PRAE
LE PROJET :
L'installation PRAE, en cours de construction sur le campus d'Orsay, est une plateforme pluridisciplinaire basée sur un accélérateur linéaire haute performance de nouvelle génération délivrant un faisceau d'électrons pulsé dans la gamme d'énergie 30-70 MeV, évolutif jusqu'à 140 MeV. Ce projet est le fruit de l'expertise complémentaire de plusieurs communautés de recherche scientifique locales impliquées dans la radiobiologie, la physique subatomique, l'instrumentation et les technologies des accélérateurs de particules. La gamme d'énergie des électrons de 50 MeV à 140 MeV sert à l'étude de la faisabilité et de la radiobiologie de traitements de radiothérapie moins destructeurs reposant sur des techniques novatrices.
Dans le domaine de la physique subatomique, l'expérience ProRad étudie la diffusion élastique électron-proton pour mesurer avec précision le facteur de forme électrique du proton dans une gamme inexplorée de quatre moments carrés ultra-faibles. En outre, une plateforme d'instrumentation entièrement équipée fournie les outils nécessaires au développement d'une nouvelle génération de détecteurs utilisés dans de nombreux domaines de recherche (imagerie médicale, physique subatomique et des particules, technologie spatiale et astrophysique). Avec un premier faisceau prévu pour 2021, l'installation PRAE représentera une plateforme unique disponible pour les communautés académiques et non académiques ainsi que pour le développement de programmes de sensibilisation destinés aux étudiants.
LA TECHNOLOGIE DES ACCÉLÉRATEURS :
L'accélérateur PRAE est un accélérateur d'électrons de haute performance composé d'un photoinjecteur, d'une section d'accélération suivie d'une dérive de 3,5 m, qui accueillera une deuxième structure d'accélération dans une deuxième phase. La ligne de faisceau principale se sépare ensuite en lignes directe et déviée. La ligne directe comprend un système de compression d'énergie couplé à une structure de déchirure pour réduire la dispersion de l'énergie du faisceau aux quelques 10-4 nécessaires au fonctionnement de ProRad. La ligne déviée comprend plusieurs éléments magnétiques pour faire face aux différents scénarii de faisceaux : focalisation des électrons, grille de mini-faisceaux.
LA RADIOBIOLOGIE :
La radiothérapie (RT) est l'une des principales techniques de traitement du cancer visant à délivrer une dose de rayonnement suffisamment élevée à la tumeur afin de contrôler la progression du cancer, sans causer de complications graves aux organes sains environnants. Cependant, malgré les énormes progrès réalisés, certains cancers radiorésistants ne peuvent être guéris, principalement en raison de la dose limitée qui peut être tolérée par les tissus normaux. La thérapie par faisceau d'ions légers est une avancée majeure de ces dernières décennies pour l'amélioration de l'efficacité du traitement mais son coût élevé et sa taille limitent le nombre de patients pouvant en bénéficier. Une autre approche visant à élargir la fenêtre thérapeutique pour le traitement du cancer consiste à protéger les tissus normaux en utilisant le concept de radiothérapie fractionnée dans l'espace (SFR). Cette méthode s'est avérée sûre et efficace pour délivrer des doses cumulatives importantes sans causer de dommages graves aux tissus sains, notamment avec la technique d'irradiation GRID (faisceaux collimatés de taille centimétrique).
La combinaison de la VHEE (électrons de très haute énergie) avec les avantages de la thérapie GRID a été récemment proposée. En faisant varier les paramètres physiques tels que l'énergie du faisceau, la taille et l'espacement des grilles, il est possible de favoriser l'exposition de la tumeur en délivrant une dose quasi-homogène dans la tumeur, ou d'améliorer la tolérance des tissus normaux en élargissant la zone de dose fractionnée. Le premier objectif du projet de radiobiologie PRAE est de mettre en œuvre cette approche totalement innovante sur la ligne de faisceau dévié afin d'évaluer son bénéfice thérapeutique. La haute performance du faisceau est un point clé de la réussite de cette investigation qui nécessite des tailles de faisceau sub-millimétriques, une faible divergence du faisceau, des énergies élevées, une grande stabilité et reproductibilité.
L'EXPÉRIENCE PRORAD :
L'expérience ProRad (Proton Radius) est conçue pour fournir des mesures précises du rapport des sections efficaces entre les diffusions élastiques et les diffusions d'électrons de Møller. L'installation suit des considérations simples et robustes pour l'identification, la position et les mesures d'énergie des particules dans un environnement non magnétique à des énergies bien inférieures au seuil de production des pions. La chambre de réaction abrite une cible constituée d'un jet d'hydrogène solide de 15 m de diamètre, une enceinte à vide de 2 m de long est fermée par un bouchon qui supporte les éléments du détecteur. Ils consistent en 28 cellules élémentaires organisées symétriquement autour du faisceau et situées à différents angles de diffusion. La cellule élémentaire est composée de deux couches de fines bandes de scintillateur suivies d'un cristal BGO cylindrique. L'hodoscope à scintillateurs agit à la fois comme un discriminateur de particules neutres, un marqueur de particules chargées et un détecteur de position qui définit l'angle de diffusion des électrons. Dans l'ensemble, ProRad représente un défi expérimental à la frontière de la précision.
VALORISATION :
Le projet PRAE s'est malheureusement arrêté avant d'avoir pu mener à bien ces objectifs.
