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DELAUNAY F., PIMPINELLA M., DUANE S., BORDY J.-M., BOUCHARD H., CAPORALI C., DAURES J., DE COSTE V., DUFRENEIX S., GOURIOU J., GUERRA A.S., LE ROY M., OSTROWSKY A., RAPP B., SILVESTRE PATALLO I., SILVI L., SOMMIER L. et VERMESSE D., “Exploring Integral Quantities for high-energy x-rays small fields”, 54^es Journées scientifiques de la SFPM, Lille, France, 10-12 juin 2015.

LE ROY M., DUFRENEIX S., DAURES J., DELAUNAY F., GOURIOU J., OSTROWSKY A., RAPP B., SOMMIER L., VERMESSE D. et BORDY J.-M., “Establishment of dosimetric references in terms of dose-area product for small sizes MV X-ray beams”, 54^es Journées scientifiques de la SFPM, Lille, France, 10-12 juin 2015..

LOURENÇO V., BOBIN CH., CHISTE V., FERREUX L., LACOUR D., RIGOULAY F. et THIAM C., « Réalisation d’une référence nationale pour les microsphères de ⁹⁰Y SIR-Spheres utilisées en radiothérapie interne sélective », 54^es Journées scientifiques de la SFPM, Lille, France, 10-12 juin 2015

PIMPINELLA M., CAPORALI C., GUERRA A.S., SILVI L., DE COSTE V., PETRUCCI A., DELAUNAY F., DUFRENEIX S., GOURIOU J., OSTROWSKY A., RAPP B., BORDY J.-M., DAURES J., LE ROY M., SOMMIER L. et VERMESSE D., “Feasibility of using integral quantities to specify the beam quality of radiotherapy photon beams with small field sizes”, 54^es Journées scientifiques de la SFPM, Lille, France, 10-12 juin 2015.

STIEN C., DEDIEU V., SHARROCK P., MACHU A., COULAUD J., FIALLO M., BRUMAS V. et BORDY J.-M., “Characterization of a new tissue-equivalent dosimeter for 3D dose distribution measurements”, 54^es Journées scientifiques de la SFPM, Lille, France, 10-12 juin 2015.

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BORDY J.-M., ANDERSEN C., ANKERHOLD U., DEDIEU V., DELAUNAY F., DE POOTER J., COMPELL J., DUANE S., KAPSCH R.-P., KOSUNEN A., MACHULA G., MARINELLI M., PALMANS H., PIMPINELLA M., VERONA RINATI G. et SOLC J., “Metrology for radiotherapy using complex radiation fields – HLT09 EMRP Project”, 17^e Congrès international de métrologie, Paris, France, 21-24 septembre 2015.

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MENESGUEN Y., LEPY M.-CH., LIDOVE G., RODRIGUES M. et TROUSSEL P., « Étalonnage en rendement absolu d’une photodiode avec un radiomètre cryogénique à substitution électrique », 11^e Colloque Rayons X et Matière (RX 2015), Grenoble, France, 1-4 décembre 2015.

La détermination des intensités d’émission photoniques est réalisée aujourd’hui à l’aide de détecteurs conventionnels qui présentent plusieurs limitations, liées à leur principe de fonctionnement : résolution en énergie, niveau de fond Compton et difficulté à caractériser le rendement de détection. L’objectif de cette thèse était donc de développer un bolomètre magnétique, basé sur un principe physique permettant de contourner ces difficultés et donc à terme d’améliorer le niveau d’incertitude des mesures ainsi réalisées. Dans une première étape, les phénomènes de transfert d’énergie participant à la formation du signal ont été étudiées ; puis les paramètres du détecteur ont été simulés et la faisabilité de ces mesures a été validé par un premier prototype. Ce détecteur a ensuite été optimisé pour la mesure des intensités d’émission photoniques X et γ pour des énergies inférieures à 200 keV, avec une largeur à mi-hauteur inférieure à 100 eV et un rendement de détection intrinsèque d’environ 65 % à 100 keV. Le détecteur a pu être caractérisé sur plus de deux ordres de grandeur en énergie, à l’aide d’une source de ¹³³Ba. Les mesures réalisées, avec une incertitude évaluée à 3%, présentent un bon accord avec le résultat obtenu par simulation Monte Carlo. Il apparaît que le niveau du fond Compton du spectre en énergie est plus faible que celui obtenu avec un détecteur en germanium planaire, et ce bien que l’environnement de détection n’ait pas été spécifiquement optimisé sur ce point. Le bolomètre magnétique ainsi développé présente des performances comparables à celles d’un détecteur germanium planaire (résolution en énergie, rendement de détection intrinsèque et linéarité en énergie). Néanmoins, plusieurs axes d’améliorations potentielles sont à encore explorer dont une meilleure définition de l’angle solide de détection ainsi qu’une augmentation du taux de comptage du détecteur. Les performances en terme de résolution en énergie peuvent être améliorées de manière significative et le développement des bolomètres magnétiques est donc une technologie prometteuse pour des applications en métrologie des rayonnements ionisants.

