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La physique de l’infiniment grand l’infiniment petit

Premiers profils de faisceau pour PEPITES

27 juin 2022


Le profileur ultra-mince PEPITES a pu mesurer avec succès ses premiers faisceaux de protons à ARRONAX


Ce mardi 31 mai 2022 restera à tout jamais une date phare pour le projet PEPITES et tous ses participants. C’est en effet à 10h09 (!) que le détecteur, installé la semaine précédente, a délivré son premier diagnostic sous la forme des profils transverses du faisceau de protons de 68 MeV délivré par le cyclotron ARRONAX. Avec un ASIC dédié développé par le CEA-DEDIP dans le cadre du projet, nous avons pu « voir » des faisceaux variant de 20nA au pA et des signaux mesurés aussi bas que 30fA ! De grands succès pour ce projet démarré il y a quelques années et qui augurent de formidables travaux à venir.


Profil 2D du faisceau de protons de 68 MeV d’ARRONAX. L’intensité du faisceau était de 1pA.


Le projet PEPITES vise à la construction d’un prototype fonctionnel d’un moniteur ultra-mince de faisceaux de particules chargées. Développé pour les besoins de la protonthérapie, où la connaissance des paramètres des faisceaux est un enjeu crucial de l’irradiation, le détecteur se veut le moins interceptif possible afin d’induire pendant le traitement une perturbation minimale.


Afin de maintenir une épaisseur totale du détecteur inférieure à 10 microns équivalent-eau, le signal est formé à partir de la production d’électrons secondaires, un phénomène de surface ne nécessitant que très peu de matière (une dizaine de nanomètres). Des pistes d’or de 50nm d’épaisseur sont donc déposées sur un substrat, un film polyimide de 1.5 microns d’épaisseur résistant aux radiations . Lorsque les particules incidentes interceptent ces pistes, des électrons secondaires sont émis et le courant ainsi formé est lu sur chacune des pistes, permettant ainsi de mesurer la position et les dimensions transverses du faisceau.


En plus d’assurer une surveillance continue du faisceau, la faible épaisseur du moniteur lui permet de tolérer des courants plus élevés que les systèmes existants sans souffrir de problèmes de surchauffe et son signal physique formé par les électrons secondaires ne sature pas. Ces propriétés font de PEPITES un candidat idéal pour mesurer les futurs faisceaux de particules envisagés pour les radiothérapies dite « Flash », où toute le dose nécessaire à neutraliser une tumeur est délivrée en moins de 100ms. Cette nouvelle modalité de traitement, toujours à l’étude, implique des courants de faisceaux très intenses pour lesquels PEPITES dispose d’indéniables atouts permettant de mesurer leurs caractéristiques.


Pour en savoir plus : https://llrwebpepites.in2p3.fr/


Contact : Marc Verderi, Christophe Thiebaux

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