Conception d’un outil numérique opérationnel de reconstitution dosimétrique

Development of an operational tool for numerical reconstruction

• Auteur / Autrice : Fabrice Entine
• Direction : Christelle Huet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aval du cycle nucléaire, radioprotection et radiochimie
• Date : Soutenance le 10/11/2020
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Particules, Hadrons, Énergie et Noyau : Instrumentation, Imagerie, Cosmos et Simulat
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire (IRSN) (Fontenay-aux-Roses ; 2002-....)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Jury : Président / Présidente : Elias Khan
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Régine Gschwind, Michel Drouet, Marion Lahutte Auboin, David Sarrut
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Régine Gschwind, Michel Drouet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dissertation universitaire

Syndrome d'irradiation aigu

Terrorisme

Effets des rayonnements

Monte-Carlo, Méthode de

Dosimétrie

Mots clés libres

Dosimétrie

Accident

Monte-Carlo

Dosimetry

Accident

Monte-Carlo

Résumé

Lors de la survenue d’un accident entraînant l’irradiation d’une ou plusieurs victimes par de fortes doses, la priorité doit aller au diagnostic. Il est en effet primordial de connaître la distribution de la dose aux organes, et donc de pouvoir trier les victimes en fonction de la gravité de l’irradiation pour les orienter dans les structures les plus adaptées. Or à ce jour, il n’existe que peu de techniques capables de caractériser rapidement une irradiation et qui de plus soit projetable sur le terrain. Un outil de simulation numérique a donc été conçu pour venir renforcer l’arsenal diagnostic actuel. Appelé SEED (Simulation des Expositions Externes & Dosimétrie), cet outil est intégré dans un dispositif militarisé et durci, qui peut s’affranchir de toute communication avec un cluster de processeurs grâce à un puissant calculateur multicœurs. L’interface homme-machine permet à l’utilisateur une immersion en trois dimensions dans la scène de l’accident grâce à une caméra « première personne », ce qui autorise une modélisation rapide de cette scène, et un échange visuel avec les victimes et les témoins de l’événement. SEED se base sur le code de calcul de Geant4 et sur sa surcouche GATE pour simuler l’interaction entre les rayonnements et la matière. Une fois le calcul achevé, les résultats bruts sont directement visualisés au sein de la fenêtre 3D sous forme de calques : doses, énergies, incertitudes… Afin de s’assurer des performances de l’outil SEED, deux protocoles de validation ont été suivis. Le premier a consisté à comparer la valeur de dose fournie par SEED à celle fournie par MCNPX (code de calcul de référence utilisé habituellement à l’IRSN dans le cadre des expositions accidentelles) pour des configurations géométriques identiques, avec le même nombre de particules simulées. Le second protocole avait pour but de reconstituer physiquement une exposition externe en se rapprochant des conditions d’un accident réel survenu dans le passé. Les doses mesurées par des dosimètres insérés dans un fantôme physique soumis à une forte irradiation ont été comparées aux doses calculées par SEED. Ces deux protocoles de validation ont donné des résultats très satisfaisants, et confirment que ce nouvel outil a toute sa place parmi les outils diagnostiques mis à la disposition des équipes médicales en cas d’exposition externe majeure aux rayonnements ionisants.

In the event of a radiological accident involving one or more victims and potential high doses, it is essential to know the dose distribution within the body, in order to sort the victims according to the severity of the irradiation, and then to take them to the most suitable medical facilities. However, there are currently very few techniques that can be rapidly deployed on field and capable of characterizing an irradiation. Therefore, a numerical simulation tool has been designed in order to reinforce the current diagnostic arsenal. Called SEED (Simulation of External Exposures & Dosimetry), this tool is integrated into a militarized and hardened device. It is a stand-alone tool in terms of both power supply and simulations thanks to a powerful multi-core calculator. The user can navigate in three dimensions in the accident scene thanks to a graphical user interface including a “first person” camera. It allows a rapid modelling of the scene, and a visual exchange with the victims and witnesses of the event. SEED uses the Geant4-based GATE Monte-Carlo platform to simulate the interaction between radiation and matter. Once the calculation is completed, the raw results are directly displayed in the 3D graphical user interface as layers: doses, energies, uncertainties, etc. To validate the performance of the SEED tool, two dosimetric protocols were followed. The first protocol consisted in comparing the dose value provided by SEED to that given by MCNPX Monte-Carlo code (reference calculation code usually used at IRSN in the context of accidental exposures) for identical geometric configurations, with the same number of simulated particles. The second protocol aimed at physically reconstructing an external exposure that mimics the conditions of a real accident. The irradiation of a physical dummy equipped with thermoluminescent dosemeters was experimentally performed. Then theses doses were compared with the doses calculated by SEED. These two validation protocols have shown satisfactory results. They confirm that this new tool is able to provide useful information to medical teams in case of a major external radiological exposure event.