Dissertations / Theses on the topic 'Dose électronique'

Le système d'imagerie portale électronique (Electronic Portal Imaging Device ou EPID) au silicium amorphe (aSi) est maintenant couramment utilisé pour vérifier radiologiquement que la position du patient lors des séances de traitement par rapport aux faisceaux est conforme à ce qui est attendu. Il permet potentiellement de mesurer la dose à la sortie du patient et d'en faire un système permettant une véritable dosimétrie « in vivo ». Toutefois cette utilisation n'est pas encore courante et de nombreux problèmes restent à résoudre pour pouvoir l'utiliser dans ce but. Nous nous sommes donc attachés dans ce travail, à analyser les propriétés dosimétriques des EPID installés à l'Institut Curie et à développer les solutions permettant de les utiliser pour la vérification des doses délivrées aux patients. Premièrement, nous avons optimisé les paramètres du système d'acquisition d'images portales pour l'imagerie de contrôle. Puis, un programme d'assurance qualité des EPID a été mis en place au sein du service de radiothérapie afin de garantir le suivi de la qualité des images de contrôle au cours du temps. La spécificité de l'utilisation dosimétrique des EPID nous a conduit a réalisé une étude complémentaire sur l'utilisation et le suivi dosimétrique des images portales intégrant la dose. L'EPID au aSi s'est également avéré être un outil indispensable à la vérification des plans de traitement en radiothérapie conformationelle avec modulation d'intensité (RCMI). Une nouvelle méthodologie de contrôle par dosimétrie portale a été mise en place afin de réduire le temps des contrôles et pouvoir ainsi réaliser un plus grand nombre de mises en traitement. Nous avons donc évalué et validé la nouvelle méthode au sein du service pour les traitements de prostate. Les contrôles qualité en RCMI pour les traitements de prostate bénéficient aujourd'hui de cette nouvelle méthode et tous les films de contrôles ont été remplacés par l'EPID au aSi. L'étude se poursuit pour les autres localisations traitées par modulation d'intensité. Finalement, nous avons étudié l'utilisation de l'EPID pour la dosimétrie in vivo. Un nouveau formalisme permettant de déterminer la dose délivrée à la tumeur pendant le traitement à partir de la dose mesurée avec l'EPID au aSi par transmission à travers le patient a été développé. La problématique de la mesure de dose absolue avec l'EPID a été exposée et des solutions pour la mesure de dose in vivo dans le cas de traitements de cancer de la prostate par radiothérapie conformationnelle 3D ont été appliquées
Today, amorphous silicon electronic portal imaging devices (aSi EPID) are currently used to check the accuracy of patient positioning. However, they are not use for dose reconstruction yet and more investigations are required to allow the use of an aSi EPID for routine dosimetric verification. The aim of this work is first to study the dosimetric characteristics of the EPID available at the Institut Curie and then, to check patient dose during treatment using these EPID. First, performance optimization of the Varian aS500 EPID system is studied. Then, a quality assurance system is set up in order to certify the image quality on a daily basis. An additional study on the dosimetric performance of the aS500 EPID is monitored to assess operational stability for dosimetry applications. Electronic portal imaging device is also a useful tool to improve IMRT quality control. The validation and the quality assurance of a portal dose image prediction system for IMRT pre-treatment quality control are performed. All dynamic IMRT fields are verified in clinical routine with the new method based on portal dosimetry. Finally, a new formalism for in vivo dosimetry using transit dose measured with EPID is developed and validated. The absolute dose measurement issue using aSi EPID is described and the midplane dose determination using in vivo dose measurements in combination with portal imaging is used with 3D-conformal-radiation therapy

Les travaux de cette thèse sont axés sur le durcissement à la dose cumulée des circuits analogiques associés aux systèmes électroniques embarqués sur des véhicules spatiaux, satellites ou sondes. Ces types de circuits sont réputés pour être relativement sensibles à la dose cumulée, parfois dès quelques krad, souvent en raison de l’intégration d’éléments bipolaires. Les nouvelles technologies CMOS montrent par leur intégration de plus en plus poussée, un durcissement naturel à cette dose. L’approche de durcissement proposée ici, repose sur un durcissement par la conception d’une technologie commerciale « full CMOS » du fondeur ST Microelectronics, appelée HCMOS9A. Cette approche permet d’assurer la portabilité des méthodes de durcissement proposées d’une technologie à une autre et de rendre ainsi accessible les nouvelles technologies aux systèmes spatiaux. De plus, cette approche de durcissement permet de faire face aux coûts croissants de développement et d’accès aux technologies durcies. Une première technique de durcissement à la dose cumulée est appliquée à une tension de référence « full CMOS ». Elle ne fait intervenir ni jonction p-n parasites ni précautions delay out particulières mais la soustraction de deux tensions de seuil qui annulent leurs effets à la dose cumulée entre elles. Si les technologies commerciales avancées sont de plus en plus utilisées pour des applications spécialement durcies, ces dernières exhibent en contrepartie de plus grands offsets que les technologies bipolaires. Cela peut affecter les performances des systèmes. La seconde technique étudiée : l’auto zéro, est une solution efficace pour réduire les dérives complexes dues entre autres à la température, de l’offset d’entrée des amplificateurs opérationnels. Le but ici est de prouver que cette technique peut tout aussi bien contrebalancer les dérives de l’offset dues à la dose cumulée
The purpose of this thesis work is to investigate circuit design techniques to improve the robustness to Total Ionizing Dose (TID) of analog circuits within electronic systems embedded in space probes, satellites and vehicles. Such circuits often contain bipolartransistor components which are quite sensitive to cumulated radiation dose. However highly integrated CMOS technology has been shown to exhibit better natural TDI hardening.The approach proposed here is a hardening by design using a full CMOS semiconductor technology commercially available from ST Microelectronics calledHCMOS9A. The proposed generic hardening design methods will be seen to be compatibleand applicable to other existing or future process technologies. Furthermore this approach addresses the issue of ever-increasing development cost and access to hardened technologies.The first TID hardening technique proposed is applied to a full-CMOS voltage reference. This technique does not involve p-n junctions nor any particular layout precaution but instead is based on the subtraction of two different threshold voltages which allows the cancellation of TDI effects. While the use of advanced commercial CMOS technologies for specific radiation hardened applications is becoming more common, these technologies suffer from larger inputoffs et voltage drift than their bipolar transistor counterparts, which can impact system performance. The second technique studied is that of auto-zeroing, which is an efficient method to reduce the complex offset voltage drift mechanisms of operational amplifiers due to temperature. The purpose here is to prove that this technique can also cancel input offset voltage drift due to TID.Index term : hardening, cumulated dose, CMOS technology, voltage reference,operational amplifier

Ce projet de maitrise concerne l'utilisation du recalage déformable pour la déformation des contours et la déformation des distributions de dose. Son but est d'étudier la possibilité de générer automatiquement des contours du jour par recalage déformable et de proposer une nouvelle méthode pour cumuler les doses sur l'ensemble d'un traitement de radiothérapie. La méthode consiste à recaler l'image CT, qui permet de faire des calculs de dose, sur l'image CBCT, qui montre l'anatomie du jour, dans le but d'améliorer les suivis de patients. Pour évaluer la possibilité d'utiliser cette méthode, le projet est divisé en trois parties, centrées autour de cas de cancer de la prostate. Premièrement, on caractérise les recalages déformables provenant du logiciel Elastix en utilisant les images d'un fantôme anthropomorphique. Les calculs de dose sur ces images montrent que la méthode permettrait de calculer précisément des doses sur image du jour. Deuxièmement, on quantifie la précision de la déformation de contours avec le logiciel OnQ rts. La précision est évaluée en comparant les contours recalés aux contours tracés manuellement à l'aide de métriques de similarité. Cette étude montre que les contours produits par recalage déformable doivent être corrigés par la suite pour améliorer leur précision. De plus, la combinaison de l'indice d'inclusivité et des contours comme la prostate et le contour externe du corps permettent d'évaluer avec le plus de précision les déformations anatomiques. Troisièmement, on démontre la faisabilité de déformer les doses du jour de manière à les cumuler à l'aide du logiciel Elastix. Le principal défi pour bien déterminer les écarts de dose en clinique serait de bien caractériser la précision des recalages des organes à risque, puisqu'ils sont situés près des régions de haut gradient de dose. Dans le futur, cette technique pourrait être utilisée si la qualité des recalages est bien contrôlée.

