Processus de relaxation d’´énergie dans les nanoscintillateurs

Energy relaxation processes in nanoscintillators

• Auteur / Autrice : Anne-Laure Bulin
• Direction : Christophe Dujardin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 09/10/2014
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Physique et Astrophysique de Lyon (1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Lumière Matière - Institut Lumière Matière
• Jury : Président / Présidente : Marie-France Joubert
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christophe Dujardin, Thierry Gacoin, Andrei Belsky
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laurent Cognet, Anna Vedda

Mots clés

Mots clés contrôlés

Photochimiothérapie

Spectroscopie

Nanoparticules

Scintillateurs

Mots clés libres

Nanoscintillateur

Transfert d'énergie

Radioluminescence

Simulations Monte Carlo

Nanoscintillator

Energy transfer

Radioluminescence

Monte Carlo simulations

Résumé

Ce travail porte sur l'étude de nanoparticules scintillatrices qui sont capables, par définition, de convertir un rayonnement ionisant en lumière visible ou proche UV. Si le processus de scintillation est actuellement bien connu dans le cas des matériaux macroscopiques, les perturbations susceptibles d'apparaître pour des nanomatériaux le sont moins. En effet, des modifications peuvent être induites par le confinement spatial et les spécificités de structure propres aux nanomatériaux. L'étude de ces perturbations constitue l'objet de cette thèse. Le manuscrit se divise en trois parties. La première vise à quantifier la fraction d'énergie qui se dépose dans une assemblée de nanoparticules après interaction avec un photon haute énergie (X ) ou en réalisant des simulations Monte Carlo basées sur le code de calcul Geant4. La deuxième partie présente un travail expérimental exploratoire qui consiste à comparer des mesures de spectroscopie résolue en temps pour des nanoparticules et un monocristal afin d'extraire des informations sur les étapes de thermalisation et de recombinaison radiative spécifiques aux nanoparticules. La dernière partie de ce manuscrit présente l'étude d'une application novatrice des nanoscintillateurs comme agents thérapeutiques. Ils sont alors utilisés pour activer sous excitation X l'effet photodynamique, base d'une thérapie anti-cancéreuse actuellement limitée au traitement de lésions superficielles

This work deals with scintillating nanoparticles, material able to convert ionizing radiations into visible or Ultra-Violet light. The scintillation process is currently well-known for bulk materials. However, for nanomaterials, several steps of the scintillation process are likely to be slightly modified mainly because of the spatial confinement of charges and the structure specificities in nanomaterials. The study of such perturbations is the aim of this thesis. The manuscript is divided into three parts. The first one aims to quantify the amount of deposited energy within a set of nanoparticles after the interaction with a high energy photon (X or –rays). We thus developed Monte Carlo simulations with the Geant4 toolkit to quantify this energy. The second part presents an exploratory experimental study that consists in comparing time resolved spectroscopy measurements for nanoparticles and a single crystal. The aim is to extract a few tendencies on the thermalization and on the radiative recombination processes specific to nanoscintillators. The last part of this thesis presents an application of nanoscintillators as therapeutic agents. In that case, they are used to activate the photodynamic effect under X-ray irradiation. This last effect is the basis of the photodynamic therapy, an anticancer treatment currently limited to superficial tumors