Les accélérateurs de particules مسرعات المجسمات


(klim40) #1

Les accélérateurs de particules مسرعات المجسمات
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[CENTER]هنا شرح لمبدا عمل مسرعات الجزئيات والتي تستعمل في علاج السرطان والاورام

[CENTER]Vous êtes certainement nombreux à posséder un accélérateur de particules, mais en connaissez-vous le principe de fonctionnement ?

(1)
Accélérateur Siemens Oncor
1°) De******ion générale :
Cette machine dont le but est le traitement des tumeurs par bombardement de photons ou d’électrons accélérés se décompose en plusieurs parties :

  1. La structure ou bâti
  2. Le bras pouvant effectuer une rotation de 360°
  3. Un collimateur constitué de machoires ou de fines lames
  4. Un imageur portal (en option) permettant de faire des clichés radio
  5. La table de traitement

    (2)
    Accélérateur Siemens Primus et table Siemens ZXT
    Ce dispositif médical crée en sortie un rayonnement photons et électrons sous différentes énergies.
    2°) De******ion technique :
    Plusieurs étapes sont nécessaires à l’accélération d’un faisceau énergétique.
    • L’injection.
    Le chauffage d’une plaque, appelée cathode, grâce à un filament, dans une cavité bien étudiée, sous vide va permettre d’expulser des électrons.
    C’est un principe bien connu de nos pères qui étudiaient l’électronique à tube plutôt que le transistor. Il suffit d’inclure une grille de focalisation, une de contrôle et terminer par une anode, et voilà votre canon à électrons créé.
    Au fait, j’oubliais, il faut le polariser correctement.

    L’anode est reliée au pôle positif de la haute-tension, la cathode au négatif, lorsqu’une impulsion positive sera appliquée à la grille de commande, la barrière constituée par celle-ci s’ouvrira et laissera passer le flux d’électrons.
    Nous avons maintenant notre triode, créatrice d’électrons.
    Comment accélérer le flux électronique ?
    • L’accélération des électrons.
    Le flux d’électrons sortant du canon, va rentrer dans une section cylindrique en cuivre formée de cavités, se terminant par une partie torique appelée déviation qui aura pour but de sélectionner l’énergie souhaitée.


    Une cavité de section
    Cette section accélératrice pourra atteindre un peu plus d’un mètre pour une énergie X 25 MeV.
    Pour accélérer les particules, une onde radiofréquence UHF à haute puissance est nécessaire et doit être injectée dans la section.
    La puissance UHF mise en jeu est impressionnante puisque nous parlons de quelques méga watts. Je vous rassure tout de suite ce phénomène nécessitant une grande consommation d’énergie électrique, ne sera effective que durant quelques micro-secondes, il s’agit d’un fonctionnement en régime pulsé.
    Cette puissance HF, comment est-elle créée ?
    Deux types d’accélérateurs sont sur le marché. On parle souvent de machine à magnétron ou à klystron.
    • Le magnétron est un tube électronique sous vide qui va permettre de créer et d’amplifier (2MW environ) une onde sinusoïdale : c’est un oscillateur, amplificateur. Il a juste besoin d’une tension importante, fournie par un modulateur, pour fonctionner.

    • Le klystron, lui, est bien plus puissant que le magnétron (7.5MW) mais nécessite un apport d’UHF, un émetteur « pilote » de faible puissance (100W) sera nécessaire pour l’exciter correctement.
    Ce tube est donc un amplificateur.

    Le klystron ou le magnétron sera donc alimenté par une source de haute-tension pulsée, générée par le modulateur.

    • Le modulateur :
    Son rôle, comme nous l’avons vu plus haut, sera d’alimenter le klystron ou le magnétron en très haute tension durant quelques micro-secondes toutes les 5 à 6 milli-secondes.
    Celui-ci fonctionne suivant le principe d’une charge et décharge d’un ensemble de capacité et de self appelé réseau PFN.
    Voici le schéma de principe simplifié d’un modulateur:

    L’alimentation haute tension va fournir 20KV environ en continu à partir du secteur.
    La tétrode est un tube à vide, une fois polarisée, celle-ci va se comporter comme un interrupteur commandé. Il aura pour but de charger le réseau PFN à un instant t.
    La « charging choke » est une self qui va emmagasiner une certaine énergie lorsqu’un courant la traversera.
    Le réseau PFN constitué de condensateurs et de selfs va stocker l’energie.
    Le thyratron est aussi un tube à vide, joue aussi le rôle d’un interrupteur commandé mais plus rapide que la tétrode. Il sera utilisé ici dans le but de décharger le réseau PFN
    Le modulateur ainsi créé va fonctionner comme un réservoir qui emmagasine l’énergie, que l’on vient ouvrir subitement. Une tension de 20KV à l’entrée du transformateur haute tension sera ainsi générée soit 130 à 160KV en sortie de celui-ci.
    Nous obtenons donc le schéma de principe suivant :

    [
    (3)
    Accélérateur Varian Clinac

    (4)
    Accélérateur Elekta

    • La sélection d’énergie :
    Le but est d’obtenir un faisceau le plus homogène possible pour l’énergie sélectionnée souhaitée.
    La déviation à 270° va sélectionner et filtrer l’énergie grâce à un électro-aimant dont les pôles vont se situer de chaque côté de celle-ci. L’ampérage circulant dans les bobines va fixer l’énergie souhaitée et focaliser le faisceau en sortie.
    • Le faisceau de sortie :
    Le faisceau électronique doit subir quelques transformations afin de répondre aux exigences de traitement en radiothérapie.
    Il doit être symétrique et homogène.
    On distingue les deux modes de fonctionnement :
  6. Le mode photons :

    Une cible en tungstène est placée sous le faisceau primaire, les électrons la frappant vont créer un rayonnement photon.
    Un cône égalisateur va permettre de rendre le faisceau homogène.
    Une chambre d’ionisation contrôle le débit, l’homogénéité et la symétrie du faisceau de sortie.
  7. Le mode électrons :

    Dans le mode électrons, il n’y a plus de cible, le cône égalisateur est remplacé par des diffuseurs : ce sont en fait des éléments constitués d’une fine couche métallique.
    On obtient donc le schéma suivant :

    Les machines modernes sont de plus en plus équipées de collimateurs multilames appelés MLC (M.L.C. : multileaf collimator).

    (5)
    Collimateur multilames Millenium Varian
    Pour plus d’informations:
    Le site de Jack sur la radiothérapie: http://radiotherapie.free.fr
    Les liens des principaux constructeurs:
    Siemens: http://www.medical.siemens.com
    Varian: http://www.varian.com
    Elekta: http://www.elekta.com
    Bibliographie:
    Livre technique sur les accélérateurs Mévatron (Siemens)

Livre technique sur l’accélérateur Clinac (Varian) [/center]
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