Les aciers ferritiques-martensitiques renforcés par dispersion d'oxydes (ODS) sont des matériaux de structure de haute performance pour les futures installations nucléaires de fission et de fusion. Un problème important pour la performance de ces aciers sous irradiation est leur résistance aux effets néfastes des gaz de transmutation, l'hélium et l'hydrogène, avec une attention particulière aux effets liés à la forte densité de nanoparticules d'oxyde. L'objectif de la thèse est une étude systématique et fondamentale de l’évolution de la microstructure induite par les gaz légers dans les aciers ODS ferritiques-martensitiques en fonction de la teneur en gaz accumulée, du taux d'endommagement et de la température, en accordant une attention particulière au rôle des nanoparticules d'oxyde. L'approche expérimentale utilisée a consisté à saturer des échantillons avec différentes quantités d'hélium et d'hydrogène, par implantation ionique à JANNuS-Orsay, dans des conditions bien contrôlées. Le matériau de référence utilisé était l'acier ODS-EUROFER. Les modifications microstructurales accompagnant l'accumulation de gaz ont été révélées par microscopie électronique à transmission. Pour une meilleure compréhension des mécanismes d’interaction de l’hélium avec les nanoparticules d’oxyde, les expériences ont été complétées par des implantations ioniques dans un système modèle de couches minces Y₂O₃/FeCr, et par une modélisation analytique et numérique pertinente. Cependant, leurs contributions au gonflement sont généralement relativement mineures par rapport aux autres populations de bulles. Au contraire, les grosses bulles comportent le risque d'une transition accélérée d’une bulle à une cavité dans des conditions défavorables, ce qui provoque un gonflement non contrôlé des cavités. La viabilité d'un tel effet a été démontrée dans des expériences d'implantation d’ions He et d’irradiation d’ions Au simultanées, et quantifiée à l'aide d'une modélisation analytique. Lors de l'implantation séquentielle d'hélium et d'hydrogène dans l'acier ODS-EUROFER, une augmentation notable de l'absorption d'hydrogène a été observée par rapport à l'acier ne contenant pas d’oxyde. Cependant, la résistance globale à l’irradiation de l'acier n'a été que faiblement influencée par l'hydrogène, aussi bien dans l'acier ODS-EUROFER que dans le système modèle Y₂O₃/FeCr. Les effets visibles de l'hydrogène sur la microstructure des bulles étaient mineurs et ne se manifestaient qu'après l'implantation d’H à température ambiante. En résumé, l’acier ODS s’avère résistant au gonflement jusqu’à des niveaux très élevés d’hélium et d’hydrogène accumulés. La présence de nano-oxydes à haute densité est généralement bénéfique pour la tolérance à l’irradiation de l'acier, mais leur influence n'est pas aussi forte que celle attendue. Le piégeage de l’hydrogène dans les bulles d’hélium ne présente aucun risque potentiel pour la tolérance à l’irradiation de l’acier ODS dans les conditions expérimentales étudiées
Oxide dispersion strengthened (ODS) ferritic-martensitic steels are advanced high-performance structural materials for next generation nuclear and fusion facilities. An important issue for operation performance of these steels is their resistance to detrimental effects of transmutation gases, helium and hydrogen, with a particular attention to the effects from dense population of nano-size oxide particles. The objective of the thesis is a systematic investigation of fundamental trends in gas-driven microstructure development in ferritic-martensitic ODS steels in reply to variations in the accumulated gas content, gas accumulation and damage rates, and temperature, with particular attention to the role of oxide particles. The applied experimental approach involved saturation of steel samples with various amounts of helium and hydrogen atoms using ion implantation at the JANNuS-Orsay facility in well-controlled conditions. The reference material used was ODS-EUROFER steel. The microstructural changes accompanying gas accumulation were revealed using transmission electron microscopy (TEM). For the better understanding of the mechanisms of helium interaction with oxide particles, the experiments were backed up with ion implantation into a model Y₂O₃/FeCr bilayer system and with relevant analytical and numerical modeling. Microstructural investigations of ODS-EUROFER samples implanted to high He fluences reveal a persistent partitioning of introduced gas between different microstructural features. In addition to gas bubbles in the grain bulk, extensive bubble precipitation on extended defects (grain boundaries and dislocations) and precipitates (carbides and oxides) was observed. The relative abundance of bubbles associated with different microstructural features is found to be sensitive to implantation conditions and changes in uncorrelated manner with the variation of implantation parameters. Overall, the main contributions to steel volume expansion (swelling) and the He inventory were from bubbles on grain boundaries and, at lower implantation temperatures and higher fluxes, from bubbles in the grain matrix. However, the preferential He accumulation at grain boundaries does not lead to bubble coalescence and growth of huge grain boundary cavities, without causing high-temperature helium embrittlement. Oxide nanoparticles were found to be efficient centers for helium bubble nucleation, each hosting a single bubble typically noticeably larger than bubbles in other populations. However, their contributions to both swelling and He inventory were estimated to be generally relatively minor as compared to other bubble populations, implying that oxide particle provide no substantial improvement of steel radiation performance. On the contrary, the large bubbles bear the risk of accelerated bubble-to void transition in unfavorable conditions, launching uncontrolled void swelling. The viability of such effect was demonstrated in experiments on simultaneous steel implantation with He and Au ions and quantified using analytical modeling. Under sequential helium and hydrogen implantation into ODS-EUROFER steel, notable increase of hydrogen uptake was observed as compared to oxide-free steel. However, the parameters of He bubble microstructure and, hence, the overall steel radiation resistance were found to be only weakly influenced by hydrogen, in both ODS-EUROFER steel and in Y₂O₃/FeCr bilayer system. Visible hydrogen effects on bubble microstructure were minor and manifested only after the room temperature H implantation. Summing up, ODS steel is shown to be resistant to void swelling up to very high levels of accumulated helium and hydrogen. The presence of high density of nano-oxides is generally beneficial for steel radiation tolerance, but their influence is not as strong as commonly expected. Hydrogen trapping in helium bubbles doesn’t manifest any potential risks for ODS steel radiation tolerance under experimental conditions studied

Pour adresser les nœuds technologiques avancés dans le cadre de la lithographie électronique, une nouvelle stratégie de correction des effets de proximité a été imaginée pour prendre le relai de la technique standard de modulation de dose. Dans ces travaux de thèse, les effets de proximité ont été analysés sur les outils e-beam de dernière génération au sein du LETI. Les limites de la modulation de dose ont aussi été évaluées. Parallèlement, une approche plus fondamentale, basée sur la simulation, a permis de mieux comprendre l'impact des différentes étapes du procédé de lithographie sur les motifs réalisés. Une nouvelle stratégie de correction avancée, appelée exposition multiple, a ensuite été mise au point. Celle-ci fait intervenir des motifs spécifiques appelés eRIF (electron Resolution lmprovement Features) dont l'exposition, couplée à celle des motifs initiaux permet de mieux contrôler la répartition de la dose injectée dans la résine. On parle alors d'expositions multiples. Au cours de ces travaux le positionnement des eRIF, ainsi que leurs dimensions ont fait l'objet d'une étude approfondie. L'élaboration d'algorithmes d'optimisation et la réalisation d'expérimentations en salle blanche ont permis d'optimiser ces paramètres et de mettre en évidence les gains apportés par les eRIF. Par rapport à la modulation de dose, des améliorations significatives ont pu être démontrées sur de véritables circuits intégrés. Grâce à l'exposition multiple, la résolution ultime des outils de lithographie e-beam a été repoussée de 2 nœuds technologiques pour les niveaux les plus critiques d'un circuit. Les règles de dessin retenues pour réaliser les eRIF ont ensuite été intégrées dans des modèles de corrections. via le logiciel de préparation de données INSCALE d'ASELTA NANOGRAPHICS pour assurer une correction automatisée des circuits
In electron beam lithography, a new proximity affects correction strategy has been imagined to push the resolution capabilities beyond the limitations of the standard dose modulation. In this work, the proximity affects inherent to e-beam lithography have been studied on the newest e-beam tools available at LETI. First, the limits of the standard dose modulation correction have been evaluated. The influences of each step of the lithographic process have also been analyzed from a theoretical point a view. A simulation approach was built and used to determine the impact of each of these steps on the patterned features. Then, a new writing strategy has been fully developed. It involves sub resolution features known as eRIF (electron Resolution Improvement features) which provide a finer control of the dose profile into the resist. Since the eRIF are exposed a top the nominal features, this new writing strategy is called multiple pass exposure. In this work, the position, the dose and the design of the eRIF have been studied and optimized to get the best of this new strategy. To do so, experiments were led in a clean room environment, and minimization algorithms have been developed. It has been demonstrated that the eRIF provide a significant gain compared to the standard dose modulation. Improvements have been observed even on the most critical levels of the Integrated circuits. By using the multiple pass exposure with optimized eRIF, the resolution capabilities of the e-beam tool have been reduced by 2 technological nodes. The design rules that have been determined to use the eRIF the most efficient way were finally implemented in INSCALE, the new data preparation software developed by ASELTA NANOGRAPHICS. This way, multiple pass exposure can be used in an automated mode to correct full layouts

