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Doctorant en Physique nucléaire et Applications médicales (H/F)

Cette offre est disponible dans les langues suivantes :
Français - Anglais

Date Limite Candidature : lundi 28 juin 2021

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Informations générales

Référence : UMR5821-CHRVEL-093
Lieu de travail : GRENOBLE
Date de publication : lundi 7 juin 2021
Nom du responsable scientifique : Marie-Laure GALLIN-MARTEL
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 octobre 2021
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

Conception d'un démonstrateur de moniteur faisceau diamant DIAMMONI pour le contrôle en ligne de faisceaux pulsés : applications à la radiolyse et aux radiothérapies innovantes « Flash »
Le développement de nouvelles générations d'accélérateurs d'ions, pour la physique (nucléaire - hautes énergies) ou pour les applications médicales (radiothérapies «Flash ») avec les recherches associés (radiolyse, radiobiologie et préclinique), implique une surveillance précise du faisceau avec un comptage rapide dans un environnement fortement radiatif.
Les moniteurs en ligne utilisent en général des chambres d'ionisation pour mesurer les caractéristiques géométriques du faisceau et son intensité. Or la réponse de ces moniteurs conventionnels n'est pas linéaire avec la dose, en particulier pour les fortes doses (radiolyse), de plus, il a été observé que cette réponse peut aussi dépendre du débit de dose. Dans les applications envisagées celui-ci peut varier entre 0,015Gy/sec (irradiation conventionnelle de quelques minutes) et plus de 40Gy/sec (irradiation « Flash » pour une durée jusqu'à la centaine de millisecondes).
Les qualités intrinsèques du diamant (rapidité, faible courant de fuite, excellent rapport signal sur bruit, résistance aux radiations) en font un excellent candidat pour répondre à de telles exigences de monitorage faisceau. DIAMMONI est un détecteur diamant innovant pour le contrôle en ligne de faisceaux pulsés. Il a pour objectif d'atteindre une résolution spatiale de l'ordre du millimètre (métallisation par pistes des diamants), un comptage rapide des particules dans chaque nano-impulsion de chaque micro-train d'impulsion (résolutions en temps ~100 ps) ainsi qu'une surveillance continue de l'intensité du faisceau sur toute la dynamique (fraction de pA à µA). Dans cette application, le diamant sera utilisé comme une chambre d'ionisation solide.
Le sujet de thèse porte sur les simulations, les développements et les expérimentations d'un système complexe composé d'un moniteur faisceau, dont la partie active sera constituée de détecteurs diamant lus par une électronique et un système d'acquisition développés en laboratoire par les services techniques impliqués dans le projet ANR-DIAMMONI.
En parallèle, des irradiations Flash pour des études de radiolyse, radiobiologie et préclinique (proton et alpha de 68 MeV) seront menées avec les faisceaux d'ARRONAX. Il s'agira de monitorer précisément le faisceau (dose délivrée, profil du faisceau) sur une large gamme de dose (0,1-100 Gy) et de débit de dose (<1 MGy/sec).
Les différents prototypes développés devront être installés au fur et à mesure de leurs conception sur la ligne d'ARRONAX afin de caractériser leurs performances et d'optimiser leur développement pour aboutir, en fin de thèse, à la réalisation d'un moniteur qui répond aux exigences des irradiations « Flash ».
Dans le cadre de DIAMMONI, les substrats diamants sont des diamants commerciaux. L'instrumentation des détecteurs est faite au LPSC. Différents laboratoires membres du consortium ANR-DIAMMONI (LPSC SUBATECH ARRONAX) collaborent pour leur caractérisation : tests avec sources alpha, beta au LPSC, en faisceau de protons (68 MeV) et alpha (70 MeV) à SUBATECH-ARRONAX.
Le (la) doctorant(e) sera en charge de ce travail de caractérisation sur les différents sites, mais devra aussi modéliser le fonctionnement des prototypes de moniteurs faisceau (surface active) afin de mieux en comprendre le fonctionnement, et suggérer des améliorations en fonction des résultats qu'il (elle) aura obtenus en analyse de données, ce qui implique également d'interagir avec les services techniques, maîtres d'œuvre des développements en instrumentation ou en électronique.
Le (la) candidat(e) devra donc avoir des compétences en physique nucléaire ainsi que des connaissances en physique pour les applications médicales et physique des détecteurs, un goût pour l'instrumentation, la programmation et l'analyse de données physiques (C++, PYTHON, ROOT, MATLAB) et de simulation (TCAD, COMSOL, SRIM, GEANT4).
Le projet bénéficiera du support technique des services électronique et instrumentation du LPSC ainsi que des laboratoires SUBATECH et ARRONAX à Nantes impliqués dans le projet.
Innovation et applications sociétales
Il s'agit de développement de détecteurs en rupture avec l'existant : l'usage de détecteurs diamants pour un système de comptage haut débit et l'électronique de lecture associée sont particulièrement novateurs. Le système de détection proposé apportera une valeur ajoutée non négligeable au transfert de la radiothérapie flash à haut débit de dose vers les essais cliniques.

Contexte de travail

Le laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie de Grenoble (LPSC) (http://lpsc.in2p3.fr) est une unité mixte de recherche associant le CNRS-IN2P3, l'Université Grenoble Alpes (UGA) et l'école Grenoble INP, pour un effectif moyen d'environ 230 personnes.
Le (la) doctorant(e) sera affecté́(e) au groupe Physique Nucléaire et Applications Médicales composé de 3 chercheurs, 2 enseignants-chercheurs, 1 enseignant chercheur rattaché, 1 ingénieur de recherches rattaché, 4 doctorants en 2021.
Il (elle) sera placé(e), au LPSC, sous l'autorité hiérarchique directe du responsable du groupe D. Dauvergne
Son directeur de thèse sera le Dr Marie-Laure Gallin-Martel du LPSC
Le co-encadrant sera Monsieur Koumeir Charbel de SUBATECH

Contraintes et risques

Le doctorant devra réaliser des expériences sous faisceaux, ces contraintes particulières sont régies par des mesures de radioprotections et imposent de ne pas présenter de contre-indications médicales

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