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Chapitre  IV.   Evaluation  de  la  réponse  des  détecteurs  à  partir  de  la  distribution  spectrale  de  la

IV.2.4   Evaluation  des  fluences  différentielles  en  énergie  dans  les  détecteurs

  Figure  IV–3  :  Configurations  établies  pour  la  vérification  du  modèle  de  calcul  de  fluence   électronique  et  photonique  différentielle  en  énergie.    

 

IV.2.4  Evaluation  des  fluences  différentielles  en  énergie  dans  

les  détecteurs  

IV.2.4.1  Perturbation  de  la  fluence  des  particules  chargées  

La   présence   d’un   détecteur   au   point   de   mesure   perturbe   la   fluence   des   particules   chargées  et  non  chargées.  Le  degré  de  perturbation  dépend  de  la  taille,  de  la  composition   et  de  l’enrobage  du  volume  sensible.  L’effet  de  perturbation  dépend  aussi  de  la  taille  du   champ  par  rapport  à  la  taille  du  détecteur.    

z=2.5 cm Source de photons mono-énergétiques de 1 MV Volume de calcul Eau Volume de calcul Eau Source de photons mono-énergétiques de 2 ou 6 MV z=5 cm 1 cm 5 cm 1 cm 5 cm a) b)

fluence  des  particules  

Dans  le  cas  des  champs  conventionnels,  la  perturbation  produite  par  le  détecteur  est   prise  en  compte  dans  des  facteurs  de  perturbation  indépendants  (𝑘","  incluant  𝑝"et  𝑝"   dans   l’IAEA   TRS-­‐‑398,   cf.   Equation   (2))   qui   incluent   la   non   équivalence   de   la   paroi   par   rapport  à  l’eau  (pwall),  la  perturbation  due  à  la  présence  de  la  cavité  (pcav)  et  le  facteur  de   perturbation  dû  à  l’électrode  centrale  (pcel)  dans  le  cas  des  chambres  d’ionisation.    

Dans  la  gamme  des  champs  conventionnels,  la  perturbation  est  indépendante  de  la   taille  de  champ.  Le  rapport  des  doses  absorbées  (𝛺"+#$%&#$%&,",+()*()*)  est  donc  égal  au  rapport  des   mesures   (𝑂𝑅"+#$%&#$%&,",+()*()*).   Néanmoins,   comme   présenté   dans   les   chapitres   précédents,   la   perturbation  pour  le  champ  de  référence  n’est  pas  identique  à  celle  du  champ  clinique   dans  le  cas  des  petits  champs.  Le  𝛺"+#$%&#$%&,",+()*()*  peut  donc    être  exprimé  selon  :  

   

Ω"+#$%&#$%&,+,"()*()*   =𝐷.,"#$%&

+#$%& 𝐷.," ()* +()* = 𝑀"#$%& +#$%&   𝑀" ()* +()* 𝒌𝑸𝒇𝒄𝒍𝒊𝒏𝒄𝒍𝒊𝒏,𝒇,𝑸𝒎𝒔𝒓𝒎𝒔𝒓= 𝑀"+#$%&#$%&  𝑠.,-   𝒑𝚽𝒇𝒄𝒍𝒊𝒏 𝒘,𝒅𝒆𝒕 𝒘 𝑀" ()* +()*𝑠.,-   𝒑𝚽𝒇𝒎𝒔𝒓 𝒘,𝒅𝒆𝒕 𝒘   (126)  

où  𝑠.,-est  le  rapport  des  pouvoirs  d’arrêt  moyen  de  Bragg-­‐‑Gray  entre  l’eau  (𝑤)  et   le  détecteur  (𝑑𝑒𝑡).   𝑝s+#$%&

.,Ì“Í .

 et   𝑝s+()*

.,Ì“Í .

 sont  les  facteurs  de  perturbation  de  fluence   pour  𝑓¤¥š¦  et  𝑓-œ’  dans  l’eau,  respectivement.  

  Ainsi  les  𝑘"+#$%&#$%&,",+()*()*  déterminés  dans  le  chapitre  précédent  peuvent  être  donnés   par  :         𝑘"+#$%&#$%&,",+()*()*   =   𝑝s +#$%& .,Ì“Í . 𝑝s+()* .,Ì“Í . = 𝑝s+#$%&,+()* .,Ì“Í .   (127)    

Les  facteurs  de  perturbation  de  fluence  sont  calculés  en  intégrant  le  rapport  des   fluences  différentielles  en  énergie  dans  un  petit  volume  d’eau  et  dans  le  détecteur  selon  :    

    𝑝s+#$%& .,Ì“Í . =   ® +#$%&].. ®(_` 𝑑𝐸 [Φ®+#$%&]Ì“Í. ®(_` 𝑑𝐸   (128)   où    

®+#$%&]..  est  la  fluence  totale  des  électrons  (+positons)  différentielle  en  énergie  

dans  un  petit  volume  d’eau  placé  dans  un  fantôme  d'eau  à  la  profondeur  de  référence  pour   une  taille  de  champ  𝑓¤¥š¦.  

®+#$%&]Ì“Í.  est  la  fluence  totale  des  électrons  (+positons)  différentielle  en  énergie   dans  le  volume  sensible  du  détecteur  placé  dans  un  fantôme  d'eau  à  la  profondeur  de   référence  pour  une  taille  de  champ  𝑓¤¥š¦.  

