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DRT/LIST/DIMRI/SIAR/LTD DETECTEURS EN DIAMANT SYNTHETIQUE POUR LA DOSIMETRIE DES RAYONNEMENTS : APPLICATION A LA RADIOTHERAPIE Journées Jeunes Chercheurs,

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1 DRT/LIST/DIMRI/SIAR/LTD DETECTEURS EN DIAMANT SYNTHETIQUE POUR LA DOSIMETRIE DES RAYONNEMENTS : APPLICATION A LA RADIOTHERAPIE Journées Jeunes Chercheurs, Aussois, 1-5 décembre 2003 Marie Joséphine Guerrero

2 Détecteurs en diamant synthétique pour la dosimétrie des rayonnements: application à la radiothérapie LE DIAMANT Matériau à grand gap (5,5eV) Grande mobilité des porteurs (>2000cm 2 V -1 s -1 ) Forte résistivité (>10 14 ohm.cm) Forte résistance au rayonnement Inerte chimiquement De plus: Matériau équivalent tissus ( Z = 6) Bon détecteur de rayonnement Application possible en dosimétrie médicale Journées Jeunes Chercheurs, Aussois, 1-5 décembre 2003

3 Détecteurs en diamant synthétique pour la dosimétrie des rayonnements: application à la radiothérapie LE DIAMANT CVD Le diamant naturel: diversité des échantillons, sélection drastique, coût élevé Le diamant CVD: reproductibilité entre différents échantillons, faible coût, substrats de grande taille, autonomie du laboratoire pour la fabrication du matériau Journées Jeunes Chercheurs, Aussois, 1-5 décembre 2003

4 Détecteurs en diamant synthétique pour la dosimétrie des rayonnements: application à la radiothérapie ELABORATION DU MATERIAU Croissance par PECVD micro-ondes Le matériau ainsi obtenu est un matériau polycristallin Journées Jeunes Chercheurs, Aussois, 1-5 décembre 2003 (Dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma micro-ondes)

5 … Détecteurs en diamant synthétique pour la dosimétrie des rayonnements: application à la radiothérapie APPLICATION A LA RADIOTHERAPIE Deux approches actuellement étudiées: Détecteur ponctuel de type chambre à ionisation (mesure en temps réel) Applications aux nouvelles techniques de traitement telles que lIMRT (traitement par modulation dintensité) : nécessitent des détecteurs ponctuels très performants et de petites tailles (forts gradients de dose) Détecteur thermoluminescent (TL) Mesures passives Mesures ponctuelles (vérification des doses reçues par certains organes) Mesures de radioprotection Journées Jeunes Chercheurs, Aussois, 1-5 décembre 2003

6 Détecteurs en diamant synthétique pour la dosimétrie des rayonnements: application à la radiothérapie PASSIVATION DES DEFAUTS Le matériau polycristallin présente des défauts impliquant des niveaux de pièges présents dans la bande interdite. Les niveaux de pièges peuvent être identifiés suivant deux catégories : Journées Jeunes Chercheurs, Aussois, 1-5 décembre 2003 niveaux de pièges peu profonds instables à température ambiante niveaux de pièges profonds stables à température ambiante

7 Détecteurs en diamant synthétique pour la dosimétrie des rayonnements: application à la radiothérapie CARACTERISATION DES DEFAUTS Plusieurs méthodes sont utilisées : mesure du courant thermiquement stimulé (TSC) mesure de la thermoluminescence (TL) mesure du courant induit par le rayonnement Pièges « peu profond » Pièges « profond » Journées Jeunes Chercheurs, Aussois, 1-5 décembre 2003 Irradiation et mesure sur le même appareillage: Meilleur contrôle des paramètres pour la reproductibilité des mesures

8 Détecteurs en diamant synthétique pour la dosimétrie des rayonnements: application à la radiothérapie Pics vers 300K-400K Très contraignant pour les chambres dionisations (CI) Peu contraignant pour la dosimétrie par thermoluminescence (TL) Pic vers 550K Niveau influant sur la stabilité de la réponse sous faisceau (CI) Niveau utilisé pour la dosimétrie par TL ETUDE DES DEFAUTS Journées Jeunes Chercheurs, Aussois, 1-5 décembre 2003

9 Détecteurs en diamant synthétique pour la dosimétrie des rayonnements: application à la radiothérapie APPLICATION A LA RADIOTHERAPIE: CHAMBRE DIONISATION Nécessité de saturer les niveaux de pièges de léchantillon à une certaine dose pour obtenir un signal stable : « pompage ou priming » Procédure similaire pour les chambres dionisation en diamant naturel (PTW) Variation au cours du temps de la réponse sous irradiation Journées Jeunes Chercheurs, Aussois, 1-5 décembre 2003

10 Détecteurs en diamant synthétique pour la dosimétrie des rayonnements: application à la radiothérapie APPLICATION A LA RADIOTHERAPIE: CHAMBRE DIONISATION Journées Jeunes Chercheurs, Aussois, 1-5 décembre 2003 Après pompage, on observe la présence dun overshoot lorsquon réalise une nouvelle irradiation. Ce phénomène transitoire est dû aux niveaux de pièges instables à température ambiante qui se vident à température ambiante entre les irradiations.