Comprendre et modéliser le comportement des matériaux sous irradiation électronique est un enjeu important pour l’industrie spatiale. La fiabilité des satellites nécessite de maîtriser et prédire les potentiels de surface s'établissant sur les diélectriques. Ce travail de doctorat a donc pour objectif de caractériser et de modéliser les différents mécanismes physiques (en surface et en volume) gouvernant le potentiel de charges dans les matériaux polymères spatiaux tels que le Téflon® FEP et le Kapton® HN. La mise au point d'un nouveau dispositif et d'un protocole expérimental a permis de corroborer l'existence d’une conductivité latérale des charges, souvent négligée dans les modèles physiques et numériques. Les études paramétriques, révélant l’influence de l’énergie et le flux des électrons incidents, ont permis de brosser un portrait des processus mis en jeu pour le transport (par saut ou par piégeage/dépiégeage) de charges en surface. A la lumière de cette étude, une conductivité équivalente est extraite, assimilant le matériau à un système prenant en compte les mécanismes de transport volumique et surfacique. L'analyse des évolutions non-monotones de potentiel mesurées sur les polymères spatiaux en condition spatiale a permis de révéler une dépendance de la conductivité volumique induite sous irradiation avec la dose reçue. L'étude paramétrique réalisée sur les mécanismes de transport en volume révèle une influence minoritaire du déplacement du barycentre de charges et du vieillissement physicochimique. Un modèle «0D» à un seul niveau de pièges, prenant en compte les mécanismes de piégeage/dépiégeage et recombinaison entre les porteurs de charges, a été développé. Ce modèle simplifié permet de reproduire qualitativement les évolutions de potentiel expérimentales en fonction du débit de dose et lors d'irradiations successives
Charging behaviours of space dielectric materials, under electron beam irradiation, is of special interest for future spacecraft needs, since this mechanism could induce electrostatic discharges and consequently damages on the sensitive systems on board. In order to assess the risks of charging and discharging, this work aims at understanding the overall charge transport mechanisms and predicting the electrical behaviour of the insulator materials, especially Teflon® FEP and Kapton® HN. For an optimized prediction, the first part of our work is thus to check whether lateral conduction process can take place in the overall charge transport mechanism. Through the definition of a new experimental set-up and protocol, we have been able to discriminate between lateral and bulk conductivity and to reveal the presence of lateral conductivity that is enhanced by radiation ionization processes. We have been able to demonstrate as well that lateral intrinsic conductivity is enhanced with the increase current density and when approaching the sample surface. The second part of our work deals with the characterization of the electrical charging behaviour of Teflon® FEP under multi-energetic electron beam irradiation and the modelling of the overall bulk charge transport mechanisms. An experimental study on charge potential evolution as a function of electron spectrum, electric field, relaxation time, dose and dose rate, was performed. A numerical model has been developed to describe the effect of the different abovementioned mechanisms on the evolution of the surface potential. This model agrees correctly with the experimental phenomenology at qualitative level and therefore allows understanding the physical mechanisms steering charge transport in Teflon® and Kapton®

L'objectif principal de ce travail de thèse a été de développer des méthodologies d'analyse de surface fiables pour caractériser divers nouveaux matériaux intégrés dans des structures de très faibles dimensions caractéristiques des développements actuels de la microélectronique. Un intérêt particulier a été porté sur l'utilisation combinée de plusieurs techniques complémentaires. Une première étude a porté sur les artefacts de caractérisation de couches isolantes (dioxyde de silicium et dioxyde de silicium dopé au fluor – FTEOS) situées entre les niveaux de métallisation des puces. Une étude systématique des effets de la dose électronique liée à une analyse AES a été réalisée en utilisant la complémentarité des techniques AES/XPS. Les résultats ont révélé des changements chimiques en extrême surface (sous-oxydes) dépendant de la nature du matériau. La seconde étude a porté sur la mise en oeuvre d'une méthodologie analytique pour la caractérisation de la couche de passivation formée sur les flancs de gravure après deux gravures plasma successives sur des structures de très faibles dimensions (lignes de 300 nm et tranchées de 200 nm). Cette méthodologie a été basée sur l'utilisation de l'effet de charge différentiel, observé lors d‘analyses simultanées de deux matériaux de propriétés électriques différentes, ainsi que sur la complémentarité des caractérisations par XPS et ToF-SIMS y compris des analyses XPS résolues en angles (AR-XPS). La composition chimique de l'extrême surface de la couche de passivation a ainsi pu être déterminée sur des parois verticales. La surface de cette couche a révélé être composée principalement par de l'oxygène ayant réagi avec le silicium pour former des sous-oxydes de silicium de différentes stoechiométries
The main goal of this thesis was to develop reliable surface analysis methods to characterize various new materials used in very small size structures typical of current developments in microelectronics applications. A particular interest has been taken in combining several complementary techniques. The first study was focused on potential artifacts when characterizing insulating layers (silicon dioxide and fluorine doped silicon dioxide – FTEOS) which are used between metal layers in chips. A comprehensive study of the electron dose effects in AES was performed using complementary AES and XPS techniques. The results revealed chemical changes in the outermost surface (suboxides) that depend on the nature of the material. The second study was focused on the development of an analytical methodology to characterize the passivation layer on the etch sidewalls after two successive plasma etching processes applied onto very small size structures (300 nm lines and 200 nm trenches). This methodology was based on the use of the differential charging effect that takes place when analyzing simultaneously two materials exhibiting different electrical properties and on the complementarity of ToF-SIMS and XPS characterizations including angular resolved XPS (AR-XPS). The chemical composition of the outermost surface of the sidewall passivation layer could then be determined. The surface of that layer was found to be consisting mostly from oxygen than reacted with silicon to form silicon suboxides with various stoichiometries

La réalisation des transistors MOS de taille "ultime" nécessite la fabrication de jonctions source et drain ultra-minces (quelques dizaines de nanomètres), abruptes et fortement dopées. L'optimisation du procédé de fabrication de ces jonctions nécessite la compréhension des phénomènes physiques qui interviennent lors des différentes étapes de fabrication, en particulier l'impact des défauts cristallins sur leurs paramètres électriques. Dans ce travail, nous avons étudié l'impact des précipités de bore (BICs, Boron-Interstitial Clusters) mais aussi des défauts EOR (End-Of-Range), sur la mobilité des porteurs et l'activation des dopants (principalement le bore dans le silicium). Tout d'abord, nous avons développé un modèle d'analyse mathématique basé sur le profil de concentration des dopants mesuré par SIMS et sur les valeurs " standards " de mobilité des porteurs. Ce modèle permet de déterminer par le calcul les trois paramètres électriques mesurés par effet Hall : la résistance carrée, la dose active de dopants et la mobilité des porteurs. A partir de l'utilisation de ce modèle, nous démontrons qu'en présence de BICs, il s'avère nécessaire de modifier la valeur d'un facteur correctif, le facteur de scattering, essentiel pour les mesures par effet Hall, et nous déterminons sa valeur. Nous mettons ensuite en évidence la dégradation de la mobilité des porteurs par les BICs, puis étudions de manière plus quantitative l'évolution de cette dégradation en fonction de la quantité de BICs. Par la suite, une étude sur l'activation du bore en présence de défauts EOR est menée. Enfin, nous élargissons notre étude sur ces mêmes paramètres électriques au cas de nouveaux matériaux tels que le SOI (Silicon-On-Insulator) ou le SiGe (alliage silicium/germanium), matériaux utilisés pour les dernières générations de transistors.

L'objet de cette etude est la modelisation des phenomenes mesures dans un milieu heterogene irradie par des faisceaux d'electrons pour diverses configurations rencontrees dans les traitements de radiotherapie externe. La methode de mesure utilisee est celle de la dosimetrie sur film. Les premiers travaux concernent l'application du concept en milieu heterogene semi-infini. Nous avons integre le modele de calcul utilisant le concept de separation dose primaire - dose diffusee au logiciel de dosimetrie appele theraplan. Nous avons mis au point le logiciel de calcul et l'avons teste. L'analyse des resultats a montre des differences inferieures a 2,5 % entre les doses mesurees et les doses calculees sur ordinateur. Nous avons defini les limites d'application du modele semi-infini, ainsi que l'effet d'interface produit sur les bords de l'heterogeneite paralleles a l'axe du faisceau. Les ecarts les plus importants entre les mesures et les resultats obtenus avec le modele semi-infini ont ete observes derriere l'os. Puis nous avons etudie l'effet d'un element de volume d'os sur la dose dans le milieu. Cet element a ete place a des profondeurs variables sur l'axe du faisceau. L'etude des variations de la diffusion dans le milieu nous a permis de quantifier la contribution de chaque cube d'os. Nous avons effectue une methode de modelisation du concept en milieu heterogene fini. Nous avons ensuite compare les resultats obtenus aux donnees experimentales et aux resultats obtenus par d'autres modeles

Lors des missions spatiales, les composants électroniques sont soumis à l'influence du rayonnement ionisant présent en environnement spatial. Un modèle numérique de dégradation de la silice est développé. Il décrit la génération, le transport, le piégeage et la recombinaison des charges dans le volume, ainsi que le piégeage et la guérison à l'interface SiO₂/Si tout en s’attachant à prendre en compte de manière assez fine les effets du champ électrique. Après calage sur des données expérimentales, ce modèle a permit de mettre en évidence un phénomène encore mal expliqué : la sensibilité accrue de certains composants aux faibles débits de dose. Celle-ci est reliée au champ électrique et à la densité de piéges profonds à trous présents dans l’oxyde. Ce modèle est une contribution à la compréhension des interactions entre les différents mécanismes intervenant dans la dégradation des composants actuels, qui possèdent des oxydes épais de passivation ou d’isolation.

