Dosimetry and characterization of a 25‐MeV proton beam line for preclinical radiobiology research

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Amélioration des plans de traitement en hadronthérapie

Physiqu

Electronic dosimetry and neutron metrology by CMOS active pixel sensor

Ce travail vise à démontrer la faisabilité d'un dosimètre opérationnel neutrons basé sur la technologie CMOS. Le capteur utilisé (MIMOSA-5) doit pour cela être transparent aux g et pouvoir détecter les neutrons sur une large gamme d'énergie en gardant évidemment une bonne efficacité de détection. La réponse du système de détection, constitué du capteur CMOS adjoint d'un matériau convertisseur (polyéthylène pour les neutrons rapides, 10B pour les neutrons thermiques), a été confrontée à des simulations Monte Carlo effectuées avec MCNPX et GEANT4. Un travail de validation de ces codes a préalablement été effectué pour justifier leur utilisation dans le cadre de notre application. Les expériences nous permettant de caractériser le capteur ont été menées au sein de l'IPHC ainsi qu à l'IRSN/LMDN (Cadarache). Les résultats de l'exposition du capteur à des sources de photon pures et à un champ mixte n/g (source 241AmBe) montrent la possibilité d'obtenir un système transparent aux g par application d'une coupure appropriée sur le dépôt d'énergie (aux alentours de 100 keV). L'efficacité de détection associée est très satisfaisante avec une valeur de 10-3, en très bon accord avec MCNPX et GEANT4. La réponse angulaire du capteur a été étudiée par la suite à l'aide de la même source. La dernière partie de cette étude traite de la détection des neutrons thermiques (de l'ordre de l'eV). Les expériences ont été menées à l'IRSN sur une source de 252Cf modérée à l'eau lourde. Les résultats obtenus ont montré une très bonne efficacité de détection (allant jusqu à 6.10-3 pour un convertisseur dopé au 10B) en très bon accord avec GEANT4.This work aims at demonstrating the possibility to use active pixel sensors as operational neutron dosemeters. To do so, the sensor that has been used has to be g-transparent and to be able to detect neutrons on a wide energy range with a high detection efficiency. The response of the device, made of the CMOS sensor MIMOSA-5 and a converter in front of the sensor (polyethylen for fast neutron detection and 10B for thermal neutron detection), has been compared with Monte Carlo simulations carried out with MCNPX and GEANT4. These codes have been beforehand validated to check they can be used properly for our application. Experiments to characterize the sensor have been performed at IPHC and at IRSN/LMDN (Cadarache). The results of the sensor irradiation to photon sources and mixed field (241AmBe source) show the g-transparency of the sensor by applying an appropriate threshold on the deposited energy (around 100 keV). The associated detection efficiency is satisfactory with a value of 10-3, in good agreement with MCNPX and GEANT4. Other features of the device have been tested with the same source, like the angular response. The last part of this work deals with the detection of thermal neutrons (eV-neutrons). Assays have been done in Cadarache (IRSN) with a 252Cf source moderated with heavy water (with and without cadmium shell). Results asserted a very high detection efficiency (up to 6.10-3 for a pure 10B converter) in good agreement with GEANT4

Electronic dosimetry and neutron metrology by CMOS active pixel sensor

Ce travail vise à démontrer la faisabilité d'un dosimètre opérationnel neutrons basé sur la technologie CMOS. Le capteur utilisé (MIMOSA-5) doit pour cela être transparent aux g et pouvoir détecter les neutrons sur une large gamme d'énergie en gardant éviThis work aims at demonstrating the possibility to use active pixel sensors as operational neutron dosemeters. To do so, the sensor that has been used has to be g-transparent and to be able to detect neutrons on a wide energy range with a high detection

Dosimétrie électronique et métrologie neutrons par capteur CMOS a pixels actifs

This work aims at demonstrating the possibility to use active pixel sensors as operational neutron dosemeters. To do so, the sensor that has been used has to be γ-transparent and to be able to detect neutrons on a wide energy range with a high detection efficiency. The response of the device, made of the CMOS sensor MIMOSA-5 and a converter in front of the sen-sor (polyethylen for fast neutron detection and 10B for thermal neutron detection), has been compared with Monte Carlo simulations carried out with MCNPX and GEANT4. These codes have been before-hand validated to check they can be used properly for our application. Experiments to characterize the sensor have been performed at IPHC and at IRSN/LMDN (Cadarache). The results of the sensor irradiation to photon sources and mixed field (241AmBe source) show the γ-transparency of the sensor by applying an appropriate threshold on the deposited energy (around 100 keV). The associated detection efficiency is satisfactory with a value of 10-3, in good agreement with MCNPX and GEANT4. Other features of the device have been tested with the same source, like the an-gular response. The last part of this work deals with the detection of thermal neutrons (eV-neutrons). Assays have been done in Cadarache (IRSN) with a 252Cf source moderated with heavy water (with and without cadmium shell). Results asserted a very high detection efficiency (up to 6×10-3 for a pure 10B converter) in good agreement with GEANT4.Ce travail vise à démontrer la faisabilité d'un dosimètre opérationnel neutrons basé sur la technologie CMOS. Le capteur utilisé (MIMOSA-5) doit pour cela être transparent aux γ et pouvoir détecter les neutrons sur une large gamme d'énergie en gardant évidemment une bonne efficacité de détection. La réponse du système de détection, constitué du capteur CMOS adjoint d'un matériau convertisseur (polyéthylène pour les neutrons rapides, 10B pour les neutrons thermiques), a été confrontée à des si-mulations Monte Carlo effectuées avec MCNPX et GEANT4. Un travail de validation de ces codes a préalablement été effectué pour justifier leur utilisation dans le cadre de notre application. Les expériences nous permettant de caractériser le capteur ont été menées au sein de l'IPHC ainsi qu'à l'IRSN/LMDN (Cadarache). Les résultats de l'exposition du capteur à des sources de photon pures et à un champ mixte n/γ (source 241AmBe) montrent la possibilité d'obtenir un système transparent aux γ par application d'une coupure appropriée sur le dépôt d'énergie (aux alentours de 100 keV). L'efficacité de détection associée est très satisfaisante avec une valeur de 10-3, en très bon accord avec MCNPX et GEANT4. La réponse angulaire du capteur a été étudiée par la suite à l'aide de la même source. La dernière partie de cette étude traite de la détection des neutrons thermiques (de l'ordre de l'eV). Les expériences ont été menées à l'IRSN sur une source de 252Cf modérée à l'eau lourde. Les résultats ob-tenus ont montré une très bonne efficacité de détection (allant jusqu'à 6×10-3 pour un convertisseur do-pé au 10B) en très bon accord avec GEANT4

