Publications

BEAUFORT C., GUILLAUDIN O., SAUZET N., SANTOS D., BABUT R., “Directionality and head-tail recognition in the keV-range with the MIMAC detector by deconvolution of the ionic signal”, Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, 2022, 08 (08), pp.057, DOI : 10.1088/1475-7516/2022/08/057.

CHAMBON L., TÜZÜN D., BOBIN C., CORBEL M., LOURENÇO V., “Development of alpha-emitting large area radioactive surface sources tailored for decommissioning”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 1033 166732 (2022), DOI : https://doi.org/10.1016/j.nima.2022.166732.

COULON R., BRODA R., CASSETTE P., COURTE S., DUPIRE A., JEROME S., JUDGE S., KOSSERT K., LIU H., MICHOTTE C., NONNIS M., “The new international reference system for pure α- and pure β-emitting radionuclides and some electron capture decaying radionuclides by liquid scintillation counting”, Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 331 3221-3230 (2022), DOI : https://doi.org/10.1007/s10967-022-08337-7.

CROZET M., RIVIER C., LOURENÇO V., DEMEYER S., “New approaches for interlaboratory comparisons analysis using dark uncertainty applied to radioactive materials”, Talanta, 250 123394 (2022), DOI : https://doi.org/10.1016/j.talanta.2022.123394.

CROZET M., DEMEYER S., LOURENÇO V., HERRANZ M., BODEN S., “Analysis of the comparison of in situ measurements made on biological shielding of the BR3 nuclear reactor”, Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 331 2967-2982 (2022), https://doi.org/10.1007/s10967-022-08319-9.

DEVIC C., PLAGNARD J., MUNIER M., “Characterization of an innovative detector based on scintillating fiber for personalized computed tomography dosimetry”, Sensors, 22 90 (2022), DOI : https://doi.org/10.3390/s22010090.

DI CHICCO A., SARDET A., PETIT M., JACQMIN R., GRESSIER V., STOUT B.,”Gamma-response characterization of a solution-grown stilbene-based detector assembly in the 59 keV–4.44 MeV energy range; an alternative low-resolution gamma spectrometer”, Nuclear Inst. and Methods in Physics Research, A 1034 (2022),DOI : 10.1016/j.nima.2022.166740.

DUTSOV C., SABOT B., CASSETTE P., MITEV K., “Significance of the corrections for accidental coincidences in liquid scintillation counting measurements”, Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 331 3303-3311 (2022), DOI :  https://doi.org/10.1007/s10967-022-08316-y.

HOARAU G., DOUGNIAUX G., GENSDARMES F., CASSETTE P., RANCHOUOX G., “Impact of the Coarse indoor non-radioactive aerosols on the background radon progenies’ compensation of a continuous air monitor”, Health Physics, 122 563-574 (2022), DOI : https://doi.org/10.1097/HP.0000000000001530.

JURCZAK J., RAPP B., DELAUNAY F., GOURIOU J., DUFRENEIX S., BORDY J.-M., “Dose Area Product primary standards established by graphite calorimetry at the LNE-LNHB for small radiation fields in radiotherapy”, Physica Medica 98 18-27 (2022), DOI : https://doi.org/10.1016/j.ejmp.2022.03.013.

KANAFANI M., FLÉCHARD X., ET AL., “High-precision measurement of the 6He half-life”, Physical Review C, 106 045502 (2022), DOI : https://doi.org/10.1103/PhysRevC.106.045502.

KAUR A., LOIDL M. AND RODRIGUES M., “Determination of fractional electron capture probabilities of 125I using Metallic Magnetic Calorimeters”, J. Low Temp. Phys. 209 864-871 (2022), DOI : https://doi.org/10.1007/s10909-022-02851-4.

KOSSERT K., LOIDL M., MOUGEOT X., PAULSEN M., RANITZSCH P., RODRIGUES M., “High precision measurement of the 151Sm beta decay by means of a metallic magnetic calorimeter”, Applied Radiation and Isotopes, 185 110237 (2022), DOI : https://doi.org/10.1016/j.apradiso.2022.110237.

KOSSERT K., AMELIN Y., ARNOLD D., MERLE R., MOUGEOT X., SCHMIEDEL M., ZAPATA-GARCÍA D., “Activity standardization of two enriched 40K solutions for the determination of decay scheme parameters and the half-life”, Applied Radiation and Isotopes, 188 110362 (2022), DOI : https://doi.org/10.1016/j.apradiso.2022.110362.

MARIAM R., RODRIGUES M., LOIDL M., PIERRE S. AND V. LOURENÇO, “Determination of L X-ray absolute emission intensities of 238Pu, 244Cm, 237Np and 233Pa radionuclides using a metallic magnetic calorimeter”, Spectrochimica Acta B 187 106331 (2022), DOI : https://doi.org/10.1016/j.sab.2021.106331.

MÉNESGUEN Y., LÉPY M.-C., ITO Y., YAMASHITA M., ET AL., “Structure of single KL0–, double KL1–, and triple KL2–ionization in Mg, Al, and Si targets induced by photons, and their absorption spectra”, Radiation Physics and Chemistry, 194 110048 (2022), DOI : https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2022.110048.

ROUSSEAU A., STIEN C., BORDY J.-M., BLIDEANU V., “Fricke-Xylenol orange-Gelatin gel characterization with dual wavelength cone-beam optical CT scanner for applications in stereotactic and dynamic radiotherapy”, Physica Medica, 97 1-12 (2022), DOI : https://doi.org/10.1016/j.ejmp.2022.03.008.

SABOT B., DUTSOV C., CASSETTE P., MITEV K., “Performance of portable TDCR systems developed at LNE-LNHB”, Nuclear Instruments and Methods A, 1034 166721 (2022), DOI : https://doi.org/10.1016/j.nima.2022.166721.

SOKOLTSOVA T., ESBELIN E., LÉPY M.-C., “Quantitative element analysis with an energy dispersive X-ray fluorescence instrument equipped with a highly oriented pyrolytic graphite filter”, X-Ray Spectrometry, 51 43-52 (2022), DOI : https://doi.org/10.1002/xrs.3251.

