DRTLISTDIMRISIARLTD

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DRT/LIST/DIMRI/SIAR/LTD

• DETECTEURS EN DIAMANT SYNTHETIQUE POUR LA
  DOSIMETRIE DES RAYONNEMENTS APPLICATION A LA
  RADIOTHERAPIE

Marie Joséphine Guerrero
Journées Jeunes Chercheurs, Aussois, 1-5 décembre
2003
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Détecteurs en diamant synthétique pour la
dosimétrie des rayonnements application à la
radiothérapie
LE DIAMANT

De plus Matériau équivalent tissus ( Z 6)
Matériau à grand gap (5,5eV) Grande mobilité des
porteurs (gt2000cm2V-1s-1) Forte résistivité
(gt1014 ohm.cm) Forte résistance au rayonnement
Inerte chimiquement
Application possible en dosimétrie médicale
Bon détecteur de rayonnement
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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
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Détecteurs en diamant synthétique pour la
dosimétrie des rayonnements application à la
radiothérapie
ELABORATION DU MATERIAU

Le matériau ainsi obtenu est un matériau
polycristallin
Croissance par PECVD micro-ondes
(Dépôt chimique en phase vapeur assisté par
plasma micro-ondes)
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Détecteurs en diamant synthétique pour la
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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

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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

niveaux de pièges peu profonds instables à
température ambiante niveaux de pièges
profondsstables à température ambiante
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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

Irradiation et mesure sur le même
appareillage Meilleur contrôle des paramètres
pour la reproductibilité des mesures
Pièges  peu profond  Pièges  profond 
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ETUDE DES DEFAUTS

• 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
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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
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radiothérapie
APPLICATION A LA RADIOTHERAPIE
CHAMBRE DIONISATION
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.

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APPLICATION A LA RADIOTHERAPIE
CHAMBRE DIONISATION

On observe le même phénomène sur des échantillons
de diamant naturels
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APPLICATION A LA RADIOTHERAPIE
CHAMBRE DIONISATION
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.
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APPLICATION A LA RADIOTHERAPIE
CHAMBRE DIONISATION

• 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

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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

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APPLICATION A LA RADIOTHERAPIE DOSIMETRES TL

• Mesure de thermoluminescence
• Utilisation des niveaux de pièges profonds
  (pièges présent autour de 550K)

Comparaison entre la réponse dun dosimètre
standard (LiF) et de dosimètres en diamant
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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 ()

()Cf Poster CVD diamond for thermoluminscence
dosimetry Optimisation of the readout process
and application
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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

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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

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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
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