Mesures de sections efficaces d'ionisation et analyses d'objets du patrimoine avec des faisceaux d'ions légers aux énergies des accélérateurs médicaux

par Quentin Mouchard

Thèse de doctorat en Physique Subatomique et Instrumentation Nucléaire

Sous la direction de Vincent Metivier.

Thèses en préparation à l'Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Atlantique Bretagne Pays de la Loire , dans le cadre de Matière, Molécules, Matériaux depuis le 01-09-2018 .

  • Titre traduit

    Measurements of ionization cross sections and analysis of heritage objects with light ion beams at medical accelerator energies


  • Résumé

    Le développement de la protonthérapie et des cyclotrons de productions de radio-isotopes pour la médecine permet d’ouvrir aux techniques d’analyse par faisceaux d’ions une multitude d’accélérateurs de plusieurs dizaines de MeV. La méthode PIXE à haute énergie est développée au cyclotron ARRONAX avec des faisceaux de protons, mais aussi des particules alpha à des énergies pouvant atteindre 70 MeV. L’utilisation d’un faisceau de haute énergie permet l’analyse d’objet épais tout en limitant l’aspect d’endommagement.Dans un premier temps, des mesures de sections efficaces d’ionisation ont été réalisées. Elles ont permis de valider le modèle RECPSSR pour les éléments avec un numéro atomique Z ≥ 42 et d’optimiser une fonction d’ajustement pour les éléments dont les valeurs sont mal reproduites par le modèle. Dans un second temps, deux applications de la méthode PIXE à haute énergie ont été réalisées sur les collections du Musée Dobrée à Nantes. L'une des études a concerné l'analyse de matrices de sceaux afin de déterminer la composition et de pouvoir ensuite les classifier. L'autre étude était sur des pièces d'argent lourdes du XVIe siècle, où l'objectif était de retrouver les éléments traces (Or et Indium) permettant de retracer la provenance du minerai d'argent.


  • Résumé

    The development of proton therapy and cyclotrons for the production of radioisotopes for medicine has opened up a multitude of high-energy accelerators for ion beam analysis techniques. The high-energy PIXE method is developed at the ARRONAX cyclotron with proton beams, but also alpha particles at energies up to 70 MeV. The use of a high-energy beam allows the analysis of thick objects while limiting the damage aspect.Firstly, measurements of ionisation cross sections were carried out. They allowed to validate the RECPSSR model for elements with an atomic number Z ≥ 42 and to optimise a fitting function for elements whose values are poorly reproduced by the model. In a second phase, two applications of the PIXE method at high energy were carried out on the collections of the Dobrée Museum in Nantes. One of the studies concerned the analysis of seal matrices in order to determine their composition and to be able to classify them. The other study was on heavy silver coins from the 16th century, where the objective was to find the trace elements (Gold and Indium) allowing the provenance of the silver ore to be traced.