Cette these est faite de deux parties independantes. La premiere partie traite les corrections quantiques a l'effet hall anormal. On peut montrer que les termes de l'anomalie coulombienne se compensent mutuellement en considerant la diffusion asymetrique des electrons de conduction par les moments magnetiques d'une couche metallique desordonnee. La contribution venant de la localisation faible est coupee par la diffusion asymetrique qui brise la coherence de phase. Les resultats sont en bon accord avec une experience recente sur des couches minces de fer desordonnees et ferromagnetiques. Dans la seconde partie, on etudie la formation de moments magnetiques localises dans des systemes comme des semiconducteurs dopes en phase metallique. Le calcul est base sur le modele de hubbard avec desordre hors-diagonal. En examinant le modele a une seule impurete faiblement rattachee au reseau, on trouve un moment magnetique localise, et cela meme dans l'approximation de hartree-fock pour la repulsion locale u. On associe a ce moment magnetique un effet kondo dont la nature et la dependance par rapport au desordre sont discutees. Les resultats sont compares a une experience recente mesurant le pouvoir thermoelectrique du si:p. La correspondance est satisfaisante

Les cristaux dopes avec des ions cr#3#+ et fe#3#+ sont synthetises suivant une methode de flux en bain de chlorure et se presentent sous forme de fines plaquettes normales a l'axe (001). Le groupe d'espace pnma de kgaf#4 a basse temperature est determine par la diffraction des rayons x. L'etude structurale de la phase haute temperature n'est pas actuellement realisee, mais le groupe d'espace amma est choisi en s'appuyant sur les donnees relatives a un compose isotype a temperature ambiante: kfef#4. Dans ce travail, nous avons analyse a temperature ambiante les spectres rpe et determine les principaux parametres de l'hamiltonien de spin des ions cr#3#+ et fe#3#+. L'application du principe de superposition de newman aux parametres b#2#m ne donne globalement des resultats satisfaisants que si les deux conditions suivantes sont prises en compte: 1) les contributions des liaisons axiales et des liaisons equatoriales sont considerees separement; 2) les valeurs angulaires #i et #i deduites de l'etude radiocristallographique sont legerement modifiees. Les etudes effectuees sur kgaf#4 a haute temperature par resonance paramagnetique electronique et par spectroscopie raman permettent de montrer un phenomene transitionnel tres complexe et qu'il existe en realite deux transitions de phase structurales separees par une phase intermediaire dont nous sommes incapables de preciser actuellement la nature

Les cardiopathies congénitales (CC) sont les plus fréquentes des malformations congénitales et concernent près de 1% des naissances. Grâce aux progrès considérables de la cardiologie pédiatrique et de la chirurgie cardiaque, 90% des enfants nés avec une CC atteignent désormais l'âge adulte. Mais ces « survivants » ne sont pas guéris. Un certain nombre de complications, cardiaques et extracardiaques, attendues ou non, et de problématiques spécifiques émergent, justifiant une consommation de soins grandissante. Le besoin d’études en population a motivé l’analyse secondaire de données médico-administratives dans diverses régions du globe. L’objectif de cette thèse était d’étudier les conditions d’utilisation des bases de données médico-administratives (BDMA) et leurs applications possibles pour mieux comprendre les enjeux émergents de cette population nouvelle d’adultes avec CC (ACC). La première partie de ce travail a été de décrire de manière systématique toutes les études ayant utilisé des BDMA pour explorer spécifiquement les problématiques des patients ACC. Cette revue a montré l’intérêt de ces bases de données dans le domaine des ACC, les effectifs importants permettant d’étudier des maladies relativement rares et la disponibilité de données exhaustives sur de longues périodes d’observation autorisant l’étude de certaines complications cardiaques ou extracardiaques de survenue parfois différée chez ces patients. En France, les bases de données administratives de remboursement utilisent la Classification internationale des Maladies, dixième révision (CIM-10) dont la fiabilité pour repérer les ACC et les pathologies qui leur sont associées est inconnue dans ce contexte. La deuxième partie de ce travail avait donc pour objectif d’étudier la performance de la CIM-10 pour identifier et classer des patients ACC au sein de l’entrepôt de données de l’hôpital Européen Georges Pompidou disposant d'une unité dédiée aux ACC. La troisième partie de cette thèse rapporte un exemple concret de l’utilisation des BDMA. A partir des données de la Québec Congenital Heart Disease Database issue des BDMA du Québec, notre objectif était d’évaluer l’association entre l’exposition aux rayonnements ionisants provenant de procédures cardiaques et la survenue de cancer chez les ACC. En effet, l’amélioration de l’espérance de vie des patients avec CC et l’augmentation du recours aux modalités d’imagerie cardiaque irradiante, font craindre un effet carcinogène potentiel à long terme. Bien qu’elles n’aient pas été conçues à des fins de recherche, ce travail de thèse montre que les BDMA sont un outil particulièrement pertinent pour générer de nouvelles connaissances sur les patients ACC de par l’exhaustivité des informations disponibles, la possibilité de produire de grands échantillons et de permettre un suivi longitudinal sur de longues périodes d'observation. L’exploitation des dossiers médicaux électroniques par des méthodes de fouilles de texte pourrait alors permettre de développer et valider des algorithmes pour identifier les cas de CC dans les BDMA. En France, bien que des efforts aient été déployés pour créer un programme de collaboration multicentrique efficace, il n’existe à l’heure actuelle aucune donnée épidémiologique d’envergure concernant l’ensemble des ACC. L’analyse secondaire de ressources existantes, telles que le Système National des Données de Santé, permettrait d’établir la cohorte nationale d’ACC et d’analyser leur parcours de soins afin d’orienter au mieux l’allocation des ressources
Congenital heart diseases (CHD) are the most common types of birth defects and affect approximately 1% of births. Ninety percent of children born with CHD reach now adulthood thanks to improvements of pediatric cardiology and cardiac surgery. These "survivors" are not definitively cured. They are prone to cardiac or extra cardiac complications and specific issues that justify an increase in consumption of healthcare. The need for population-based studies worldwide has led to secondary analyses of administrative medical databases (AMD). The objective of this thesis was to study the conditions of use of the AMD and their possible applications, specifically to understand the emerging issues of this new adult population with CHD (ACHD). The first part of this work was to systematically describe all the studies that had used AMD to specifically explore the issues of ACHD patients. This review showed the value of these databases in the field of ACHD: the large numbers of patients allows studying relatively rare diseases and the availability of comprehensive data over long periods of follow-up enables to study cardiac and extra cardiac complications even when the occurrence is delayed. In France, claim databases use the International Classification of Diseases, 10th revision (ICD-10), the reliability of which is still largely unknown in this context. The second part of this work was therefore to study the performances of ICD-10 to identify and classify ACHD patients in the data warehouse of the Georges Pompidou European Hospital which has a dedicated specialized ACHD Unit. The third part of this thesis reported a concrete example of the use of AMD. Based on the Quebec Congenital Heart Disease Database derived from Quebec’s AMD, our goal was to evaluate the association between exposure to ionizing radiation from cardiac procedures and the risk of cancer in ACHD. Indeed, the improvement in the life expectancy of patients with CHD and the increasing use of cardiac imaging modalities using ionizing radiations may have a carcinogenic effect in the long term. Although not designed for research purposes, this thesis showed that AMD are a particularly relevant tool for generating new knowledge about ACHD patients through the comprehensiveness of information, the possibility of extracting large samples of patients with a longitudinal follow-up over long periods of observation. The exploitation of electronic medical records through text mining methods could then be used to develop and validate algorithms to identify CHD patients in AMD. In France, although efforts have been made to create an effective multi-center collaborative program, there is currently no significant epidemiological data for all ACHDs. Secondary analysis of existing resources, such as the National Health Data System, would establish the national ACHD cohort and analyze their care pathway in order to guide healthcare resources allocation

Étude de cinq couplages d'éléments en trace liant FE**(3+) (ion paramagnétique) à un autre défaut chimique dans les cassitérites. Les résultats obtenus par RPE sur monocristal permettent de localiser FE**(3+) en substitution de SN**(3+) en site octaedrique dans les cinq cas. Le traitement thermique de cassitérites naturelles provoque la diffusion sélective du FE**(3+) en fonction de son couplage et la formation de nouvelles microphases ferriques

En médecine nucléaire diagnostique, les principaux émetteurs gamma utilisés sont le technétium 99m, l'iode 123, l'indium 111, le thallium 201 et le gallium 67. Ces isotopes émettent également des électrons dont la contribution à la dose délivrée au niveau cellulaire, pourtant importante, est souvent négligé et fait l'objet de ce travail. Dans un premier temps, le dépôt d'énergie des électrons le long de leur parcours est modélisé analytiquement dans l'hypothèse de la source ponctuelle. Dans un second temps, des géométries sphériques de source sont envisagées, simulant la dose délivrée au niveau cellulaire par ces émissions électroniques. Cette dose délivrée est très hétérogène au niveau cellulaire et fortement sous-estimée par les études dosimétriques macroscopiques classiques.