SOLE C., BUFFLER A., HUTTON T., LEADBEATER T., BABUT R., GRESSIER V., PETIT M., “Benchmarking a new digital data acquisition system for fast neutron metrology”, IEEE Transaction on nuclear science, Volume: 69, pages 1780 - 1788, juillet 2022, DOI :  10.1109/TNS.2022.3182348.

XU J., BOBIN J., DE VISMES-OTT A., BOBIN C., MALFRAIT P., “Analysis of gamma-ray spectra with spectral unmixing—Part I: Determination of the characteristic limits (decision threshold and statistical uncertainty) for measurements of environmental aerosol filter”, Applied Radiation and Isotopes, 182 110109 (2022), https://doi.org/10.1016/j.apradiso.2022.110109.

XU J., BOBIN J., DE VISMES-OTT A., BOBIN C., MALFRAIT P., “Analysis of gamma-ray spectra with spectral unmixing, Part II: Recalibration for the quantitative analysis of HPGe measurements”, Applied Radiation and Isotopes, 182 110082 (2022), DOI : https://doi.org/10.1016/j.apradiso.2021.110082.

Communications

LÉPY M.-C., PIERRE S., RODRIGUES M., SABOT B., “Calibration for gas containers in gamma-ray spectrometry”, ICRM-LLRMT, 02 au 06 mai 2022, Gran Sasso, Italie.

AMIOT M.N., “End-to-end tests with alanine pellets read by EPR in a heterogeneous phantom for radiotherapy treatments”, Congrès EPR Biodose the International Symposia on EPR Dosimetry and Dating (EPR) and the International Conference on Biological Dosimetry, 7 au 10 juin, Fontenay aux Roses, France.

ROUSSEAU A., «End-to-end quality assurance for Volumetric Modulated Arc Therapy with Fricke-Xylenol orange-Gelatin gel dosimeters and dual-wavelength cone-beam optical CT scanner», International Conference on 3D and Advanced Dosimetry (IC3DDose), 20 au 24 juin, Québec, Canada.

PERROT Y., PETIT M., “Monte Carlo Simulations of Radiobiology Experiments Using Neutrons Beams - The Nuclear Data of Life ”, EURADOS Annual Meeting du 20 au 24 juin 2022, Belgrade, Serbie.

MOBIO E., « Conception de champs neutroniques réaliste et épithermique pour l’étalonnage d'instruments de radioprotection et développement d’une méthode de spectrométrie des neutrons dédiée à leur caractérisation entre 0,5 eV et 10 keV d'énergie », journées des LARD, 27 au 28 juin 2022, Fontenay-aux-roses, France.

HERNANDEZ-ELVIRA V., “Calibration of photodiodes with a monochromatic X-ray beam measured with an electrical-substitution radiometer”, EXRS 2022, 27 juin au 1er juillet, Bruges, Belgique.   

LÉPY M.-C., “International Initiative on X-ray Fundamental Parameters Status and next steps”, EXRS 2022, 27 juin au 1er juillet, Bruges, Belgique.   

MELHEM S., “Estimating the uncertainties in combined GIXRF-XRR for the characterization of thin film materials”, EXRS 2022, 27 juin au 1er juillet, Bruges, Belgique.   

MÉNESGUEN Y., “Combined XRR-GIXRF analysis at LNE-LNHB: technical and analytical developments”, EXRS 2022, 27 juin au 1er juillet, Bruges, Belgique.

BOUHADIDA M., BROVCHENKO M., VINCHON T., MONANGE W., TROMPIER F., “Neutron spectra reconstruction based on an artificial neural network trained with a large built dataset”, ICRS 14/RPSD 2022 (14th International Conference on Radiation Shielding and 21st Topical Meeting of the Radiation Protection and Shielding Division), ANS, Sep 2022, Seattle, United States. DOI : 10.13182/ICRSRPSD22-39065.

BEDOGNI R., ATANACKOVIC J., BARTLETT D., BORDY J.-M., ET AL., “The revision of ISO 8529 Neutron reference radiation fields”, IM2022 / NEUDOS14, Krakivie, Pologne.

M. PETIT, A. DI CHICCO, A. SARDET, R. BABUT, R. JACQMIN, B. STOUT, “Extended time of flight measurements down to 100 keV at the AMANDE facility with a stilbene scintillator”, IM2022 / NEUDOS14, Krakivie, Pologne.

MOBIO E., “Design of epithermal neutron field for the calibration of radiation protection devices and development of a neutron spectrometry method for its characterization in the 0.5 eV to 10 keV energy range”, HISPANOS-ARIEL School, Seville, Espagne.

Résumé de la thèse

La détection de la diffusion cohérente des neutrinos sur les noyaux (CEvNS) représente un défi expérimental en raison de sa signature unique : un recul nucléaire de faible énergie de l'ordre de 10-100 eV en moyenne. Ce processus, largement inexploré jusqu'à aujourd'hui, pourrait sonder la physique au-delà du modèle standard. NUCLEUS est une expérience de neutrino de réacteur nucléaire conçue pour la détection de CEvNS en utilisant un nouveau type de calorimètres cryogéniques à très bas seuil d'énergie (inférieur à 20 eV) basés sur la technologie CRESST. Il sera installé dans le Very Near Site (VNS), un hall expérimental à faible profondeur situé entre les deux réacteurs nucléaires de la centrale de Chooz B en France, avec des distances entre réacteurs de 72 m et 102 m. Par conséquent, un système de suppression du bruit de fond très efficace est fondamental. Dans cette thèse, le prototype du veto externe cryogénique de NUCLEUS et les essais correspondants réalisés à IJClab (Orsay, France) sont présentés afin de valider la technique utilisée pour l'identification et l'élimination des neutrons et des rayons gamma les plus pénétrants constituant la radioactivité de fond. En outre, cette thèse couvre également l'activité BASKET (Bolometers At Sub KeV Energy Threshold), un projet de R&D visant le développement de détecteurs cryogéniques innovants pour la détection de CEvNS. Nous avons couplé différents capteurs thermiques aux cristaux de Li₂WO₄. Dans cette thèse sont rapportés les principaux résultats obtenus jusqu'à présent.

