Systèmes de dosimétrie de chambre d ionisation

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1 Systèmes de dosimétrie de chambre d ionisation 1

2 Table des matières 1 Introduction 1 2 Chambre d ionisation et électromètre 1 3 Les types de chambres d ionisation Chambre d ionisation cylindrique Chambre d ionisation Parallèle-Plat Chambre de brachithérapie (chambre à Puits) Conclusion 5

3 1 Introduction L émission des rayonnements est toujours associée à la radioactivité. Aucun des sens dont dispose l être humain n est sensible aux rayonnements émis par les substances radioactives. On ne peut détecter ces rayonnements donc déceler la radioactivité qu en utilisant deux des types d interaction entre les rayonnements ionisants et la matière : l ionisation et l excitation. La chambre d ionisation constitue un des systèmes les plus simples de détection des rayonnements. 2 Chambre d ionisation et électromètre Une chambre d ionisation est constituée par une enceinte délimitant un certain volume gazeux, compris entre des électrodes portées à une tension de l ordre d une centaine de volts. Le principe de la chambre d ionisation est de ce placer dans les conditions où le nombre d ions collectés est égale au nombre d ions formés lors de l irradiation, ce qui permet de mesurer la quantité d électricité transportée par ces ions (fig 1). FIGURE 1 Région de chambre d ionisation La chambre d ionisation est toujours utilisée avec un électromètre, un dispositif pour mesurer le courant induit par le passage du rayonnement dans la chambre, de l ordre de 10 9 A A 1, utilisé en même temps qu une chambre d ionisation. Un amplificateur opérationnel avec une résistance standard ou un condensateur standard permet de rendre ces courants faibles mesurables par l électromètre (fig 2). 1. Ampère 1

4 FIGURE 2 Chaine de mesure chambre-électromètre 3 Les types de chambres d ionisation Des chambres d ionisation sont employées en radiothérapie et en radiologie diagnostic pour la détermination de la dose de rayonnement. Elles viennent dans diverses formes et tailles, selon les conditions spécifiques, mais généralement elles ont toutes les propriétés suivantes : 1. Une chambre d ionisation est fondamentalement une cavité remplie par gaz entourée d un mur externe conducteur et en ayant une électrode de rassemblement centrale. Le mur et l électrode de rassemblement sont séparés avec un isolateur de qualité pour réduire le courant de fuite quand une tension de polarisation est appliquée à la chambre. 2. L électrode de garde est habituellement fournie dans la chambre pour réduire plus loin la fuite de chambre. Elle arrête la fuite courante et lui permet de couler dans la terre, déviant l électrode de rassemblement. Elle assure également l uniformité améliorée de champ en volume actif ou sensible de la chambre, avec une meilleure collection de charge. 3. Les mesures avec des chambres d ionisation exigent une correction de la température et de pression. On distingue 3 types de chambres : 2

5 3.1 Chambre d ionisation cylindrique La chambre d ionisation cylindrique la plus populaire est la chambre 0.6cm 3 conçue par Farmer qui est à l origine construite par Baldwin, mais maintenant fourni par plusieurs fournisseurs, qui sert habituellement pour la calibration 2 absolue de faisceau de photon en radiothérapie. La chambre est également connue comme chambre de dé 3. Un schéma de la chambre de dé est montré dans la fig 3. Des chambres cylindriques sont produites par de divers fabricants, avec les volumes actifs entre 0.1 et 1cm 3. Elles ont typiquement une longueur interne pas plus considérablement que 25mm et un diamètre interne qui ne dépasse pas 7mm. Le matériel de mur possède un faible nombre atomique Z (c.-à-d. tissu ou air équivalent), avec une épaisseur plus moins de 0.1g/cm 2. Une chambre est équipée d un chapeau d habillage ou capuchon avec une épaisseur d environ 0.5g/cm 2 pour la calibration dans l air des faisceaux de photons du 60 Co, afin de réaliser l équilibre électronique. La construction de chambre devrait être aussi homogène que possible, bien qu une électrode centrale en aluminium d environ 1mm de diamètre soit typiquement utilisée pour assurer la dépendance plate d énergie. Des détails de construction de diverses chambres cylindrique disponibles dans le commerce sont fournis par l AIEA dans les Technical Reports Series, TRS 277 et TRS 398, des codes pour le praticien. FIGURE 3 Chambre d ionisation cylindrique de type Farmer 2. La détermination de dose en états d irradiation de référence 3. vu que son volume sensible ressemble à celui du dé 3

