Le projet PEPITES vise à développer un détecteur capable d’établir un « diagnostic faisceaux », c’est-à-dire de recueillir les informations sur la position, la forme et la taille d’un faisceau mais aussi sur le nombre de ses particules. Développé pour des applications médicales (protonthérapie) et industrielles, il associe le GIP Arronax, le CEA et le Laboratoire Leprince-Ringuet (UMR 7638 – École polytechnique, porteur du projet financé par l’Agence Nationale de La Recherche – ANR).
La connaissance des paramètres des faisceaux de particules chargées est un enjeu crucial pour leur bonne mise en œuvre. Ainsi, la position et le profil se doivent d’être déterminés avec une grande précision. Ces mesures peuvent nécessiter la mise en place d’un instrument sur la trajectoire des particules. Cependant, ce type de dispositif interceptif placé dans le faisceau induit une dispersion du faisceau proportionnelle à la quantité de matière traversée. Une méthode pour réduire cet effet consiste à construire le détecteur avec le moins de matière possible.
Fig 1 : schéma et principe des mesures des électrons secondaires lors de l’interaction avec un faisceau de protons.
Le projet PEPITES propose de développer un instrument basé sur des matériaux innovants qui permettent de minimiser l’effet du dispositif. Un premier pré-prototype a été conçu, puis testé sur une des lignes du cyclotron ARRONAX. Cette étape a permis d’établir la preuve de principe du fonctionnement de l’appareil et de poser les grandes lignes de l’étude d’un tel système. Le signal de mesure provient d’un phénomène très linéaire et de surface, dit émission secondaire d’électrons, qui autorise la construction d’une zone sensible extrêmement fine et participe ainsi à la minimisation des matériaux (voir figure 1).
Fig 2 : vue des bandelettes d’or disposées sur la membrane support
Le prototype sera constitué de membranes de 1.5 µm d’épaisseur sur lesquelles sont déposées des bandelettes de 50 nanomètres d’or qui forment le nouveau moniteur ultra-mince (voir figure 2). Le matériau de la membrane employée a été développé pour les voiles solaires.
En 2021, le prototype sera installé sur une des lignes de faisceau d’ARRONAX et sera utilisé dans un premier temps afin de constituer un retour d’expérience des capacités de l’instrument. Une étape intermédiaire est donc en cours : l’adaptation d’une des lignes pour la réception du futur dispositif.
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Contact : Freddy Poirier