Les progrès en radioprotection et radiothérapie, ainsi que les besoins accrus en termes d’exactitude, amènent les instituts nationaux de métrologie à améliorer la réalisation de leurs références. Dans le domaine des rayonnements ionisants, la référence métrologique est constituée par un appareil de mesure absolue de la grandeur d’intérêt (dose absorbée dans l’eau ou kerma dans l’air). Cette thèse se propose d’établir les références dosimétriques, en termes de kerma dans l’air, pour les faisceaux X de basses et moyennes énergies. Cela permet ainsi au LNE-LNHB (Laboratoire national Henry Becquerel), de compléter la gamme de ses faisceaux de référence. Deux détecteurs étalons qui sont des chambres d’ionisation à parois d’air, WK06 pour les moyennes énergies et WK07 pour les basses énergies, ont été développés. Des calculs à l’aide de codes de simulation par méthode de Monte Carlo et des mesures expérimentales ont permis d’obtenir les facteurs de correction pour les détecteurs primaires. Les bilans des incertitudes types associées au kerma dans l’air ont été établis. Ces références dosimétriques ont été comparées à celles des laboratoires homologues et sont en accord en termes de degré d’équivalence.

Le Laboratoire de Métrologie et de Dosimétrie des Neutrons (LMDN), de l’IRSN, est le laboratoire associé pour les activités en dosimétrie des neutrons. A ce titre, il dispose de l’accélérateur AMANDE, installation permettant de générer des neutrons de 2 kev à 20 MeV. Pour que cette dernière constitue une référence métrologique, il est nécessaire de lui adjoindre une chaîne de caractérisation assurant la mesure absolue des champs mono-énergétiques de neutrons ainsi produits en terme d’énergie et de fluence : c’est le développement d’un tel système (télescope à protons de recul : TPR) qui a été réalisé dans le cadre de cette thèse de doctorat.

Le télescope à protons de recul est un système de détection des protons, produits de la diffusion élastique d’un neutron sur une cible appelée convertisseur. Pour couvrir le large domaine en énergie des neutrons produits par l’installation AMANDE, deux systèmes ont été conçus durant cette thèse : le premier à base de capteurs CMOS (TPR-CMOS) est dédié aux plus hautes énergies ; le second est une micro-chambre à projection temporelle (µ-TPC neutron) utilisé pour les plus basses énergies. Ces deux prototypes sont le fruit des collaborations respectives avec le laboratoire RAMSES de l’IPHC de Strasbourg pour le premier et avec une équipe du LPSC de Grenoble pour le second.

Pour chacun de ces dispositifs, le cahier des charges a été élaboré, puis modélisé par le code MCPNX, afin d’optimiser chaque partie constitutive en regard des performances recherchées : deux premiers prototypes sont donc opérationnels à l’issue de ce travail. Plusieurs campagnes de mesures ont également eu lieu, après installation des deux détecteurs sur AMANDE.

Les premiers résultats expérimentaux sont encourageants et permettent de valider les deux concepts choisis en début de thèse. Dans le cas de la chambre µTPC, l’efficacité du système a été évaluée à environ 10^–4 pour les alphas de recul ; elle est bien supérieure aux performances d’autres TPR.

Les travaux se poursuivront afin d’optimiser les performances des détecteurs, en particulier les systèmes d’acquisition, et surtout de qualifier métrologiquement les équipements : traçabilité aux grandeurs primaires, maîtrise et justification des grandeurs mesurées ainsi que des incertitudes associées.

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http://www.iaea.org/inis/collection/NCLCollectionStore/_Public/43/127/43127255.pdf

Le développement de nouvelles modalités de traitement telles que la radiothérapie conformationnelle avec modulation d’intensité (RCMI) et la radiothérapie stéréotaxique s'accompagne d'une utilisation croissante de champs d'irradiation complexes obtenus par superposition de faisceaux de petite taille ayant de multiples angles d'incidence. Ces nouvelles conditions de traitement sont très différentes des conditions de référence sur lesquelles se basent les protocoles dosimétriques internationaux.