11 Détecteurs en diamant synthétique pour la dosimétrie des rayonnements: application à la radiothérapie APPLICATION A LA RADIOTHERAPIE: CHAMBRE DIONISATION Journées Jeunes Chercheurs, Aussois, 1-5 décembre 2003 On observe le même phénomène sur des échantillons de diamant naturels

12 Détecteurs en diamant synthétique pour la dosimétrie des rayonnements: application à la radiothérapie APPLICATION A LA RADIOTHERAPIE: CHAMBRE DIONISATION Journées Jeunes Chercheurs, Aussois, 1-5 décembre 2003 Sur les échantillons ne présentant peu ou pas de niveaux de pièges instables à température ambiante ce phénomène dovershoot napparaît pas une fois léchantillon pompé. Le contrôle des conditions de croissance et donc des niveaux de pièges dans le matériau nous permet de faire disparaître ce phénomène.

13 Détecteurs en diamant synthétique pour la dosimétrie des rayonnements: application à la radiothérapie APPLICATION A LA RADIOTHERAPIE: CHAMBRE DIONISATION Journées Jeunes Chercheurs, Aussois, 1-5 décembre 2003 Évolution lente de du signal sous rayonnement: Phénomène de dépompage au cours du temps entre les irradiations: dépiègeage des niveaux profonds Nécessité de connaître lhistoire du détecteur Nécessité de définir une procédure dutilisation et de stockage

14 Détecteurs en diamant synthétique pour la dosimétrie des rayonnements: application à la radiothérapie APPLICATION A LA RADIOTHERAPIE: CHAMBRE DIONISATION TRAVAUX EN COURS Pour disposer de détecteurs utilisables en Radiothérapie il faut : Optimiser les conditions de croissance pour éviter la présence des pièges à basses températures. « Des résultats encourageants » Optimiser les conditions de mesure pour saffranchir de lhistoire du détecteur: pompage et/ou dépompage. « Des procédures fiables » Mise au point dun protocole dutilisation Journées Jeunes Chercheurs, Aussois, 1-5 décembre 2003

15 Détecteurs en diamant synthétique pour la dosimétrie des rayonnements: application à la radiothérapie APPLICATION A LA RADIOTHERAPIE: DOSIMETRES TL Mesure de thermoluminescence: Utilisation des niveaux de pièges profonds (pièges présent autour de 550K) Journées jeunes chercheurs, Aussois, 1-5 décembre 2003 Comparaison entre la réponse dun dosimètre standard (LiF) et de dosimètres en diamant

16 Détecteurs en diamant synthétique pour la dosimétrie des rayonnements: application à la radiothérapie APPLICATION A LA RADIOTHERAPIE: DOSIMETRES TL Tests préliminaires sur divers échantillons non sélectionnés Étude de la reproductibilité de la mesure: Tests réalisés sur 2 échantillons CVD et un échantillon naturel : non reproductibilité de la réponse entre deux mesures réalisées dans les mêmes conditions Reproductibilité médiocre Eude de la linéarité de la réponse en fonction de la dose Tests réalisés sur 2 échantillons CVD et un échantillon naturel : non linéarité de la réponse en fonction de la dose pour une irradiation de 1 Gy et 2 Gy Les caractéristiques de linéarité de la réponse en fonction de la dose semblent être très dépendant des conditions de synthèse des films (*) Journées jeunes chercheurs, Aussois, 1-5 décembre 2003 (*)Cf: Poster: CVD diamond for thermoluminscence dosimetry: Optimisation of the readout process and application

17 Détecteurs en diamant synthétique pour la dosimétrie des rayonnements: application à la radiothérapie APPLICATION A LA RADIOTHERAPIE: DOSIMETRES TL TRAVAUX EN COURS Pour disposer de détecteurs utilisables en Radiothérapie il faut : Un niveau de piège stable à température ambiante Un contrôle précis du niveau et de la concentration des défauts afin dobtenir les caractéristiques nécessaire pour des dosimètres thermoluminescents utilisables en milieu médical (étude du dopage par impuretés en cours) Optimisation des conditions de lecture Journées jeunes chercheurs, Aussois, 1-5 décembre 2003

18 Détecteurs en diamant synthétique pour la dosimétrie des rayonnements: application à la radiothérapie PERSPECTIVES POUR LES APPLICATIONS MEDICALES Objectifs: Développement de capteurs spécifiques en diamant pour : Étalonnage des faisceaux des accélérateurs médicaux Dosimétrie passive (patients et personnel hospitalier) Collaboration en cours: Institut Gustave Roussy (IGR), Villejuif Institut Curie, Paris Centre de Protonthérapie dOrsay Journées jeunes chercheurs, Aussois, 1-5 décembre 2003

19 Détecteurs en diamant synthétique pour la dosimétrie des rayonnements: application à la radiothérapie CONCLUSION Le diamant possède toutes les qualités requises pour réaliser de nouveaux détecteurs ponctuels très performants pour la radiothérapie Plusieurs approches sont à létude: Optimisation des conditions délaboration du diamant Optimisation des conditions de mesures et comparaison avec les outils utilisés en milieu hospitalier (collaboration avec le LNHB) Dopage du diamant pour le contrôle des niveaux de pièges : dosimétrie par thermoluminescence Journées jeunes chercheurs, Aussois, 1-5 décembre 2003


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