La dose absorbée dans l’eau déterminée par mesures calorimétriques

La calorimétrie dans l’eau est une méthode fiable et directe de détermination de la dose absorbée dans l’eau au point de référence. Après avoir été appliquée avec succès aux faisceaux de 60

Co et photons de haute énergie du LNHB [86], la calorimétrie est ici utilisée dans les six faisceaux de moyenne énergie choisis. Cette application aux faisceaux de rayons X dans cette gamme d’énergie a fait l’objet d’études dans d’autres laboratoires de métrologie mais à une profondeur de 5 cm dans l’eau pour le PTB ou 3.6 cm pour le NMi. L’avantage de la mesure calorimétrique proposée ici est de permettre des mesures directement dans les conditions de référence des protocoles : 2 cm de profondeur dans l’eau et champ carré de 10 x 10 cm2 dans le plan de référence. Afin de limiter l’influence des diverses perturbations de la mesure de l’élévation de température, certaines précautions ont été prises en accord avec les observations précédemment réalisées par Domen et Seuntjens notamment :

- utilisation d’une ampoule scellée pour éviter les échanges gazeux avec l’extérieur et ainsi limiter les influences sur les réactions de radiolyse de l’eau responsable des variations du défaut de chaleur,

- utilisation d’eau ultra-pure saturée en diazote, gaz inerte du point de vue des réactions de radiolyse de l’eau également dans le but d’une limitation du défaut de chaleur,

- maintien de la température autour de 4°C, température du maximum de densité de l’eau, afin de limiter les phénomènes de convection.

Le calorimètre eau « faible profondeur » a ainsi permis la détermination des valeurs de débits de dose absorbée dans l’eau dans les conditions de référence dans les six faisceaux avec une incertitude associée acceptable comprise entre 0.49 % et 0.72 % ce qui est très inférieur aux incertitudes proposées lors de l’application des protocoles précédemment présentés (Tableau 34).

La reproductibilité des mesures calorimétriques est caractérisée par la dispersion des valeurs d’élévation de température mesurées sous irradiation. Celle-ci est comprise entre 0.23 % et 0.40 % en fonction du faisceau étudié (Tableau 25). Compte-tenu de ces valeurs, la méthode est reproductible ; suffisamment pour pouvoir établir une valeur de dose absorbée dans l’eau telle que l’objectif d’une dose délivrée au patient, connue dans une plage de +/-5 %, devienne réaliste en accord avec le rapport ICRU 24 [102].

La répétabilité des mesures calorimétriques a été évaluée sur le faisceau RQR9 (120 kV). Les résultats en termes de débit de dose absorbée dans l’eau pour deux séries de mesures (réalisées à 6 mois d’intervalle) sont respectivement 0.356 Gy.min-1

+/- 0.003 Gy.min-1 et 0.355 Gy.min-1 +/- 0.003 Gy.min-1. Ces valeurs sont en très bon accord (compatibles aux incertitudes de mesure près) et permettent de quantifier la répétabilité de la méthode. Il est à noter que pour ces deux séries de valeurs la profondeur des sondes ainsi que la distance source point de mesure n’étaient pas rigoureusement identiques (20.14 mm et 20.19 mm pour la profondeur des sondes ; DSC de 507.27 mm et 506.23 mm). La bonne compatibilité des valeurs permet également de valider les facteurs de correction de positionnement des sondes et de correction de distance (loi inverse carrée de la distance) appliqués par ailleurs.

Les valeurs des facteurs de correction appliqués sont dans l’ensemble bien connues :

- La valeur de la capacité thermique massique est internationalement adoptée (à l’exception du laboratoire de dosimétrie allemand). Compte-tenu du taux d’impuretés organiques mesuré dans l’eau, l’hypothèse d’un défaut de chaleur nul avec une incertitude associée de 0.30 % est en accord avec les valeurs utilisées par les laboratoires primaires.

- Le facteur de correction des perturbations dosimétriques (kp) pourrait être minimisé. La

présence de brome dans la composition des mousses isolantes dans l’enceinte thermique du calorimètre conduisant à une augmentation de l’influence de ce facteur, il pourrait être envisagé d’utiliser un polystyrène sans agents ignifuges. Cependant, il semble que ces constituants bromés soient aujourd’hui intégrés dans tous les polystyrènes industriels commercialisés ainsi, un autre type d’isolant devrait être trouvé : celui-ci ne devant pas contenir d’élément de numéro atomique élevé afin d’éviter tout problème similaire.

Chapitre 4 – Interprétation des résultats et perspectives

- Une série de mesures pourrait être envisagée pour la détermination de la composante du facteur de correction des perturbations dosimétriques liée à l’ampoule, ceci afin de confirmer les modélisations Monte-Carlo effectuées.

- Une détermination expérimentale des effets de la conduction thermique sur la mesure pourrait également être réalisée. La mesure de la variation de température sous irradiation pourrait être faite en faisant faiblement varier l’épaisseur de quartz de la sonde ou de la face avant de l’ampoule. Cette mesure n’est pas aisée car il faut réellement déterminer la part de perturbation liée à la conduction thermique et s’affranchir des perturbations dosimétriques. La démarche proposée ici pour déterminer le facteur de correction de la conduction thermique est une première approche qui pourrait être complétée par la modélisation exacte de la thermistance. Ceci n’était jusqu’alors pas possible avec le logiciel COMSOL de modélisation par éléments finis. Avec la nouvelle version de ce logiciel, ceci est désormais réalisable.

- Les facteurs de correction de la densité de l’eau et du positionnement des sondes sont déterminés de manière fiable. Cependant, leur influence est secondaire par rapport aux autres facteurs de correction, des perturbations dosimétriques notamment.

4.2.3. Comparaison des valeurs de débit de dose absorbée dans l’eau déterminées par