L’objet de ces travaux de thèse est la réalisation de références dosimétriques pour des champs d’irradiation de dimensions inférieures à (10 × 10) cm², à savoir (4 × 4) cm² et (2 × 2) cm². Il s’agit, dans la pratique, de comparer les coefficients d’étalonnage d’une chambre d’ionisation en termes de dose absorbée dans l’eau, pour les faisceaux de photons de 6 MV (avec et sans cône égalisateur) et de 12 MV de l’accélérateur linéaire médical du LNHB. Les références ont été déterminées à partir d’une mesure par calorimétrie graphite. Un calorimètre disposant d’un absorbeur de petites dimensions a été construit pour les mesures en champ (2 × 2) cm². Par ailleurs, une chambre d’ionisation adaptée à cette taille de champ a été recherchée.

Pour les faisceaux étudiés, les résultats obtenus montrent que le coefficient d’étalonnage de la chambre d’ionisation de référence est indépendant de la dimension du champ d’irradiation entre (10 × 10) cm² et (2 × 2) cm², aux incertitudes près (environ 0,4 % à un écart type).

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https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00725265/document

La réponse d’un détecteur de neutrons varie avec l’énergie du neutron incident. La détermination expérimentale de cette variation se réalise au moyen de champs neutroniques monoénergétiques. Ceux-ci sont produits par l’interaction entre un faisceau d’ions accélérés et une cible fine constituée d’un dépôt réactif sur un support métallique. En utilisant différentes réactions telles que ⁷Li(p,n), ³H(p,n), ²H(d,n) et ³H(d,n), il est possible de produire des neutrons entre 120 keV et 20 MeV dans la direction du faisceau incident (0°). Pour atteindre des énergies inférieures, il est possible d’augmenter l’angle du point de mesure par rapport à la direction du faisceau d’ions. Cependant, cette méthode présente des problèmes d’homogénéité en énergie et en fluence des neutrons à la surface du détecteur, ainsi qu’une augmentation de la proportion de neutrons diffusés. Une alternative est l’utilisation d’autres réactions nucléaires, notamment la réaction ⁴⁵Sc(p,n) qui permet de descendre jusqu’à des énergies de 8 keV à 0°.

Une étude complète de cette réaction et de sa section efficace a été menée au sein d’une coopération scientifique entre le Laboratoire de métrologie et de dosimétrie des neutrons (LMDN) de l’IRSN, deux instituts de métrologie européens, le NPL (National Physical Laboratory) et le PTB (Physikalisch-Technische Bundesanstalt), et l’IRMM (Institute for Reference Materials and Measurements). Parallèlement, d’autres réactions envisageables ont été étudiées : ⁶⁵Cu(p,n), ⁵¹V(p,n), ⁵⁷Fe(p,n), ⁴⁹Ti(p,n), ⁵³Cr(p,n) et ³⁷Cl(p,n). Elles ont été comparées en termes d’émission neutronique et d’énergie minimale des neutrons produits.

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https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00683170/document

Les références actuelles, pour les rayons X de moyenne énergie en radiothérapie, sont établies au LNHB en termes de kerma dans l’air. La dose absorbée dans l’eau, grandeur d’intérêt pour la radiothérapie, est déduite de ces valeurs par transfert conformément aux protocoles internationaux. Ce travail de thèse a permis d’établir les références en termes de dose absorbée dans l’eau dans les conditions de référence des protocoles en utilisant la méthode de calorimétrie dans l’eau. La calorimétrie est la mesure de la dose absorbée à partir de l’élévation de température. Un « calorimètre eau » a été conçu et réalisé afin d’effectuer des mesures à 2 cm de profondeur : conditions de référence définies par le protocole AIEA TARS-398. Les débits de dose absorbée dans l’eau ainsi déterminés ont été comparés aux valeurs issues de l’application des protocoles fondés sur le kerma dans l’air. Un écart maximum inférieur à 2,1 % a été trouvé par rapport à la calorimétrie. L’incertitude type associée aux valeurs calorimétriques étant inférieure à 0,8 % et celle associée aux valeurs issues des protocoles étant de l’ordre de 3,0 %, les résultats sont compatibles aux incertitudes des méthodes près. Grâce à ces nouvelles références, la détermination de la dose absorbée dans l’eau dans ce type de faisceau pourra désormais être réalisée en appliquant le protocole AIEA TARS-398, conduisant ainsi à une forte réduction des incertitudes (facteur 3 par rapport au protocole AIEA TARS-277). Actuellement, aucun autre laboratoire primaire ne possède un tel instrument permettant l’établissement direct de ces références dans les conditions recommandées par les protocoles.

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https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00763348/document