II.5 Etat de l’art des dosim`etres diamant
II.5.1 Diamant polycristallin CVD
Le diamant polycristallin est historiquement le premier diamant synth´etique `a avoir
´et´e test´e en dosim`etre du fait de la maturit´e de la croissance par rapport au monocristallin.
De 2004 `a 2011, les r´esultats obtenus par les diff´erentes ´equipes sur les diamants poly-cristallins CVD montrent les limitations de ce type de mat´eriau pour la radioth´erapie et particuli`erement les techniques de pointe. La raison est le plus souvent un rapport signal sur bruit trop faible, une instabilit´e du signal sous irradiation, un temps de r´eponse au d´ebut ou `a la fin de l’irradiation trop lent.
En 2004, Fidanzio et al. [105] ont d´evelopp´e et test´e en champ standard dans un faisceau de photons de 6 MV un dosim`etre en diamant polycristallin CVD. Le rapport signal sur bruit de 10 est tr`es faible. La reproductibilit´e des mesures de 1 % est sup´erieure
`a la valeur recommand´ee par l’IAEA (0,5 %). Le dosim`etre requiert une dose de pr´e-irradiation de 30 Gy avant d’atteindre la stabilit´e du courant sous pr´e-irradiation. Cette dose de pr´e-irradiation est ´elev´ee en comparaison des doses requises pour les dosim`etres diamant PTW comprises entre 5 et 15 Gy (voir Chapitre 1). L’efficacit´e de collecte de charges n’est que de 10 % pour un champ ´electrique appliqu´e ´elev´e (2,3 V.µm−1), `a cause de la pr´esence de d´efauts dans cette structure cristalline.
En 2007, De Angelis et al. [106] ont observ´e pour des dosim`etres en diamant poly-cristallin CVD une stabilit´e du signal de 0,1 % apr`es une dose de pr´e-irradiation tr`es
´elev´ee de 150 Gy. Leurs r´esultats montrent les limitations de ce type de dosim`etres pour les mesures en RCMI ≪step and shoot≫o`u des segments d’irradiation peuvent pr´esenter de tr`es faibles doses. Ces dosim`etres pr´esentent un temps de mont´ee ´equivalent `a une chambre d’ionisation Farmer jusqu’`a 90 % du signal stabilis´e, mais il faut ensuite 5 `a 7 secondes au diamant polycristallin pour ˆetre stable (FigureII.16). Ceci entraˆıne une sous-estimation de la dose mesur´ee pour chaque segment. Ce ph´enom`ene est compens´e par le fait que le courant ne retrouve pas imm´ediatement sa valeur initiale de bruit lorsque le faisceau d’irradiation s’arrˆete entre deux segments, entraˆınant alors une surestimation de la dose (Figure II.17).
En 2008, Descamps et al. [107] ont d´evelopp´e un dosim`etre `a partir de diamant poly-cristallin CVD pr´esentant une tr`es bonne stabilit´e et une bonne reproductibilit´e (<0,5 %).
Cependant, comme dans l’article de Fidanzio el al. [105], le rapport signal sur bruit est trop faible avec ce dosim`etre, et son utilisation en RCMI n’est pas envisageable pour les segments d´elivrant une faible dose.
En 2009, Lansley el al. [108] confirment ´egalement ce faible rapport signal sur bruit, qui limite l’utilisation du diamant polycristallin pour la dosim´etrie.
II.5 Etat de l’art des dosim`etres diamant
Figure II.16 – Courant mesur´e en fonction du temps avec le diamant polycristallin CVD et une chambre d’ionisation Farmer (IC), apr`es la pr´e-irradiation du diamant. Le courant mesur´e par la chambre a ´et´e multipli´e par un facteur permettant une meilleure comparaison des deux r´eponses, d’apr`es [106].