Les améliorations dans les procédures cliniques de radiothérapie ont conduit à des taux de survie élevés. En conséquence, les effets secondaires possibles de la dose délivrée aux tissus sains sont devenus une préoccupation croissante pour les radiothérapeutes. L’estimation de la dose aux tissus sains, y compris à distance du volume-cible présente un intérêt clinique croissant pour évaluer le risque aux structures sensibles situées hors du champ d’irradiation. Nos travaux antérieurs se sont focalisés sur l’évaluation la dose à distance des faisceaux de photons. La dose à distance due aux faisceaux d’électrons n’a jamais été prise en compte, ce qui peut conduire à des sous-estimations des doses à distance lorsque le traitement est fait entièrement ou partiellement par les électrons. C’est la raison pour laquelle, une étude approfondie de la dose à distance des faisceaux d’électrons est devenue indispensable. Dans le présent travail de thèse, nous avons dans un premier temps réalisé une étude expérimentale décrivant la dose à distance des faisceaux d’électrons de haute énergie produits par différents accélérateurs linéaires, équipés de différents types d’applicateurs. Nous avons analysé l’influence de différents paramètres du faisceau sur la dose à distance dont l’énergie du faisceau, la taille et le type de l’applicateur, la distance à l’axe du faisceau ainsi que la profondeur dans l’eau. Nous avons séparé la dose à distance en deux composantes principales : la dose due aux photons de bremsstrahlung et la dose due aux électrons diffusés. Ensuite, nous avons développé un modèle pour le calcul de la composante de la dose due aux photons de bremsstrahlung en tout point dans le patient, et un modèle pour le calcul de la dose due aux électrons diffusés en dehors du champ d’irradiation. Enfin, nous avons évalué l’application de nos modèles de calcul de dose à distance dans une situation clinique réelles afin de démontrer l’intérêt clinique de notre modélisation, l’objectif étant de mettre un point à terme, un outil logiciel innovant répondant à la fois aux besoins de l’optimisation de la radiothérapie moderne et à ceux de l’épidémiologie de la dose comme facteur de risque d’effets iatrogènes
The large improvements in the radiotherapy (RT) procedures have led to high survival rates. So the possible side late effects of the radiotherapy due to the doses deposited into the normal tissues have become a growing concern for the radio-oncologists. The assessment of the dose outside the radiation field presents an important clinical benefit for estimating the risk at sensible structures situated partially or entirely outside the radiation field, especially in pediatric, pregnant patients or the patients having cardiac implantable devices. More understanding of side effects of RT will require not only improved control of the high doses delivered to the target volumes, but also better knowledge of the unintended but unavoidable lower doses delivered out of the target. In this context, most studies on out-of-field dose estimation focus on photon beams. Nevertheless, electron beams are still an important component of RT, for treating superficial tumors (at depths < 5 cm). The out-of-field dose from electron beams has never been taken account, which causes an under estimation of this dose when the radiotherapy is done only or partly by the electrons. For this reason, a detailed investigation of the out-of-field dose from electron beams is essential for better estimation of the out-of-field dose regardless the radiotherapy type. In this thesis, we have experimentally evaluated the out-of-field doses in high-energy electron beams for three linear accelerators equipped with different electron applicator types used in daily practice. The dependence of this dose on different parameters, such as the applicator size, the electron beam energy, the depth, and the off-axis distance have been investigated. The scattered electrons component and the bremsstrahlung photons component have been separated by a semi-experimental method. We have developed a multi-source model based on existing multi-scattering models for calculating the bremsstrahlung dose distribution at any point in the patient inside and outside the radiation field. We have also analytically calculated the scattered electrons dose distribution outside the radiation field. These two models permit to calculate the total out-of-field dose from electron beams anywhere in the patient. Finally, we have evaluated the application of our models of dose calculation in a real clinical situation in order to validate our software, the aim being to set up an innovative software tool, meeting both the needs of radiotherapy and epidemiology of the dose as a risk factor for iatrogenic effects

La reduction des couts conduit les industriels a definir de nouvelles methodes et procedures pour le test des composants electroniques utilises dans les environnements radiatifs. C'est dans ce cadre que nous presentons ces travaux concernant la recherche de points communs entre les effets des radiations et du stress electrique. Le composant etudie est le transistor mos de puissance tres utilise dans les applications spatiales. Une methode originale de pompage de charge a ete developpee et appliquee pour la premiere fois aux transistors de puissance a structure verticale vdmos. Les effets separes de la dose cumulee et du stress electrique ont ete etudies sur des composants commerciaux standards. Pour ces deux types d'agressions, les defauts generes (charges piegees dans l'oxyde et etats d'interface) ont de nombreux points communs. L'effet de la dose cumulee sur des transistors pre-stresses electriquement est aussi etudie. L'analyse des differents resultats permet finalement d'obtenir quelques elements de reponse sur l'existence de correlations entre les effets de la dose cumulee et du stress electrique.

La composante ionisante des rayonnements spatiaux s'appelle dose cumulée. Elle entraîne l'apparition d'une charge piégée dans les oxydes ainsi que des états d'interface. Ces quantités sont à l'origine des dégradations électriques observées dans les circuits. Un modèle numérique des effets de dose dans la silice est développé. Il décrit la génération, le transport, le piégeage, les phénomènes de guérison ainsi que la génération des états d'interface tout en s'attachant à prendre à compte de manière assez fine l'effet du champ électrique et de la température. Le calage de notre modèle avec des données expérimentales faites sur la gamme des débits de dose de laboratoire avec différentes températures et diverses conditions de polarisations a permis de caractériser les paramètres des différents mécanismes. Sous faible champ électrique, certains composants présentent une sensibilité accrue au faible débit de dose. Notre modèle explique ce phénomène par l'inversion du champ électrique à fort débit de dose. Enfin, l'extrapolation au débit de dose spatial de notre modèle a permis de discuter la représentativité des normes de test en vigueur.