Mots Clés

détecteurs à basse température, bolomètres, veto cryogénique, diffusion cohérente des neutrinos sur les noyaux, neutrinos, basses températures, scintillateurs, antineutrinos, ionisation

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Résumé de la thèse

Les techniques modernes de radiothérapie externe, telles que la radiothérapie stéréotaxique qui utilise des petits faisceaux d'irradiation, permettent aujourd'hui de délivrer précisément de fortes doses à la tumeur tout en épargnant les tissus sains adjacents. Cette amélioration s'accompagne cependant d'une complexification des plans de traitement délivrés. Il est alors nécessaire de sécuriser les traitements par la mise en place de contrôles qualité adaptés à ces nouvelles techniques. Parmi ceux-ci, les contrôles qualité end-to-end permettent de tester l'ensemble de la chaîne de traitement rencontrée par les patients à l'hôpital. Les gels dosimétriques, encore à l'état de recherche, pourraient permettre une meilleure mise en place de ce type de contrôles car ils sont actuellement les seuls dosimètres capables de mesurer des distributions de dose en 3D avec une haute résolution spatiale. Le gel Fricke-Xylenol orange-Gelatin (FXG) associé à une lecture par tomographie optique a déjà été utilisé dans la littérature pour réaliser des contrôles qualité end-to-end, cependant sa gamme de dose d'utilisation était limitée à 4 Gy et ne permettait pas son utilisation pour des applications stéréotaxiques. Dans cette étude, la composition du gel FXG a été optimisée et une méthode de double lecture optique a été développée afin d'envisager l'utilisation de cette méthode dosimétrique sur une gamme de dose représentative des traitements stéréotaxiques ([0,25 ; 10] Gy). Cette méthode a été caractérisée et validée dans des petits champs d'irradiation. Plusieurs contrôles qualité end-to-end ont ensuite été mis en place en milieu clinique pour le traitement de tumeurs intracrâniennes par stéréotaxie sur les accélérateurs Novalis TrueBeam STx (Varian) et CyberKnife (Accuray). Les distributions de dose mesurées par gel et celles planifiées ont été comparées en utilisant différents outils d'analyse tels que le gamma-index et la superposition de courbes isodoses, de profils de dose et d'histogrammes dose-volume. Des mesures ponctuelles et planaires avec d'autres dosimètres ont aussi été effectuées pour compléter cette comparaison. Les résultats obtenus ont montré que la méthode de contrôle qualité 3D end-to-end par gel FXG et double lecture optique est précise, adaptée à la radiothérapie stéréotaxique et apporte des informations supplémentaires aux contrôles qualité actuellement effectués en routine clinique avec des méthodes dosimétriques plus conventionnelles.

Mots Clés

gel de Fricke, tomographie optique, contrôle qualité, radiothérapie stéréotaxique, dosimétrie 3D

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Résumé de la thèse

L'évolution des techniques de radiothérapie, en particulier avec l’avènement des traitements stéréotaxiques, a conduit à accroître l'utilisation de petits faisceaux d’irradiation permettant de se conformer au mieux au volume à traiter tout en minimisant l’irradiation des tissus sains environnants. Ce faisant, les conditions cliniques s'éloignent significativement des conditions de référence en dose absorbée dans l’eau en un point, telles que décrites dans les protocoles internationaux. La perte de traçabilité ainsi constatée conduit à une augmentation de l’incertitude sur la dose délivrée au patient. Afin de contourner les difficultés de traçabilité de la dose absorbée en petits champs, le Laboratoire National Henri Becquerel (LNE-LNHB) a proposé d’utiliser une approche novatrice. Au lieu de considérer une mesure en un point, une mesure intégrée sur une surface plus grande que le champ d'irradiation a été adoptée au travers d’une autre grandeur : le Produit Dose Surface (Dose Area Product ou DAP). Le travail présenté dans cette thèse porte sur la réalisation de références dosimétriques primaires en Produit Dose Surface dans l’eau (DAPw) pour des tailles de champs carrés et circulaires inférieures ou égales à 15 mm de côté ou de diamètre. En vue du transfert de ces nouvelles références dosimétriques à l’utilisateur, trois chambres d’ionisation plates de même surface sensible que le calorimètre graphite de grande section du LNE-LNHB ont été construites et étalonnées par rapport à la référence primaire nouvellement établie, avec une incertitude-type sur le coefficient d’étalonnage inférieure à 0.7% (k=1). Pour les tailles de champs comprises entre 5 mm et 15 mm, les trois chambres présentent le même comportement, avec un coefficient d’étalonnage indépendant de la forme du champ d’une part et qui augmente légèrement, de l’ordre de 1.7% en moyenne, avec la taille de champ d’autre part. Ces résultats prometteurs ouvrent la voie à un changement de paradigme pour la dosimétrie en petits champs. Afin de progresser en direction de l’utilisation clinique du DAP, en particulier au travers des mesures de facteurs d’ouverture du collimateur (FOC), une comparaison a été effectuée entre l’approche classique de la mesure en un point corrigée des facteurs fournis par le protocole IAEA TRS 483, et la dose absorbée en un point déduite du DAP grâce à la connaissance de la cartographie à deux dimensions du faisceau, accessible avec des films radiochromiques. C’est pour cette raison qu’il a été aussi développé dans cette thèse un nouvel instrument optique dédié à la lecture des films radiochromiques, compatible avec une application métrologique. Une fois adoptée, cette nouvelle approche permettrait d’améliorer le paramétrage des logiciels de planification de traitement (TPS), qui est un maillon essentiel de la chaîne de traitement en radiothérapie.

