Mesures de Sections Efficaces pour l'hadronthérapie : développement d'un spectromètre de masse à large acceptance

Cross sections measurements for hadrontherapy : development of a large acceptance mass spectrometer

• Auteur / Autrice : Edgar Barlerin
• Direction : Marc Labalme
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'univers
• Date : Soutenance le 24/02/2021
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique, sciences de l’ingénieur, matériaux, énergie (Saint-Etienne du Rouvray, Seine Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : étalissement de préparation : Université de Caen Normandie (1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique corpusculaire de Caen (1947-....)
• Jury : Président / Présidente : Gilles De France
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marc Labalme, Jérôme Giovinazzo, Marie-Laure Gallin-Martel, David Brasse, Christian Finck
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jérôme Giovinazzo, Marie-Laure Gallin-Martel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Détecteurs gazeux (radioactivité)

Physique nucléaire -- Instruments

Instruments de mesure

Monte-Carlo, Méthode de

Simulation par ordinateur

Sections efficaces (physique nucléaire)

Carbone

Hadronthérapie

Mots clés libres

Instrumentation

Hadrontherapy

Carbon

Computer simulation

Cross sections (nuclear physics

Monte-Carlo method

Instrumentation

Gaseous detector

Résumé

Le travail de thèse présenté dans ce manuscrit porte sur le développement d'un spectromètre de masse a large acceptance, FRACAS, dans le cadre de l’étude de la fragmentation des ions 12C sur des cibles d’intérêt pour l’hadronthérapie. Le développement de ce dispositif est motivé par le besoin de mesurer les sections efficaces doublement différentielles de fragmentation pour chaque isotopes produits. Il sera constitué d'un moniteur faisceau, d'une cible, de trajectographes places de part et d'autre d'un aimant et d'un mur de temps de vol.Une étude systématique de FRACAS, basée sur des simulations Monte-Carlo Geant4, a été effectuée et les données analysées avec des algorithme d'identification des fragments développés dans le cadre de cette thèse. Ces simulations ont montré l'influence de la position et de la résolution spatiale des détecteurs sur les efficacités d'identification des fragments. Une configuration optimale du dispositif a pu être déterminée.En parallèle, deux détecteurs, le moniteur faisceau et les trajectographes avals ont été développés. Des simulations ont permis de déterminer une épaisseur de gap et une largeur des pistes optimales pour le moniteur faisceau permettant une résolution spatiale théorique de l'ordre de 200 μm. Des mesures expérimentales au LPC ont permis de caractériser les performances des prototypes fabriques cependant elles n'ont pas permis de déterminer leur résolution spatiale. Une campagne de prise de données est donc prévue en Mars 2021 au GANIL pour effectuer ces mesures.

The thesis work reported in this document deals with the development of a large acceptance mass spectrometer, FRACAS, in the context of the study of the fragmentation cross section of the 12C ions on targets of medical interest for hadrontherapy. The development of this apparatus is motivated by the need of double differential fragmentation cross sections for each of the isotope produced. It will be composed of a beam monitor, a target, trackers surrounding a magnet and a time-of-flight wall.A systematic study of FRACAS, based on Monte-Carlo Geant4 simulations, was conducted and the data generated analysed with fragment identification algorithms developed in the frame of this thesis. Those simulations highlighted the influence of the position and the spatial resolution of the detectors on the identification efficiencies. An optimal configuration was then determined.Simultaneously, two of the detectors, the beam monitor and the downstream trackers, were developed. Simulations were used to determine an optimal gap thickness and strips width for the beam monitor allowing a theoretical spatial resolution of around 200 μm. Experimental measurements at LPC made it possible to characterize the performances of the manufactured prototypes however they did not permit to determine their spatial resolution. Therefore, an experiment is planned at GANIL in March 2021 to conduct those measurements.