6 3.2 Chambre d ionisation Parallèle-Plat Une chambre d ionisation parallèle-plat se compose de deux murs plats ; un comme fenêtre d entrée et une électrode de polarisation, l autre comme mur arrière et une électrode de rassemblant, aussi bien qu un système d anneau de garde 4. Le mur arrière est habituellement un bloc de plastique de conduite ou d un matériel non conducteur (habituellement Polyméthacrylate de méthyle commercialisé sous le nom de plexiglas (PMMA) ou polystyrène) avec une couche de conduite mince de graphite formant l électrode de rassemblement et le système d anneau de garde sur le dessus. Un schéma de principe d une chambre d ionisation de parallèle-plat est montré dans fig 4. La chambre d ionisation parallèle-plat est recommandée pour la dosimétrie des faisceaux d électrons avec des énergies en-dessous de 10 Mev. Elle est également employée pour les mesures de dose de surface et de profondeur dans la région de recouvrement électronique des faisceaux de photons de haute énergie (build up). Les caractéristiques des chambres parallèle-plat disponible dans le commerce et leurs utilisations en dosimétrie de faisceau d électrons sont expliquées en détail dans le TRS 381 et le TRS 398. Quelques chambres parallèle-plat exigent la correction significative de perturbation de fluence parce qu elles sont équipées de largeur insatisfaisante de garde. FIGURE 4 Chambre d ionisation Parallèle-Plat 1 : l électrode de polarisation. 2 : l électrode de mesure. 3 : l anneau de garde. a : la taille (séparation d électrode) de la cavité d air. d : diamètre de l électrode de polarisation. m : le diamètre de l électrode de rassemblement. g : la largeur de l anneau de garde. 4. Pour une protection contre les courants de fuite parasites 4

7 3.3 Chambre de brachithérapie (chambre à Puits) Les sources utilisées dans la brachithérapie 5 sont à bas taux de kerma d air 6 qui exigent des chambres à volume suffisant (environ 250cm 3 ou plus) pour une sensibilité adéquate. La chambre à puits est idéale pour le calibrage et l étalonnage des sources radioactives. La fig 5 représente un schéma de principe de la chambre à puits. La réponse de la chambre est fonction de la position en hauteur de la source dans la chambre à puits. Il faut s assurer que la source est en une région de plateau. Il y a un facteur d étalonnage spécifique pour chacune des différentes sources. Le spectre d énergie diffère d une source à une autre. La chambre à puits devrait être conçu pour adapter à des sources des tailles et des formes typiques qui sont dans l utilisation clinique en brachithérapie et sont habituellement calibrées en termes de taux de kerma d air de référence. FIGURE 5 Chambre à puits 4 Conclusion La limite pratique de sensibilité d une chambre d ionisation réside dans ce qu on appelle son mouvement propre, dû au rayonnement cosmique et se présentant sous forme d impulsion de courant survenant à un rythme assez lent et irrégulier, donnant lieu à un courant parasite résiduel fluctuant dont la valeur moyenne est d environ A/cm 3 de volume de la chambre. Afin d obtenir des résultats fiables, il faut attendre au moins 20mn afin que la chambre se stabilise. 5. curiethérapie ou radiothérapie interne ; utilisation des sources radioactives scellées 6. Le taux de kerma d air dans l air est donné par la relation suivante : (K air ) air = A Γ AKR avec A : Activité de la source ; d Γ 2 AKR : Constante spécifique de taux de kerma d air ; d : Distance entre le point de mesure et la source 5

8 Références [1] Radiation Oncology Physics ; Sponsored by the IAEA [2] Mesure en radioactivité, Manuel pratique d utilisation des rayons nucleaires Michel Brière, Bernard Jouve, Robert Paulin [3] Bases physique de la radiothérapie et de la radiobiologie M. Tubiana, J. Dutreix [4] Cours 2 - Production et mesure de la radiation, Université de Montréal Hiver 2004 Maryse Mondat/HMR 6