Mots Clés

Métrologie, petits champs, calorimétrie, produit dose-surface, films radiochromiques, monte-carlo

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Résumé de la thèse

Au cours des dernières décennies, les expériences visant à mesurer des antineutrinos menées à courtes et longues distances de réacteurs nucléaires et utilisant des détecteurs basés sur la désintégration β inverse (IBD) ont révélé un déficit systématique et significatif d'antineutrinos détectés par rapport aux flux prédits. Outre cet écart de flux, appelé anomalie des antineutrinos de réacteur (RAA), une différence dans la forme des spectres mesurés par rapport aux prédictions reflétant l'état de l'art a été observée. Aucune preuve d'un biais expérimental n'a été mis en évidence comme étant à l'origine de ces divergences, et l'interprétation de la RAA comme une nouvelle oscillation de neutrino avec un état stérile est pour l’instant défavorisée par de récentes expériences placées à courtes lignes de vol d’un réacteur. La validité des prédictions est aussi remise en question comme source des divergences observées, ce qui a motivé une révision des modèles de spectres d'antineutrino de réacteur. Dans ce contexte, une nouvelle prédiction a été développée et est présentée dans cette thèse de doctorat. Les antineutrinos de réacteur sont émis lors de la désintégration β⁻ des produits issus de la fission du combustible nucléaire (²³⁵U, ²³⁸U, ²³⁹Pu, ²⁴¹Pu). Lors d’une telle transition, un noyau excité éjecte en corrélation un électron et un antineutrino. La probabilité d’émission totale et les spectres en énergie associés à chacune de ces deux particules sont caractéristiques du noyau initial et du noyau final, et dépendent de leurs structures nucléaires et atomiques. Le spectre antineutrino émis par un cœur de réacteur résulte ainsi de la superposition de milliers de spectres β. La prédiction revisitée est basée sur la méthode par sommation qui consiste à modéliser chacune de ces transitions β. Une modélisation avancée de la théorie de la désintégration β a été utilisée pour inclure différents effets dus à l'interaction électromagnétique entre l'électron émis et le noyau fils par un traitement numérique. Les données nucléaires expérimentales les plus récentes sont utilisées pour modéliser les milliers de désintégrations contribuant au spectre antineutrinos d'un réacteur, incluant les mesures de spectroscopie d'absorption totale γ. Une propagation détaillée des incertitudes associées à la fois à la modélisation et à l'évaluation des données nucléaires a également été effectuée, permettant de générer un budget d'incertitude cohérent et conservatif pour les spectres ainsi modélisés. La nouvelle modélisation par sommation est finalement comparée à l'état de l'art des prédictions de spectre de réacteur, et ses améliorations et limitations sont discutées en considérant des jeux de données IBD collectées par de récentes expériences réacteurs à courtes et longues lignes de vol.

Mots clés

neutrino, réacteur, particule, modélisation, calcul numérique, désintégration β

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Consultez la thèse (EN) : https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-03538198

Publications

A. Abeln, …, M. Loidl, …, Y. Ménesguen, …, M. Rodrigues (126 authors), “Conceptual design of BabyIAXO, the intermediate stage towards the International Axion Observatory; The IAXO collaboration”, Journal of High Energy Physics, 2021, 137, 80, DOI:10.1007/JHEP05(2021)137.

P. Agnes, …, X. Mougeot, (136 authors), “Calibration of the liquid argon ionization response to low energy electronic and nuclear recoils with DarkSide-50”, Physical Review D, 2021,104, 08200, DOI:10.1103/PhysRevD.104.082005.

G. Amoyal, Y. Menesguen, V. Schoepff, F. Carrel, M. Michel, J.-C. Angélique, N. Blanc de Lanaute, “Evaluation of Timepix3 Si and CdTe hybrid-pixel detectors spectrometric performances on X- and gamma-rays”, IEEE Transactions on Nuclear Science, 2021, 68, 229-235, DOI:10.1109/TNS.2020.3041831.

R. André, C. Bobin, J. Bobin, J. Xu, A. de Vismes Ott, “Metrological approach of gammaemitting radionuclides identification at low statistics: application of sparse spectral unmixing to scintillation detectors”, Metrologia, 2021, 58, 015011, DOI:10.1088/1681-7575/abcc06.

M. Bolzonella, M. Caresana, M. Ferrarini, R. Babut, “Characterization of a novel passive personal fast neutron dosimeter based on a CR-39 track detector in monochromatic neutron fields via Monte Carlo simulations and experiments”, Radiation measurements, 2021, 146, 106627, DOI:10.1016/j.radmeas.2021.106627.

R. Broda, I. Bonková, M. Capogni, P. Carconi, P. Cassette, R. Coulon, S. Courte, P. De Felice, T. Dziel, A. Fazio, C. Fréchou, R. Galea, E. García-Toraño, E. Kołakowska, K. Kossert, M. Krivošík, E. Lech, K. Lee, J. Liang, A. Listkowska, H. Liu, N. Navarro, O. Nähle, M. Nowicka, M. Van Rooy, B. Sabot, P. Saganowski, Y. Sato, Z. Tymiński, A. Yunoki, M. Zhang, T. Ziemek, “ Final report of the key comparison CCRI(II)-K2.Fe- 55.2019 of activity concentration measurements of a 55Fe solution”,  Metrologia, 2021, 58, 1A, 06010 , 23, DOI:10.1088/0026-1394/58/1A/06010.

F. Carrel, H. Makil, F. Lainé, R. Coulon, A. Sari, L. Brondeau, P. Cassette, M.-C. Lépy, S. Pierre, C. Thiam, C. Domergue, J.-F. Villard, P. Vigneron, G. Béroud, “Metrological characterization of intense (α, n) neutron sources by coupling of non-destructive measurements”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 2021, 987, 164818, 10, DOI:10.1016/j.nima.2020.164818.

C. Dutsov, P. Cassette, K. Mitev, B. Sabot, “In quest of the optimal coincidence resolving time in TDCR LSC”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 2021, 987, 164846, 12, DOI:10.1016/j.nima.2020.164846.

C. Dutsov, B. Sabot, P. Cassette, K. Mitev, “Measurement of the half-life of excited nuclear states using liquid scintillation”, Applied Radiation and Isotopes, 2021, 176, 109845, DOI:10.1016/j.apradiso.2021.109845.

S. Friedrich, G. Kim, C. Bray, R. Cantor, J. Dilling, S. Fretwell, J. Hall, A. Lennarz, V. Lordi, P. Machule, D. McKeen, X. Mougeot, F. Ponce, C. Ruiz, A. Samanta, W. Warburton, K. Leach, “Limits on the existence of sub-MeV sterile neutrinos from the decay of 7Be in superconducting quantum sensors”, Physical Review Letters, 2021, 126, 13 janvier 2021, 021803, DOI:10.1103/PhysRevLett.126.021803.