Ce travail de thèse nous a mené à apporter de nouveaux développements au code Monte-Carlo de simulation détaillée Geant4-DNA pour étudier les interactions des électrons de basse énergie dans l'eau liquide, principal constituant des organismes biologiques. La précision des résultats obtenus avec les codes Monte-Carlo repose sur le réalisme de leurs modèles physiques : les sections efficaces. CPA100 est un autre code Monte-Carlo de structure de trace. Il dispose de sections efficaces d'ionisation, d'excitation électronique et de diffusion élastique dont les méthodes de calculs sont indépendantes de celles utilisées pour les sections efficaces de Geant4-DNA (modèles physique " option 2 " et son amélioration " option 4 "). De plus, les sections efficaces de CPA100 sont en meilleur accord avec certaines données expérimentales. Nous avons implémenté les sections efficaces de CPA100 dans Geant4-DNA pour offrir aux utilisateurs l'opportunité d'utiliser des modèles physiques alternatifs désignés Geant4-DNA-CPA100. Ils sont disponibles en libre accès dans la plateforme Geant4 depuis juillet 2017. La vérification de l'implémentation correcte de ces modèles physiques dans Geant4-DNA a consisté à comparer la simulation de plusieurs grandeurs de base obtenues avec Geant4-DNA-CPA100 et CPA100 et des résultats très similaires ont été obtenus. Par exemple, un excellent accord entre les longueurs de trajectoire et les nombres d'interactions a été mis en évidence. Puis, nous avons évalué l'impact des sections efficaces en utilisant les modèles physiques originaux de Geant4-DNA (" option 2 " et " option 4 "), Geant4-DNA-CPA100 et le code PENELOPE, pour obtenir des grandeurs d'intérêt pour des calculs dosimétriques : les " dose-point kernels " (DPK, pour des électrons monoénergétiques) et les facteurs S (pour des électrons monoénergétiques et des émetteurs d'électrons Auger). Les calculs de DPK de Geant4-DNA avec les modèles physiques " option 2 " et " option 4 " sont similaires et une différence systématique a été mise en évidence avec Geant4-DNA-CPA100. Les DPK calculés par ce dernier ont montré un bon accord avec le code PENELOPE. Les facteurs S obtenus avec Geant4-DNA " option 2 " sont globalement proches de Geant4-DNA-CPA100. Enfin, nous avons cartographié les dépôts d'énergie dans un contexte de radioimmunothérapie. De telles simulations sont habituellement réalisées en considérant des tumeurs sphériques et des biodistributions uniformes d'anticorps monoclonaux. Nous avons extrait des données plus réalistes d'un modèle 3D innovant de lymphome folliculaire, incubé avec des anticorps. Les dépôts d'énergie ont été calculés pour différents émetteurs d'électrons Auger (111In et 125I) et de particules ß- (90Y, 131I et 177Lu). Ces calculs ont montré que les émetteurs de particules ß- délivrent plus d'énergie et irradient une plus grande fraction du volume que les émetteurs d'électrons Auger. L'émetteur de particule ß- le plus efficace dépend de la taille du modèle qui est utilisé
During this PhD thesis, new developments have been brought to Geant4-DNA step-by-step Monte Carlo code. They were used to study low-energy electron interactions in liquid water - the major component of living organisms. The accuracy of results obtained through Monte Carlo code is limited by the validity of their cross sections. CPA100 is another step-by-step Monte Carlo code. It is equipped with ionization, electronic excitation and elastic scattering cross sections. However, these cross sections are calculated according to methods independent of those used for Geant4-DNA cross section calculations, which consisted of two original physics models: "option 2" and its improvement, "option 4". Moreover, in some cases CPA100 cross sections are in better agreement with experimental data. Therefore, the first objective of this research was to implement CPA100 cross sections into Geant4-DNA in order to give users the choice of alternative physics models, known as Geant4-DNA-CPA100. They have been available to users since July 2017. The verification of the correct implementation of these physics models within Geant4-DNA involved a comparison of different basic quantities between Geant4-DNA-CPA100 and CPA100 and extremely similar results were obtained. For instance, a very good agreement was highlighted between the calculations of the track length and the number of interactions. Consequently, the impact of cross sections was assessed using the original Geant4-DNA physics models ("option 2" and "option 4"), the alternative Geant4-DNA-CPA100 physics models and PENELOPE code for calculations of useful quantities in nuclear medicine, such as dose-point kernels (DPKs for monoenergetic electrons) and S values (for monoenergetic electrons and Auger electron emitters). With regards to DPK calculations, Geant4-DNA with "option 2" and "option 4" physics models were in close agreement, showing a systematic difference with Geant4-DNA-CPA100, which in turn were close to those calculated with PENELOPE code. For S value calculations, however, Geant4-DNA results were in good agreement with Geant4-DNA-CPA100. Finally, in the context of radioimmunotherapy, energy depositions were mapped. Such simulations are usually performed assuming spherical tumor geometries and uniform monoclonal antibody distributions. Realistic data was extracted from an innovative 3D follicular lymphoma model incubated with antibodies. Energy depositions were calculated for Auger electron (111In and 125I) and ß- particle (90Y, 131I and 177Lu) emitters. It was demonstrated that ß- particle emitters delivered more energy and irradiated greater volume than Auger electron emitters. The most effective ß- particle emitter depends on the size of the model that is used

La mesure de la dose ionisante est aujourd'hui une tâche cruciale pour une large gamme d'applications fonctionnant dans des environnements de rayonnement sévères. Dans le contexte de l'amélioration de la luminosité du grand collisionneur de hadrons (LHC), la mesure des niveaux de rayonnement le long du complexe d'accélérateurs du CERN va devenir encore plus difficile. A cet effet, une connaissance plus détaillée du champ de rayonnement dans le tunnel de l'accélérateur et ses zones adjacentes devient nécessaire pour définir les exigences d'installation, de déplacement ou de blindage de l'électronique sensible au rayonnement. Dans l’objectif d’améliorer la mesure de la dose absorbée par les systèmes exposés au champ de rayonnement mixte généré par l’accélérateur, des investigations sur des nouveaux dosimètres ont été menées.Dans le cadre de cette recherche, deux dispositifs ont été étudiés et caractérisés pour être utilisés comme dosimètres et éventuellement pour compléter l'utilisation du dosimètre au silicium actuellement utilisé au CERN, à savoir le RADFET (RADiation-sensitive Field Effect Transistor) : un NMOS commercial et un ASIC (Application-specific Integrated Circuit) nommé FGDOS. Les dispositifs ont été sélectionnés selon deux approches opposées : d'une part, la réduction des coûts permettrait d'augmenter la densité des capteurs déployés. En conséquence directe, une carte des doses plus détaillée serait obtenue pour les grands systèmes distribués comme le LHC. D'autre part, la dosimétrie peut être améliorée en déployant des détecteurs plus sensibles, ce qui permettrait de mesurer la dose lorsque les niveaux sont trop faibles pour le RADFET. De plus, des capteurs à plus haute résolution permettraient de caractériser le champ de rayonnement dans un temps plus court, c'est-à-dire avec une luminosité intégrée plus faible.La première approche a été réalisée en recherchant des solutions alternatives basées sur des dispositifs COTS (Commercial Off-The-Shelf), qui réduiraient considérablement les coûts et garantiraient une disponibilité illimitée sur le marché. À cette fin, des recherches ont été menées sur un transistor NMOS discret commercial, qui s'est révélé très sensible au rayonnement.La nécessité d'améliorer la résolution de la mesure de dose a conduit à étudier le FGDOS, un dosimètre en silicium innovant à très haute sensibilité qui permet de détecter des doses extrêmement faibles.La calibration du transistor NMOS et du FGDOS a été effectuées en exposant les dosimètres à des rayons gamma. Leur réponse au rayonnement a été caractérisée en termes de linéarité, de variabilité d'un lot à l'autre et d'effet du débit de dose. L'influence de la température a été étudiée et une méthode pour compenser l'effet de la température a été développée et mise en œuvre.Le FGDOS étant un système sur puce (SoC) avec plusieurs caractéristiques qui font du dosimètre un système extrêmement flexible, la caractérisation de ses différents modes de fonctionnement (actif, passif et autonome) a été effectuée. Suite à la première caractérisation, des questions se sont posées concernant les mécanismes de dégradation de la sensibilité affectant le dosimètre. Pour étudier ce phénomène, des campagnes d’irradiations ont été effectuées avec une puce d'essai incorporant seulement le circuit sensible au rayonnement du FGDOS. L'analyse des expériences a permis de comprendre les processus responsables de la dégradation de la sensibilité, en séparant la contribution du transistor de lecture de celle du condensateur à grille flottante. Les résultats de cette étude nous ont amenés à envisager de nouvelles solutions de conception et des méthodes de compensation.L’aptitude du transistor NMOS et du FGDOS à mesurer la dose ionisante dans les champs de rayonnement mixtes produits par le complexe d’accélérateurs du CERN a été vérifiée à l’aide de test radiatifs accélérés effectués dans le centre de tests en champs mixte à haute énergie du CERN (CHARM)
The Total Ionizing Dose (TID) monitoring is nowadays a crucial task for a wide range of applications running in harsh radiation environments. In view of the High-Luminosity upgrade for the Large Hadron Collider, the monitoring of radiation levels along the CERN’s accelerator complex will become even more challenging. To this extent, a more detailed knowledge of the radiation field in the accelerator tunnel and its adjacent areas becomes necessary to design installation, relocation or shielding requirements of electronics sensitive to radiation. Aiming to improve the monitoring of the TID delivered by the mixed radiation field generated within the accelerator system, investigations on new suitable dosimeters have been carried out.With this research, two devices have been studied and characterized to be employed as dosimeter and possibly to complete the use of the silicon sensor currently employed at CERN for TID monitoring, i.e. the RADiation-sensitive Field Effect Transistor (RADFET): a commercial NMOS, and an ASIC (Application-Specific Integrated Circuit) named FGDOS. The devices have been selected following two opposite approaches: on the one hand, reducing the costs would allow the density of the deployed sensors to increase. As a direct consequence, a more detailed dose map would be obtained for large distributed systems like the LHC. On the other hand, the radiation monitoring can be further improved by deploying more sensitive detectors, which would allow to measure the dose where the levels are too low for the RADFET. Moreover, sensors with higher resolution would permit the characterization of the radiation field in a shorter time, which means within a lower integrated luminosity.The first approach has been accomplished by searching for alternative solutions based on COTS (Commercial Off-The-Shelf) devices, which would significantly reduce the costs and guarantee unlimited availability on the market. For this aim, investigations on a commercial discrete NMOS transistor, which was found to be very sensitive to the radiation, has been carried out.The need for improving the resolution of TID monitoring led to investigate the FGDOS, which is an innovative silicon dosimeter with a very high sensitivity that permits to detect extremely low doses.The calibration of the NMOS and the FGDOS have been performed by exposing the dosimeters to γ-ray. Their radiation response has been characterized in terms of linearity, batch-to-batch variability, and dose rate effect. The influence of the temperature has been studied and a method to compensate the temperature effect has been developed and implemented.Being the FGDOS is a System-On-Chip with several features that make the dosimeter an extremely flexible system, the characterization of its operational modes (Active, Passive and Autonomous) have been performed. Following the first characterization, some questions arose concerning the sensitivity degradation mechanisms affecting the dosimeter. To investigate this phenomenon, radiation experiments were performed with a test chip embedding only the radiation sensitive circuit of the FGDOS. The analysis of the experiments allowed the understating of the processes responsible for the sensitivity degradation, by separating the contribution of the reading transistor and the floating gate capacitor. The results of this investigation led us to considerer new design solution and compensation methods.The suitability of the NMOS and the FGDOS for TID measurement in the mixed radiation field produced by the CERN’s accelerator complex has been verified by performing accelerated radiation tests at the Cern High energy AcceleRator Mixed field facility (CHARM). The consistency of both sensors with the RADFET measurement has been demonstrated. The high sensitivity of the FGDOS leads to a significant improvement in terms of TID measurement in mixed radiation fields with respect to the RadFET, especially for low radiation intensities

