profondeur de 5 cm

33 Profil de dose absorbée Zone de forts gradients de dose et queue de distribution de dose

34 Profil de dose absorbée Zone de forts gradients de dose et queue de distribution de dose V CI =130 mm 3 V CVD =6,5 mm 3

35 Perspectives Influence des conditions de synthèse sur les propriétés dosimétriques des diamants CVD (Fading Optique), Influence sur les mesures simultanées de TL-TSC de: la variation de la vitesse de chauffe, la variation de la dose, la variation du débit de dose, Mesures de rendements en profondeur et de profils sous faisceaux délectrons Étude comparative avec des chambres dionisation moins volumineuses


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