Figure II.17 –Courant mesur´e avec le diamant polycristallin CVD au cours d’un traitement RCMI
≪step and shoot≫avec 21 segments pour des faisceaux de photons de 10 MV. En bas : zoom indiquant que le courant n’a pas le temps de descendre `a sa valeur de bruit initiale entre deux segments, entraˆınant une surestimation de la dose, d’apr`es [106].
Enfin, en 2011, Bruzzi et al. [109] ont am´elior´e les travaux obtenus en 2007 [106]. Pour cela, un nouveau type de contacts a ´et´e d´epos´e sur chaque face du diamant polycristallin,
`a savoir une couche de titane et de chrome, permettant de cr´eer des barri`eres Schottky aux interfaces entre le m´etal et le diamant, et par cons´equent un champ ´electrique in-terne. Il n’est pas n´ecessaire d’appliquer une tension de polarisation pour mesurer un
courant sous irradiation. Selon Bruzzi et al., le fait de ne pas polariser le dosim`etre per-met de r´eduire l’influence des pi`eges sur la stabilit´e du dosim`etre et les temps de r´eponse.
Avec ces nouveaux dosim`etres fonctionnant comme des diodes, la dose de pr´e-irradiation n´ecessaire pour stabiliser leur r´eponse est comprise entre 8 et 20 Gy. Cependant, la sensi-bilit´e est nettement diminu´ee lorsque le dosim`etre n’est pas polaris´e (4 nC.Gy−1 `a 0 V et 268,8 nC.Gy−1 `a 100 V pour le mˆeme ´echantillon). Le rapport signal sur bruit reste tout de mˆeme suffisant pour r´ealiser les mesures `a 0 V, avec des contacts d’au moins 6 mm2. Les temps de r´eponse sont am´elior´es avec ce type de dosim`etre et sont comparables `a ceux du diamant naturel de PTW dans un faisceau de photons de 10 MV produit par un acc´el´erateur lin´eaire (Figure II.18). La lin´earit´e avec la dose a ´et´e v´erifi´ee pour ce d´etecteur diamant sur une gamme de 1 UM `a 1000 UM, avec une d´eviation maximale de 1,7 %. La d´ependance de la r´eponse du d´etecteur avec le d´ebit de dose, ´evalu´ee par la m´ethode de Fowler dont le principe est expliqu´e dans le Chapitre 1, est plus faible que lorsque le diamant ´etait polaris´e, avec des valeurs de ∆ comprises entre 0,919 et 0,964. Une forte d´ependance en ´energie de la sensibilit´e est observ´ee entre un faisceau de photons de 6 MV et de 18 MV, avec une variation de 16,8 %. Enfin, les FOC ont ´et´e mesur´es pour des tailles de champs jusqu’`a 2,4×2,4 cm2 et compar´es avec une diode SFD Scanditronix et une chambre d’ionisation de type Farmer. Un ´ecart maximum de 3 % est observ´e pour le plus petit champ par rapport aux d´etecteurs commercialis´es pris comme r´ef´erence.
Ce dosim`etre montre des caract´eristiques qui r´epondent pour la plupart au cahier des charges de la radioth´erapie conventionnelle. Ces am´eliorations sont attribu´ees d’apr`es les auteurs au nouveau type de contacts sur le mat´eriau, mais pourraient aussi ˆetre dues `a l’am´elioration du mat´eriau lui-mˆeme de 2007 `a 2011. Cependant, malgr´e ces am´eliorations, ce dosim`etre ne semble pas appropri´e pour une mesure de dose en mini-faisceaux, `a cause de son large volume de d´etection n´ecessaire pour avoir un bon rapport signal sur bruit.
Figure II.18 – Courant mesur´e en fonction du temps avec le diamant polycristallin CVD avec con-tacts Schottky et le diamant naturel PTW, dans un faisceau de photons de 10 MV, dans un champ de 10 ×10 cm2. Un facteur a ´et´e appliqu´e au courant mesur´e par le diamant PTW pour une meilleure comparaison [109].
II.5 Etat de l’art des dosim`etres diamant