Ce travail est consacre a la synthese, la caracterisation physico-chimique et l'application de films de polymeres conducteurs electroniques (pce) incluant des heteropolyanions (hpa). Ces entites minerales, connues pour leurs remarquables proprietes redox, sont immobilisees en tant qu'anion dopant lors de la synthese electrochimique des pce. Dans un premier temps, nous montrons qu'une electrode modifiee par un film de poly(3-methyl thiophene) dope par un hpa de structure de keggin xm#1#2o#4#0#n#- (x = p, si ; m = w, mo et n = 3, 4) presente l'electroactivite des deux partenaires. La reponse electrochimique associee a l'hpa n'est pas modifiee apres son immobilisation, pour peu que les conditions de l'electrosynthese du film soient optimisees (rapport monomere/hpa et valeur du potentiel impose). La geometrie particuliere de l'hpa n'induit pas une structure organisee dans le poly(3-methyl thiophene). Afin de remonter a une explication structurale du materiau, nous entreprenons, dans un second temps, l'etude d'un compose modele base sur un oligomere du thiophene (6t)#4#p#+/(pmo#1#2o#4#0)#p#- (6t represente l'hexamere du thiophene et 3 < p < 4). Malheureusement, la tres faible solubilite de ce sel ne permet pas des cristallisations adequates pour des etudes cristallographiques. Les films de pce/hpa peuvent realiser des electrocatalyses, a condition de choisir la bonne association. Dans ce sens, nous mettons en evidence qu'une electrode modifiee par un film de poly(n-methyl pyrrole) incluant un hpa mixte fepw#1#1o#3#9(h#2o)#4#- presente une remarquable stabilite electrochimique et activite electrocatalytique vis-a-vis de la reduction de no#2#-. Le mecanisme de reduction en phase immobilisee passe par un complexe fer-nitrosyl fepw#1#1o#3#9(no)#5#- qui assure la selectivite de cette catalyse chimique electroassistee. Cette electrode modifiee permet de la meme maniere la reduction catalytique du no dissous dans l'eau. Cette molecule, actuellement reconnue comme mediateur intercellulaire essentiel, peut etre detectee in vivo a partir d'une fibre de carbone modifiee par le depot catalytique precedent. Cette etude, realisee en collaboration avec r. Cespuglio (inserm, lyon) constitue un des rares exemples de detection fonctionnelle et en temps reel de cette molecule

Ce travail présente la synthèse, la caractérisation et l’utilisation (transfert électronique photo-induit) de foldamères de taille nanométriques constitués d’unité quinolines. Grâce a une stratégie de synthèse de doublement de segment une grande variété d’oligomères (jusqu’à 96 unités) ont pu être préparé à partir du synthon 8 aminoquinoline-2-carboxylate.Leurs propriétés dynamiques de ces objets ont été étudiées en solution et en phase gazeuse. La spectrométrie de masse de mobilité ionique a permis de déterminer leur conformation en phase gazeuse. Les expériences de RMN DOSY et d’anisotropie de Fluorescence ont permis de déterminer leurs propriétés de diffusion (transrationnelle et rotationnelle). Ces résultats ont révélés qui ces foldamères sont rigides et que leur architecture hélicoïdale est conservée.Le transport électronique photo-induit à travers ces foldamères de taille nanométrique ont été étudié et le mécanisme de transfert ainsi que son efficacité ont été déterminé pour une série de composés de tailles variables
Herein, synthesis, characterization and application (photoinduced electron transport) of nanosized quinoline-based foldamers have been explored. With double segment strategy, a variety of helical nanosized foldamers (up to 96 quinoline units) were successfully prepared based on 8-aminoquinoline-2-carboxylic acid monomer.The dynamic properties in gas phase and solution were investigated. Ion mobility mass spectrometry afforded access to the conformation state of foldamers ingas phase; DOSY and fluorescence anisotropy assessed the diffusion (translational and rotational, respectively) of foldamers in solution. All of these techniques revealed that quinoline-based foldamers are rigid and that helical conformation is conserved. Photoinduced electron transport through nanosized foldamer was also studied and the mechanism and the transport ratios were revealed

L'environnement radiatif spatial est composé d'une grande diversité de particules dans un spectre en énergie très large. Parmi les effets affectant les composants électroniques, on distingue les effets cumulatifs et les effets singuliers transitoires analogiques (ASET). Les effets cumulatifs correspondent à une dégradation continue des paramètres électriques du composant induits par un dépôt d'énergie à faible débit de dose tout au long de la mission spatiale. Les ASETs sont eux causés par le passage d'une particule unique traversant une zone sensible du composant et engendrant une impulsion de tension transitoire qui se propage à la sortie de l'application. Au cours des tests au sol, les deux effets sont étudiés séparément, mais ils se produisent simultanément en vol. Il se produit donc un effet de synergie, induit par la combinaison de la dose et de l'apparition soudaine d'un ASET dans le dispositif préalablement irradié.Une étude de l'effet de synergie dose-ASET est proposée. Pour accélérer les irradiations, une technique connue sous le nom de « méthode de commutation de débit de dose » (DRS) prenant en compte la sensibilité accrue au faible débit de dose (ELDRS) est utilisée. Un modèle haut niveau est développé en utilisant l'analyse circuit permettant de prédire l'effet de synergie observé sur un amplificateur opérationnel à trois étages. Pour prédire l'effet de synergie, l'effet de dose est pris en compte en faisant varier les paramètres décrivant le modèle suivant une loi de variation déduite de la dégradation du courant d'alimentation qui est couramment enregistré au cours des essais industriels. Enfin, les effets transitoires des radiations sur l'électronique (TREEs) induits par un environnement de très fort débit de dose de rayons X pulsés ainsi que l'effet de synergie dose-TREE sont étudiés à l'aide d'un générateur de Flash-X. La méthode classique d'analyse des ASETs permet alors d'expliquer la forme des impulsions transitoires observées
The natural radiative space environment is composed by numerously particles in a very large energy spectrum. From an electronics component point of view, it is possible to distinguish cumulative effects and so-called Analog Single Event Transient effects (ASET). Cumulative effects correspond to continuous deterioration of the electrical parameters of the component, due to a low dose rate energy deposition (Total Ionizing Dose: TID) throughout the space mission. ASETs are caused by a single energetic particle crossing a sensitive area of the component inducing a transient voltage pulse that occurs at the output of the application. During ground testing, both effects are studied separately but happen simultaneously in flight. As a result a synergy effect, induced by the combination of the low dose rate energy deposition and the sudden occurrence of an ASET in the device previously irradiated, occurs. A study of dose-ASET synergistic effects is proposed using an accelerated irradiation test technique known as Dose Rate Switching method (DRS) tacking into account the concern of the Enhanced Low Dose Rate Sensitivity (ELDRS). A High Level Model is developed using circuit analysis to predict the synergy effect observed on a three stages operational amplifier. To predict synergy effect, the TID effect is taken into account by varying the model parameters following a variation law deduced from the degradation of the supply current which recorded during usual industrial TID testing. Finally, the Transient Radiation Effects on Electronics (TREE) phenomena induced by a Very High Dose Rate X-ray pulse environment and the dose-TREE synergy effect are then investigated using an X-ray flash facility. The classical ASETs methodology analysis can explain the shapes of transients observed