M. Hamel, B. Sabot, C. Dutsov, G. H. V. Bertrand, K. Mitev, “Tuning the decay time of liquid scintillators”, Journal of Luminescence, 2021, 235, 118021, DOI:10.1016/j.jlumin.2021.118021.

C. Kessler, D. Burns, P. Roger, F. Delaunay, M. Donois, B. Rapp, “Comparison BIPM.RI(I)-K6 of the standards for absorbed dose to water of the LNE-LNHB, France and the BIPM in accelerator photon beams”, Metrologia, 2021, 58, 1A, 06005, https://doi.org/10.1088/0026-1394/58/1A/06005.

K. Kossert, X. Mougeot, “Improved activity standardization of 90Sr/90Y by means of liquid scintillation counting”, Applied Radiation and Isotopes, 2021, 168, 109478, DOI:10.1016/j.apradiso.2020.109478.

N. Kržanović, V. Blideanu, O. Ciraj-Bjelac, J. Plagnard, W. Schoonjans, M. Živanović, J. Dabin, “Performance testing of dosimeters used in interventional radiology: Results from the VERIDIC project”, Radiation Measurements, 2021, 141, 106515, DOI: 10.1016/j.radmeas.2021.106515.

Y. Ménesguen, M.-C. Lépy, “COLEGRAM, a flexible user-friendly software for processing of ionizing radiation spectra”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 2021,1003, 165341, DOI:10.1016/j.nima.2021.165341.

Y. Ménesguen, M.-C. Lépy, “Reference-free combined XRR-GIXRF analysis at the SOLEIL synchrotron”, Physica Status Solidi A, 2021, DOI:10.1002/pssa.202100423.

K. Mitev, S. Georgiev, B. Sabot, “Approaches for reduction of the temperature bias on radon detectors packed in anti-thoron polymer membranes”, Applied Radiation and Isotopes, 2021, 177, 109915, DOI:10.1016/j.apradiso.2021.109915.

K. Mitev, C. Dutsov, P. Cassette, B. Sabot, “Time-domain based evaluation of detection efficiency in liquid scintillation counting”, Scientific Reports, 2021, 11, 2424, 16,  DOI:10.1038/s41598-021-91873-1.

M. Petit, “Concrete Modeling for Neutron Transport and Associated Sensitivity Studies Performed at the AMANDE-MIRCOM Facility”, Nuclear Science and Engineering, 2021, 195, 864-876, DOI: 10.1080/00295639.2020.1867436.

S. Pierre, P. Cassette, B. Sabot, C. Fréchou, A. Antohe, C. Barna, P. Blahušiak, F. Cardellini, R. Dersch, A. Honig, F. Juget, M. Krivošík, A. Luca, F. J. Maringer, F. Mertes, S. Röttger, M. Sahagia, J. Slučiak, M. Stietka, L. Szűcs, C. Teodorescu, “International comparison of activity measurements of radon 222", Metrologia, 2021, 58, 06015, DOI:10.1088/0026-1394/58/1A/06015.

H. Rabus, J.-M. Gomez-Ros, C. Villagrasa, J. S. Eakins, T. Vrba, V. Blideanu, M. Zankl, R. J. Tanner, L. Struelens, H. Brkić, C. Domingo, G. Baiocco, B. Caccia, C. Huet, P. Ferrari, “Quality assurance for the use of computational methods in dosimetry: activities of EURADOS Working Group 6 - Computational Dosimetry”, Journal of Radiological Protection, 2021, 41, 46-58, DOI:10.1088/1361-6498/abd914.

J. Riffaud, M.-C. Lépy, P. Cassette, M. Corbel, M. Kellett, V. Lourenço, “Measurement of the absolute gamma-ray emission intensities from the decay of 103Pd”, Applied Radiation and Isotopes, 2021, 167, 109298, DOI:10.1016/j.apradiso.2020.109298.

N. Roberts, C. Thiam, M. Capogni, L. Silvi, “Subsequent comparison of measurements of neutron source emission rate, (2016-17) - CCRI(III)-K9.AmBe.2”, Metrologia, 2021, 58, 06025,16,  DOI:10.1088/0026-1394/58/1A/06025.

A. Röttger, A. Veres, V. Sochor, M. Pinto, M. Derlacinski, M. Ioan, A. Sabeta, R. Bernat, C. Adam-Guillermin, J. Gracia Alves, D. Glavic-Cindro, S. Bell, B. Wens, L. Persson, M. Živanovic´ and R. Nylund, “Metrology for radiation protection: a new European network in the foundation phase”, Advances in geosciences, 2021, 57, 1-7, DOI :10.5194/adgeo-57-1-2021.

A. Rousseau, C. Stien, M. Baumann, J.-M. Bordy, V. Blideanu, “OD57 - Dual wavelength reading method of Fricke-Xylenol orange-Gelatin gel dosimeters with cone-beam optical CT scanner for applications in stereotactic radiotherapy”, Physica Medica, 2021, 92, 582-583, DOI: 10.1016/S1120-1797(22)00174-0.

Communication

Y. Ménesguen, M.-C. Lépy, “Metrology of thin layer deposition with combined XRRGIXRF analysis at SOLEIL synchrotron”. Proceedings of SPIE Advanced Lithography Conference, SPIE AL 2021​​​​​​, San Jose, USA, DOI:10.1117/12.2583702, 22-26 février 2021.

J. Tran, M. Agelou, M.-N. Amiot, G. Boissonnat, C. Dehe-Pittance, H. Girard, D. Lazaro, V. Simic, D. Tromson, “Flexible radiochromic dosimeters development for complex irradiation beams”. Proceedings of 11th International Conference on 3D Radiation Dosimetry, Quebec, Canada, DOI:10.1088/1742-6596/2167/1/012002, 15 juin 2021.