Dosimétrie électronique et métrologie neutrons par capteur CMOS à pixels actifs

Ce travail vise à démontrer la faisabilité d un dosimètre opérationnel neutrons basé sur la technologie CMOS. Le capteur utilisé (MIMOSA-5) doit pour cela être transparent aux g et pouvoir détecter les neutrons sur une large gamme d énergie en gardant évidemment une bonne efficacité de détection. La réponse du système de détection, constitué du capteur CMOS adjoint d un matériau convertisseur (polyéthylène pour les neutrons rapides, 10B pour les neutrons thermiques), a été confrontée à des simulations Monte Carlo effectuées avec MCNPX et GEANT4. Un travail de validation de ces codes a préalablement été effectué pour justifier leur utilisation dans le cadre de notre application. Les expériences nous permettant de caractériser le capteur ont été menées au sein de l IPHC ainsi qu à l IRSN/LMDN (Cadarache). Les résultats de l exposition du capteur à des sources de photon pures et à un champ mixte n/g (source 241AmBe) montrent la possibilité d obtenir un système transparent aux g par application d une coupure appropriée sur le dépôt d énergie (aux alentours de 100 keV). L efficacité de détection associée est très satisfaisante avec une valeur de 10-3, en très bon accord avec MCNPX et GEANT4. La réponse angulaire du capteur a été étudiée par la suite à l aide de la même source. La dernière partie de cette étude traite de la détection des neutrons thermiques (de l ordre de l eV). Les expériences ont été menées à l IRSN sur une source de 252Cf modérée à l eau lourde. Les résultats obtenus ont montré une très bonne efficacité de détection (allant jusqu à 6.10-3 pour un convertisseur dopé au 10B) en très bon accord avec GEANT4.This work aims at demonstrating the possibility to use active pixel sensors as operational neutron dosemeters. To do so, the sensor that has been used has to be g-transparent and to be able to detect neutrons on a wide energy range with a high detection efficiency. The response of the device, made of the CMOS sensor MIMOSA-5 and a converter in front of the sensor (polyethylen for fast neutron detection and 10B for thermal neutron detection), has been compared with Monte Carlo simulations carried out with MCNPX and GEANT4. These codes have been beforehand validated to check they can be used properly for our application. Experiments to characterize the sensor have been performed at IPHC and at IRSN/LMDN (Cadarache). The results of the sensor irradiation to photon sources and mixed field (241AmBe source) show the g-transparency of the sensor by applying an appropriate threshold on the deposited energy (around 100 keV). The associated detection efficiency is satisfactory with a value of 10-3, in good agreement with MCNPX and GEANT4. Other features of the device have been tested with the same source, like the angular response. The last part of this work deals with the detection of thermal neutrons (eV-neutrons). Assays have been done in Cadarache (IRSN) with a 252Cf source moderated with heavy water (with and without cadmium shell). Results asserted a very high detection efficiency (up to 6.10-3 for a pure 10B converter) in good agreement with GEANT4.STRASBOURG-Sc. et Techniques (674822102) / SudocSudocFranceF

Investigation of Optimal Physical Parameters for Precise Proton Irradiation of Orthotopic Tumors in Small Animals

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Characterization of a CMOS sensor array for small field fluence measurement of a low energy proton beam

International audienceSmall fields and sharp dose gradients typically encountered in proton irradiation for preclinical research require high spatial resolution dosimetric measurements, especially below 10 mm beam diameter. This study aims to characterize a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) sensor for fluence measurement of small radiation fields (2 mm, 5 mm and 10 mm diameter) delivered by a 25 MeV proton beam dedicated to preclinical irradiations. The beam fluence was characterized in air with a MIMOSA28 CMOS sensor and EBT3 films and compared to Geant4 simulations. The measured flatness for the 10 mm field was found within +/- 2.5 % with both the CMOS sensor and EBT3 films. Lateral profiles were in agreement within a distance of 0.1 mm between the two detectors and Geant4 simulations. Also, with a fixed particle rate, the fluence measured by the CMOS sensor was constant at the plateau of the Bragg curve, regardless the field size, while EBT3 showed a 10% increased fluence for the 2 mm collimated beam. The CMOS sensor demonstrated a high spatial resolution and its fluence-response is independent of the radiation field sizes that seems promising for future developments in dosimetry of small field proton beams for precise irradiation platforms dedicated to preclinical research, as well as in nuclear research and laser accelerated particle beam characterizatio

Detection of thermal neutrons with a CMOS pixel sensor for a future dosemeter

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