Microfaisceau d’ions pour la radiobiologie : simulations d’irradiations et développement pour les ions plus lourds que l’hélium sur l’installation MIRCOM
Laboratoire d'accueil : Laboratoire de micro-irradiation, de métrologie et de dosimétrie des neutrons (LMDN)
Date de début de thèse : octobre 2019
Nom du doctorant : Kévin LALANNE
Dans le cadre de ses missions, l'IRSN mène des recherches visant à mieux identifier et prévenir les effets secondaires résultant de l'utilisation des rayonnements ionisants, notamment à des fins thérapeutiques. L'un des principaux challenges dans ce domaine est de faire le lien entre des grandeurs physiques, souvent macroscopiques, à des phénomènes biologiques observés à l'échelle tissulaire, cellulaire, voire même subcellulaire. À cause de cette différence d'échelles et de la variabilité inhérente à tout modèle biologique, il est difficile de construire une relation simple entre la dose de rayonnements ionisants absorbée et les effets biologiques observés, d'autant plus à faible dose. Comment et quels outils utiliser pour établir cette relation dose-effet ? Comment lier des grandeurs physiques macroscopiques à des effets biologiques microscopiques, in vitro et in vivo, aux échelles cellulaire et multicellulaire ? En complément des outils à sa disposition, l'IRSN a identifié le besoin de s'équiper d'un outil pour étudier les dommages ADN radio-induits à l'échelle cellulaire et les mécanismes de communication intra- et intercellulaires associés. Il s'est ainsi doté de l'installation MIRCOM permettant de produire et d'exploiter un microfaisceau d'ions.
Cette thèse s'articulera suivant deux axes principaux. Le premier axe est du domaine de la modélisation. L'objectif sera de modéliser l'ensemble du microfaisceau d'ions, afin de pouvoir simuler l'intégralité d'une irradiation d'échantillons biologiques vivants sur MIRCOM. Le modèle développé deviendra un outil de référence, au service des radiobiologistes, permettant de définir au mieux les mécanismes physiques à l'origine des événements biologiques observés. Ce travail sera mené en utilisant le code Monte-Carlo Geant4. Différentes campagnes expérimentales seront menées sur MIRCOM, pour comparer les données obtenues par la simulation aux résultats obtenus par l'irradiation de détecteurs de traces et d'échantillons biologiques. Le deuxième axe de cette thèse relève du domaine instrumental. Si le microfaisceau d'ions de MIRCOM est d'ores et déjà opérationnel avec des faisceaux de protons jusqu'à 4 MeV ou de particules alpha jusqu'à 6 MeV, il est également possible d'utiliser des ions plus lourds que l'hélium. Le travail consistera dans un premier temps à étudier les caractéristiques et les performances de microfaisceaux d'ions B, C, O, puis d'étudier les possibilités d'étendre la palette d'ions disponibles, en fonction des capacités de l'instrumentation et de l'intérêt scientifique de nouveaux ions pour les expériences de radiobiologie.