Le LNE-IRSN dispose de deux sources radioactives de référence (252Cf et 241Am-Be) dont le débit d’émission neutronique a été initialement déterminé par la méthode du bain de manganèse au LNE-LNHB. Ces sources constituent la référence primaire du LNE-IRSN en matière de débit de fluence et de grandeurs dosimétriques associées. L’objectif du projet est de proposer une méthodologie à mettre en œuvre pour pouvoir justifier de la correction à appliquer à la décroissance du débit d’émission au cours du temps en prenant en compte la présence de 250Cf pour les sources de 252Cf ou d’une modification interne dans le cas des sources de 241Am-Be, ce qui n’est pas le cas aujourd’hui.

Objectifs

Pouvoir justifier de la correction à appliquer à la décroissance du débit d’émission pour tenir compte de la présence de 250Cf pour les sources de 252Cf ou d’une modification interne dans le cas des sources de 241Am-Be.

Assurer une meilleure évaluation de l’incertitude ainsi que la traçabilité au SI.

Répondre au besoin de suivi des sources de 252Cf et de 241Am-Be mentionné dans la norme ISO 8529.

Résumé et premiers résultats

Le LNE-IRSN assure, pour le compte du LNE, les références françaises pour le débit de fluence neutronique et les grandeurs dosimétriques associées. Ces références sont principalement assurées par deux sources de neutrons : une source de 252Cf et une source de 241Am-Be. Ces sources sont étalonnées en débit d’émission au LNE-LNHB auprès du dispositif dit du « bain de manganèse ». L’activité de ces sources diminue avec le temps en suivant, en première approche, la demi-vie de ses isotopes principaux (252Cf et 241Am). Cependant, la présence d’isotopes et le vieillissement des sources impliquent une décroissance radioactive légèrement différente de celle de ses isotopes principaux et des différences significatives peuvent apparaître après plusieurs années. Des dispositions spécifiques sont prisent pour tenir compte de ces modifications et assurer les références. La méthode actuelle de raccordement sur une autre source avec une sonde de contrôle (LB6411) pose la question du raccordement à la référence initiale et à l’équivalence des spectres neutroniques.

Un ré-étalonnage au LNHB serait possible mais nécessiterait un déplacement physique des sources tous les 5 ans ce qui est peu envisageable de par la lourdeur et le coût de cette opération. Aussi, aucune solution actuelle n’est pleinement satisfaisante pour le LNE-IRSN. En parallèle, les scintillateurs sont des étalons secondaires étalonnés par la technique dite « du temps de vol » sur un champ de neutron de référence. Cette opération complexe a généralement lieu à la PTB (Allemagne). Or les scintillateurs peuvent voir leur réponse évoluer au cours du temps. Ces modifications peuvent être difficiles à observer et plus encore à quantifier. Aussi, la vérification sur site de la validité de ces étalons secondaires est également souhaitable.

Une nouvelle méthodologie utilisant les nouvelles possibilités offertes par les acquisitions numériques du marché est proposée. Cette méthodologie permettra de déterminer, sur site, la décroissance radioactive des deux sources en utilisant quatre détecteurs de type « scintillateurs » et ainsi d’appliquer une correction adéquate au débit d’émission neutron.

A terme, la méthodologie proposée permettra ainsi de vérifier, par croisement d’informations, la validité des réponses des quatre scintillateurs du LNE-IRSN et de déterminer la décroissance des sources de référence. En effet, la modification d’une des fonctions réponses d’un scintillateur sera identifiable via la méthode dite « du temps de vol du neutron ». Pour les sources, une variation d’activité pourra être identifiée par les scintillateurs.

Ce faisant, la traçabilité au SI sera simplifiée et améliorée. Les laboratoires ou les industriels disposant de sources et/ou de détecteurs similaires pourront bénéficier directement de ce travail au travers de prestations de service ou de transfert de technologie.

Impacts scientifiques et industriels

Mise en œuvre de la référence, nouvelles capacités de mesures

La méthodologie proposée doit permettre de suivre la décroissance du débit d’émission des sources du LNE-IRSN. Directement, en cas de signature expérimentale, ou indirectement, à partir du suivi de la décroissance de la source, la méthodologie permettra de déterminer le rapport 250Cf/252Cf. En cas d’identification d’une signature expérimentale, le dispositif expérimental sera susceptible d’être utilisé pour déterminer ce rapport pour d’autres sources du même type.

La méthodologie proposée permettra également de mesurer les distributions en énergie de la fluence des sources de 241Am-Be sur la gamme de mesures des scintillateurs et d’assurer une intercomparaison dans la limite des performances du montage expérimental.

Transfert et bénéfice pour l’industrie

A terme, il sera possible de réaliser des étalonnages de sources neutrons sur site. La méthodologie pourrait être appliquée pour déterminer partiellement (ou pour vérifier) la réponse en lumière de scintillateurs.

Impact sur la normalisation

La norme ISO 8529 pourrait proposer, dans une future révision, la méthodologie proposée dans cette fiche comme une alternative aux autres possibilités (appareil de transfert, étalonnage au banc de manganèse, etc.).

Les traitements par radiothérapie évoluent, d'une part, vers des tailles de champs d'irradiation de plus en plus petites pour se conformer au mieux au volume de la tumeur tout en sauvegardant les tissus sains environnants et, d'autre part, vers l’hypo-fractionnement. Ce dernier mode de traitement consiste à administrer une dose de rayonnements plus importante en un nombre de fractions réduit. Ces techniques de traitement réalisées avec de nouvelles machines sont rassemblées sous le vocable de radiothérapie stéréotaxique. Ces techniques nécessitent des adaptations des contrôles qualité du point de vue métrologique.

Objectifs

Développer et caractériser métrologiquement une méthode de contrôle qualité de plan de traitement en conditions d’irradiation stéréotaxiques, basée sur l’utilisation de films radiochromiques et du lecteur de films conçu et construit au LNE-LNHB.

Utilisation des références dosimétriques en termes de produit dose-surface établies par le LNE-LNHB pour rapprocher les conditions de référence des conditions de traitement stéréotaxiques, et ainsi réduire les incertitudes afin d’améliorer la traçabilité lors de la validation métrologique de la méthode de contrôle qualité.