L'amiante est un matériau connu et utilisé par l'homme depuis près de 5000 ans, sa définition commerciale comprend six différents types de minéraux fibreux. En raison de leurs nombreuses propriétés thermiques et mécaniques, l'amiante a été exploité intensivement pour un usage industriel au cours du siècle dernier. Il est maintenant bien reconnu que l'exposition à l'amiante peut causer des dommages sévères pour la santé, son usage et exploitation sont donc bannis dans de nombreux pays et son exposition est strictement réglementée. L'application de ces divers règlements nécessite des méthodes d'analyse pour les soutenir. La microscopie électronique en transmission (MET) est l'outil le plus puissant et efficace pour l'analyse des fibres d'amiante. Des erreurs d’identifications causées par l’endommagement des fibres d'amiante peuvent cependant se produire, cette problématique a été étudiée en profondeur. Des fibres d'amiante amosite ont été initialement étudiées pour évaluer les dommages causés par le faisceau d'électrons du microscope électronique à transmission. Puisque les rapports d'intensité de rayons X élémentaires, obtenus par spectroscopie des rayons X en dispersion des énergies (EDS), sont couramment utilisés pour l'identification de l'amiante, l'impact de l’endommagement sur ces rapports a été mesuré. Il a été déterminé que le rapport magnésium/silicium était le plus sensible à l’endommagement causé par le faisceau d'électrons. Différents essais ont montré que la plupart des fibres ont un seuil de densité de courant au-dessus duquel la composition chimique de la fibre est modifiée. La valeur de ce seuil de densité de courant varie en fonction de la fibre. L'existence d'une valeur seuil de dose électronique a également été démontrée. Cette valeur est dépendante de la densité de courant utilisée, et peut être augmentée lorsqu’une période de récupération entre les expositions au faisceau d'électrons est octroyée. Cette étude a également permis d’établir que le courant du faisceau d'électrons est directement lié au taux d’endommagement au-dessus d'une densité de courant de 165 A/cm2. Des lignes directrices ont été établies afin de veiller à ce que les fibres d'amosite ne soient pas endommagées pendant l’analyse. Il a été déterminé que l'analyse doit être effectuée en dessous d'une densité de courant de 100 A/cm2. Dans la deuxième partie de cette étude, l'objectif principal était d'évaluer si la température est un facteur influençant l’endommagement des fibres d'amiante et, si oui, comment il peut être utilisé pour minimiser cet endommagement. Il a été constaté que l'abaissement de la température jusqu’à 123 K peut inhiber, pendant un temps donné, la manifestation de l’endommagement. La diminution significative de la diffusion des atomes à basse température empêche momentanément la perte de masse, ce qui réduit considérablement la possibilité d'une identification erronée des fibres d'amiante anthophyllite. Les résultats obtenus dans cette étude suggèrent fortement que le mécanisme d’endommagement prédominant est probablement lié au modèle d’endommagement par un champ électrique induit (DIEF). Dans un troisième temps, l'effet de la tension d'accélération sur l’endommagement de quatre types de fibres d'amiante différents; chrysotile, amosite, crocidolite et anthophyllite a été étudié. Les résultats démontrent que, contrairement à ce qui est généralement recommandé, il est préférable d'utiliser une tension d'accélération de 200 kV à 100 kV afin d'éviter l’endommagement. Les résultats mettent en lumière les mécanismes d'endommagement possibles; le plus prédominant semble être causé par un champ électrique induit, la radiolyse n’est toutefois pas exclue, mais semble de moindre importance et le « knock-on » est considéré comme négligeable dans les conditions utilisées.
Asbestos is a material known and used by man for nearly 5000 years, its commercial definition includes six different types of fibrous mineral. Because of their numerous thermal and mechanical properties, asbestos has been mined intensively for commercial use in the last century. It is now well recognized that asbestos exposure can cause severe damage to health and thus its use and exploitation is therefore banned in many countries and its exposure is strictly regulated. The application of those regulations requires rigorous analytical methods to support it. Transmission electron microscopy (TEM) is the most powerful and efficient tool for the analysis of asbestos fibers. However, identification errors caused by damage to asbestos fibers can occur and this problem has been investigated in depth. Asbestos amosite fibers were initially investigated to evaluate the damage caused by a transmission electron microscope electron beam. Since elemental x-ray intensity ratios obtained by energy dispersive x-ray spectroscopy (EDS) are commonly used for asbestos identification, the impact of beam damage on these ratios was measured. It was determined that the magnesium/silicon ratio was the most sensitive to damage caused by the electron beam. Various tests showed that most fibers have a current density threshold above which the chemical composition of the fiber is modified. The value of this threshold current density varied depending on the fiber. The existence of a threshold electron dose was also demonstrated. This value was dependent on the current density used and can be increased by providing a recovery period between exposures to the electron beam. This study also established that the electron beam current is directly related to the damage rate above a current density of 165 A/cm2. Guidelines were established in order to ensure that the amosite fibers are not damaged. It was determined that analysis should be conducted below a current density of 100 A/cm2. In the second part of this study, the main objective was to assess whether temperature is a factor influencing damage to asbestos fibers and, if so, how it can be used to minimize damage. It was found that lowering the temperature to 123 K can inhibit, for a given time, the manifestation of the damage. The significant decrease of atom diffusion at low temperature momentarily prevents mass loss, greatly reducing the possibility of misidentification of vi anthophyllite asbestos fibers. The results obtained in this study strongly suggest that the predominant mechanism damage is probably related to the induced-electric-field model. In a third part, the effect of the acceleration voltage on the damage of four different types of asbestos fibers; chrysotile, amosite, crocidolite and anthophyllite, was investigated. The results support the conclusion that contrary to what is usually recommended, it is best to use an acceleration voltage of 200 kV than 100 kV in order to avoid damage. The findings shed light on possible damage mechanisms; the most predominant seems to be caused by an induced electric field, radiolysis is not excluded but seems less important and knock-on is thought to be negligible for the conditions used.

Pour analyser les images en tomodensitométrie, une méthode stœchiométrique est gé- néralement utilisée. Une courbe relie les unités Hounsfield d’une image à la densité électronique du milieu. La tomodensitométrie à double énergie permet d’obtenir des informations supplémentaires sur ces images. Une méthode stœchiométrique a été dé- veloppée pour permettre de déterminer les valeurs de densité électronique et de numéro atomique effectif à partir d’une paire d’images d’un tomodensitomètre à double énergie. Le but de cette recherche est de développer une nouvelle méthode d’identification de tissus en utilisant ces paramètres extraits en tomodensitométrie à double énergie. Cette nouvelle méthode est comparée avec la méthode standard de tomodensitométrie à simple énergie. Par ailleurs, l’impact dosimétrique de bien identifier un tissu est déterminé. Des simulations Monte Carlo permettent d’utiliser des fantômes numériques dont tous les paramètres sont connus. Les différents fantômes utilisés permettent d’étalonner les méthodes stœchiométriques, de comparer la polyvalence et la robustesse des méthodes d’identification de tissus double énergie et simple énergie, ainsi que de comparer les distributions de dose dans des fantômes uniformes de mêmes densités, mais de compo- sitions différentes. La méthode utilisant la tomodensitométrie à double énergie fournit des valeurs de densi- tés électroniques plus exactes, quelles que soient les conditions étudiées. Cette méthode s’avère également plus robuste aux variations de densité des tissus. L’impact dosimé- trique d’une bonne identification de tissus devient important pour des traitements aux énergies plus faibles, donc aux énergies d’imagerie et de curiethérapie.
A stoichiometric method is usually used to analyze computed tomography images. A curve links the Hounsfield units on the images to the electron density in a given me- dium. Dual-energy computed tomography gives additional information on a scan. A stoi- chiometric method was developed to acquire both electron density and effective atomic number from a pair of images. The aim of this research is to develop a new method to identify tissues using the parame- ters extracted from dual-energy computed tomography. This new method is compared to the standard single-energy computed tomography segmentation method. Furthermore, the effect of correctly assigning tissues on dose distribution is studied. Monte Carlo simulations allow the use of perfectly known numerical phantoms. Dif- ferent phantoms allowed the calibration of the stoichiometric methods, the comparison of the versatility and the robustness of the dual-energy and the single-energy methods, and the comparison of dose distribution in phantoms of same densities, but of different compositions. The dual-energy identification method gives more accurate values of electron density in any studied condition. This method is also more robust to tissues of variable density. The dosimetric impact of an accurate identification becomes more important for treatments using lower energy photons, such as imaging energies and brachytherapy.