IV.2.4.2  Paramètres  des  simulations    

Dans   cette   partie,   les   quatre   détecteurs   étudiés   précédemment   (chambres   d’ionisations   Pinpoint   3D   T31016   et   T31022,   diode   E   T60017   et   le   détecteur   microdiamant   T60019)   ont   été   analysés.   Les   fluences   différentielles   en   énergie   des   électrons  (+positons)  et  des  photons  ont  été  calculées  d’abord  dans  les  volumes  sensibles   des  détecteurs  pour  les  tailles  de  champ  0.5×0.5  cm2  et  3×3  cm2  et  pour  les  énergies  6WFF,   6FFF  et  10FFF.  Les  fluences  calculés  dans  les  volumes  sensibles  ont  ensuite  été  comparées   aux  fluences  obtenues  dans  un  petit  volume  d’eau  cylindrique  de  0.5  mm  de  diamètre  et   0.5  mm  de  hauteur  considéré  comme  référence.    

Les  pas  de  coupures  des  photons  et  des  particules  chargées  ont  été  appliqués  selon   des  régions  (cf.  III.2.2.2ii+Figure  III–7).  Dans  la  sphère  définie  autour  du  détecteur  ainsi   que  dans  le  détecteur,  un  pas  de  coupure  équivalent  à  une  énergie  de  coupure  d’environ   1  keV  pour  les  photons,  les  électrons  et  les  positons  a  été  choisi.    

Dans   cette   partie,   la   «  physics   list   emstandard   option   3  »   a   été   utilisée.   Les   distributions  spectrales  ont  été  calculées  sur  150  intervalles  d’énergies  logarithmiques   distribués  entre  1  keV  et  6  MeV  pour  les  faisceaux  6WFF  et  6FFF,  et  entre  1  keV  et  10  MeV   pour  le  faisceau  10FFF.    

         

fluence  des  particules  

IV.2.4.3  Quantification  des  effets  de  perturbation  de  la  fluence  

électronique  

  Le  but  de  cette  partie  est  de  caractériser  l’influence  de  l’enrobage  d’une  part  et  des   paramètres  physiques  du  volume  sensible  d’autre  part  (composition  atomique,  densité  et   potentiel  d’ionisation)  sur  la  réponse  du  détecteur.  Pour  cela,  les  distributions  spectrales   dans   le   cas   du   champ   0.5×0.5   cm2  pour   une   énergie   6WFF   ont   été   calculées   en   deux   parties  :  

i.  Effets  de  l’enrobage    

Dans   un   premier   temps,   la   composition   du   volume   sensible   du   détecteur   est   remplacée  par  de  l’eau  pour  évaluer  l’effet  des  matériaux  entourant  le  volume  sensible.   Le   spectre   de   fluence   électronique   résultant   est   comparé   à   celui   obtenu   dans   un   petit   volume   d’eau.   La   différence   entre   les   deux   spectres   permet   d’identifier   l’influence   de   l’enrobage  (composition,  densité  et  potentiel  d’ionisation).  

ii.  Effets  liés  aux  paramètres  physiques  et  à  la  taille  du  volume  sensible  

Les   matériaux   constituants   l’enrobage   sont   ensuite   remplacés   par   de   l’eau   pour   évaluer  les  effets  exclusivement  liés  au  volume  sensible.  Afin  de  comprendre  les  effets  liés   à  la  composition,  à  la  densité,  au  potentiel  d’ionisation  et  à  la  taille  du  volume  sensible,  le   calcul  de  fluence  électronique  a  été  effectué  selon  différentes  combinaisons  (cf.  Tableau   IV-­‐‑1)  et  comparé  à  une  fluence  calculée  dans  un  volume  d'eau.    

                   

Tableau  IV-­‐‑1  :  Représentation  des  différentes  combinaisons  réalisées  pour  quantifier  les   effets  liés  aux  paramètres  physiques  du  volume  sensible.  

𝚽𝑬   𝝆(g/cm3)   I  (eV)  

𝚽𝑬𝒎𝒊𝒍𝒊𝒆𝒖  

milieu  :  Silicium,  Carbone  ou   Air   Milieu   Milieu   Eau   Milieu   Milieu   Eau   Eau   Eau   𝚽𝑬𝑬𝒂𝒖    

dans  un  volume  d’eau  de  la   taille  du  volume  sensible  

Eau   Eau  

𝚽𝑬𝑬𝒂𝒖  dans  le  volume  d’eau  de   référence  

(R=0.25  mm  et  h=  0.5  mm)  

Eau   Eau  

 

Ces   comparaisons   permettront   de   quantifier   les   effets   liés   aux   paramètres   physiques  (densité,  I  et  composition)  et  à  la  taille  du  volume  sensible  afin  de  déterminer   leur  influence  sur  la  variation  de  la  fluence  électronique.  Il  faut  noter  que  chaque  matériau   est  caractérisé  par  sa  propre  composition,  densité  et  potentiel  d’ionisation  qui  ne  sont  pas   censés  varier.  (cf.  Tableau  IV-­‐‑2).  Cependant,  avec  les  codes  Monte-­‐‑Carlo  (dans  notre  cas   Geant4/GATE),   on   a   la   possibilité   de   faire   varier   ces   quantités   d’une   manière   indépendante,  ce  qui  permet  d’identifier  l’impact  de  chacun.  

 

Tableau  IV-­‐‑2  :  Propriétés  physiques  des  matériaux  utilisés.  

Milieu   𝝆(g/cm3)   I  (eV)  

Eau   1.0   78  

Silicium   2.33   173  

Carbone   3.53   81  

Air   0.0012   85.7  

fluence  des  particules  

IV.3  Résultats  et  discussions  

IV.3.1  Vérification  des  modèles  de  calcul  de  fluence  dans  l’eau