Résumé et premiers résultats

Les traitements par radiothérapie évoluent, d'une part, vers des tailles de champs d'irradiation de plus en plus petites pour se conformer au mieux au volume de la tumeur tout en sauvegardant les tissus sains environnants et, d'autre part, vers l’hypo-fractionnement. Ce dernier mode de traitement consiste à administrer une dose de rayonnements plus importante en un nombre de fractions réduit. Ces techniques de traitement réalisées avec de nouvelles machines sont rassemblées sous le vocable de radiothérapie stéréotaxique. Du fait de la nature complexe de ces techniques, des contrôles qualité spécifiques ont été développés et sont réalisés en routine pour assurer la bonne délivrance de la dose planifiée. Ils consistent à comparer, dans une configuration spécifique au patient, la distribution de dose mesurée à celle prévisionnelle, calculée à l’aide du logiciel de planification de traitement associé aux machines de radiothérapie. Ce contrôle qualité est réalisé dans des conditions d’irradiation très différentes et éloignées des conditions d'étalonnage des dosimètres, telles que proposées dans les protocoles internationaux, ainsi que dans les conditions d’irradiation mises en oeuvre lors de mesures primaires. La traçabilité métrologique des résultats n’est de ce fait pas clairement établie et l’incertitude associée aux dosimètres utilisés mal connue.

Or, les films radiochromiques, dosimètres fréquemment utilisés en stéréotaxie pour leur équivalence à l’eau et leur très bonne résolution spatiale, permettent d’obtenir une cartographie de dose à deux dimensions (2D) comparable à la cartographie de dose planifiée à l’aide du TPS. Aussi, le LNE-LNHB se propose de développer un contrôle qualité, assurant la traçabilité métrologique pour ces nouvelles techniques de traitement, basé sur l’utilisation de films radiochromiques. Pour ce faire, le LNE-LNHB mettra à profit son expertise, quant à l’utilisation de ces films, notamment acquise lors de l’établissement de références primaires pour les faisceaux stéréotaxiques.

Impacts scientifiques et industriels

  • Mettre au point une méthode de contrôle qualité des plans de traitements en conditions d’irradiation stéréotaxiques, assurant une traçabilité métrologique et basée sur l’utilisation de films radiochromiques ;
  • Promouvoir l’utilisation et le développement commercial du lecteur de films radiochromiques conçu et construit au LNE-LNHB ;
  • Promouvoir, pour les champs de petites tailles, l'utilisation de la grandeur « produit dose-surface » afin d'améliorer la précision dosimétrique des traitements tout en respectant les procédures existantes adaptées aux machines commercialement disponibles.

Partenaires/Collaborations

Collaboration avec l’Institut de Cancérologie de l'Ouest à Angers.

Ce projet porte sur l’utilisation des calorimètres métalliques magnétiques (MMC) pour la mesure absolue d’activité, pour la détermination de données nucléaires et atomiques, en particulier la spectrométrie bêta et des captures électroniques, et pour établir une nouvelle échelle d’énergie pour l’étalonnage de détecteurs par une mesure de précision encore inégalée des énergies de plusieurs raies X et gamma de quelques radionucléides bien sélectionnés.

Objectifs

Développement d’une nouvelle méthode primaire de mesure d’activité, indépendante du schéma de désintégration.

Mesure du spectre de la capture électronique du 51Cr avec une très haute résolution en énergie.

Mesure de la forme du spectre bêta du 129I et d’autres isotopes émetteurs bêta d’intérêts.

Mesure d’énergies de transitions X et gamma avec une incertitude de l’ordre de 0,1 eV en dessous de 100 keV

Résumé et premiers résultats

Les calorimètres métalliques magnétiques (MMC) ont permis de mesurer des données de désintégration de plusieurs radionucléides avec une précision inédite, grâce à la fois à une résolution en énergie très élevée, un seuil en énergie très bas et un rendement de détection proche de 100 % notamment à très basses énergies.

La qualité et l’importance de ces travaux ont été soulignées par le financement de trois projets EMPIR construits essentiellement autour de la mesure de données avec des MMC. Le dernier de ces projets, PrimA-LTD, débuté en juin 2021, correspond au premier des trois volets de ce projet. La première partie du projet PrimA-LTD est la plus innovante : il s’agit de développer une nouvelle technique de mesure absolue d’activité basée sur les MMC, moins sujette aux effets systématiques des méthodes actuelles, car moins dépendante du schéma de désintégration. D’autres parties du projet concernent la mesure de données de deux radionucléides avec une haute résolution en énergie combinée à une forte statistique (~ 108 désintégrations mesurées). Le spectre de la capture électronique du 55Fe en géométrie 4π sr pour la détermination précise des probabilités de capture sur les couches K, L en M et notamment sur les sous-couches L. Le spectre bêta du 129I sera mesuré à partir d’une énergie quasi nulle en raison d’une particularité de cette désintégration.

Le deuxième volet de ce projet propose de mesurer des spectres bêta et de capture électronique non considérés dans le projet PrimA-LTD qui se limite à un seul radionucléide par type de désintégration (alpha, bêta et capture électronique). Il s’agit des spectres bêta du 14C et du 36Cl et du spectre de capture électronique du 51Cr. Les deux spectres bêta ont en principe déjà été mesurés avec des MMC, mais en raison de conditions expérimentales les spectres n’ont pas la qualité escomptée. L’intérêt principal de la mesure du 51Cr est que l’activité de ce nucléide peut être mesurée de façon absolue par la méthode des coïncidences ; la comparaison de la méthode des coïncidences avec la méthode RCTD en scintillation liquide permettra d’évaluer la justesse de la mesure d’activité par cette dernière quand elle peut avoir recours à des données de désintégration du 51Cr fiables, déterminées avec précision dans le cadre de cette fiche projet.

Le troisième volet propose la définition d'une nouvelle échelle de référence en énergies X et gamma. En effet, les incertitudes sur les énergies de nombreuses raies X et gamma sont relativement élevées. Certains projets de recherche fondamentale ainsi que les développements vers l’utilisation de la transition gamma du 229mTh pour une horloge nucléaire requièrent une échelle plus précise en énergie pour l’étalonnage de leur instrumentation. La mesure des énergies de raies X et gamma de quelques radionucléides sélectionnés avec une incertitude de l’ordre de 0,1 eV, grâce à l’excellente résolution en énergie des MMC est un autre objectif de ce projet.

Impacts scientifiques et industriels

  • Mise à disposition d’une nouvelle technique de mesure absolue d’activité, notamment pour des radionucléides émetteurs de photons de très basses énergies ou émetteurs bêta purs, pour lesquels la mesure d’activité par d’autres méthodes est souvent problématique.
  • Réduction des incertitudes de mesure absolue d’activité obtenues par d’autres méthodes grâce à la mise à disposition de données de désintégration pour des radionucléides où ces méthodes rencontrent des difficultés.
  • Contribution à une meilleure connaissance des désintégrations par interaction faible, et notamment au développement du code BetaShape via la mise à disposition de données de désintégration précises.
  • A moyen terme, un impact direct en médecine nucléaire, par la fourniture de données concernant de nouveaux radionucléides utilisés pour le diagnostic ou le traitement, soit par mesure directe des nucléides concernés, soit en contribuant au développement du code BetaShape afin que celui-ci puisse être appliqué à tout type de transition par interaction faible (désintégration bêta ou capture électronique).
  • Fournir de nouvelles références en énergie de transitions X et gamma pour réduire les incertitudes d’étalonnage en énergie de spectromètres à dispersion d’énergie utilisés dans diverses expériences de physique fondamentale.

Projets connexes

Projet EMPIR PrimA-LTD

Microfabrication de calorimètres métalliques magnétiques

Partenaires/Collaborations

  • Université de Heidelberg (UHEI) – partenaire dans le projet EMPIR PrimA-LTD ; fabrication de MMC
  • PTB – partenaire dans le projet EMPIR PrimA-LTD
  • Karlsruher Institut für Technologie (KIT) – partenaire dans le projet EMPIR PrimA-LTD ; conception et design de MMC
  • CNRS / C2N – partenaire dans le projet EMPIR PrimA-LTD ; fabrication d’absorbeurs et développement d’argent nano-structuré
  • CEA/IRFU – programmation d’un système d’acquisition multi-voies
  • Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) – partenaire dans le projet EMPIR PrimA-LTD ; séparation chimique des radionucléides ; fabrication de sources
  • Centre hospitalier universitaire vaudois (CHUV) – partenaire dans le projet EMPIR PrimA-LTD ; mesure d’activité d’échantillons des différents radionucléides après mesure par MMC
  • Centro de investigaciones energeticas, medioambientales y tecnologicas (CIEMAT) – partenaire dans le projet EMPIR PrimA-LTD ; mesure d’activité d’échantillons de différents radionucléides après mesure par MMC

Le LNE-LNHB est le laboratoire de métrologie pionnier quant à l’introduction de détecteurs cryogéniques pour la mesure de rayonnements ionisants émis par des radionucléides. Face, d’une part, à une compétition accrue entre les laboratoires de métrologie impliquant l’utilisation de détecteurs cryogéniques pour la métrologie des rayonnements ionisants, et d’autre part, à la difficulté pour le LNE-LNHB d’acquérir de nouvelles puces, le laboratoire a souhaité s’engager dans la production de ses propres détecteurs.

Objectifs

Produire les premières puces de MMC (calorimètres métalliques magnétiques) par le LNE-LNHB au Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies (C2N) du CNRS.

Assembler un détecteur prototype avec les puces MMC produites.

 

Mesurer un spectre en énergie de photons X et gamma pour évaluer les performances des puces fabriquées.

Résumé et premiers résultats

Les détecteurs cryogéniques sont des spectromètres en énergie avec des performances inaccessibles aux spectromètres conventionnels notamment en ce qui concerne la résolution en énergie. Le LNE-LNHB a introduit les détecteurs cryogéniques de type MMC en métrologie des rayonnements ionisants au début des années 2000. Au vu des excellents résultats obtenus, d’autres laboratoires de métrologie nationaux s’impliquent et/ou s’intéressent aujourd’hui aux détecteurs cryogéniques. Par ailleurs, jusqu’à présent, les MMC utilisés par le LNE-LNHB étaient produits par le KIP Heidelberg par microfabrication, les puces de MMC étant spécifiques et optimisés pour les besoins du LNE-LNHB. Aujourd’hui, le KIP Heidelberg n’est plus en mesure de fournir les puces de MMC comme par le passé.

Face, d’une part, à une compétition accrue entre les laboratoires de métrologie impliquant l’utilisation de détecteurs cryogéniques pour la métrologie des rayonnements ionisants, et d’autre part, à la difficulté pour le LNE-LNHB d’acquérir de nouvelles puces MMC, nous souhaitons nous engager dans la production de MMC avec l’opportunité d’utiliser la plateforme technologique du C2N récemment installée sur le plateau de Saclay. A l’issue de ce projet de deux ans, l’objectif est de fabriquer un détecteur prototype MMC utilisant une puce produite au C2N. Chacune des parties fonctionnelles du MMC devra être produite et caractérisée afin d’atteindre la qualité recherchée de films minces.

Impacts scientifiques et industriels

- Maitrise de la production de MMC par le LNE-LNHB.

- Indépendance vis-à-vis de partenaires extérieurs au bénéfice de projets internes ou nationaux.

- Maintien du leadership en métrologie des rayonnements ionisants avec des détecteurs cryogéniques.

- Rester un partenaire incontournable aux projets européens impliquant des détecteurs cryogéniques.

Partenaires/Collaborations

Le CNRS/C2N interviendra sur les différents processus de fabrication et caractérisation des couches minces. Le personnel du LNE-LNHB sera directement impliqué sur la plateforme technologique du C2N. Le personnel du CNRS/C2N formera, conseillera et aidera le personnel du LNE-LNHB. Un accord de collaboration est déjà en place.

Le KIP de l’université de Heidelberg, le KIT de l’université de Karlsruhe ou l’IBS pourront intervenir dans le projet sous forme d’expertise ou de conseil. Eventuellement, certaines étapes de microfabrication et de caractérisation pourraient être faites dans un de ces laboratoires si des difficultés insurmontables étaient rencontrées au CNRS/C2N.