Projet ETOILE Diffusion passive optique - Irfu

CEA DAPNIA-02-475
Projet ETOILE
Diffusion passive optique
F. Méot
DSM/DAPNIA/SACM
CEA/SACLAY, F-91191 GIF-SUR-YVETTE
([email protected])
Nov. 2002
Résumé
On décrit le moyen de former à la cible d’une installation de hadronthérapie du type
ETOILE, un faisceau d’ions de section transverse rectangulaire, de divergence faible conforme
à l’utilisation médicale, et de densité surfacique quasi-uniforme.
Report CEA DAPNIA-02-475
Contribution au rapport d’APS - LYCEN 2002-01 (UCB
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Lyon 1) / DAPNIA-02-06 (CEA)
CEA DAPNIA-02-475
2
Diffusion passive optique
Il est possible au moyen de lentilles optiques non-linéaires de former un faisceau d’ions de
section transverse rectangulaire, de divergence conforme au cahier des charges d’ETOILE, et de
densité surfacique quasi-uniforme. Les caractéristiques ainsi obtenues sont très proches de celles
atteintes par les moyens conventionnels basés sur l’utilisation de matériaux diffuseurs. Les bords
sont plus francs ce qui minimise la contribution à la pénombre latérale, la dispersion en énergie
n’est pas perturbée puisqu’aucun matériau n’intercepte le faisecau, elle est donc celle du faisceau issu du synchrotron soit ½½ ½¼ ¿ , ce qui évite toute contribution additionnelle à la
pénombre distale. Ce type d’optique a été proposé pour l’installation de protonthérapie basée sur
cyclotron de IUCF [1], des expérimentations à GANIL en vue du projet ETOILE sont aussi en
projet [2].
La lentille non-linéaire utilisée est un octupôle, avec éventuellement des composantes additionnelles d’ordres impairs supérieurs (dodécapôle et plus) pour améliorer l’uniformisation de la
densité [3]. Une lentille par plan est nécessaire - il est possible aussi d’uniformiser dans une seule
des directions transverse au moyen d’une unique lentille.
Les Figs. 1, 2 montrent le schéma de principe de ce type d’optique ainsi que la distribution
typique qui en résulte. L’insertion d’une telle optique dans les lignes de desserte des salles de
traitement décrites par ailleurs [4] devrait pouvoir s’envisager sans difficulté particulière. Les dimensions de l’empreinte uniformisée (Fig. 2) sont arbitraires et peuvent être modulées à loisir,
éventuellement de façon dynamique [5], en jouant sur les dimensions d’image au moyen des quadrupôles de focalisation aval, et sur l’uniformité au moyen des lentilles non-linéaires.
Références
[1] Design of a beam transport system for a proton radiation therapy facility, W. P. Jones and G. P. A. Berg,
IUCF, Proc. 99 PAC conference, N.Y. (1999) 2519-2521.
[2] Adaptation d’un systéme d’uniformisation de faisceau dans la ligne G4 de GANIL, M. Bajard et als.,
rapport ETOILE en publication (2003).
[3] Principles of the non-linear tuning of beam expanders, F. Méot and T. Aniel, NIM A 379 (1996)
196-205.
[4] Projet de hadronthérapie à Lyon, lignes de faisceau, B. Launé, F. Méot, A. Tkatchenko, rapport CEA
DSM DAPNIA/SEA-01-10 et CNRS IN2P3 IPNO-01-07 (July 2001).
[5] Balayage rectangulaire uniformisé dynamiquement ajustable, application en hadronthérapie, F. Méot,
rapport CEA DAPNIA-03-97 (2003).
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CEA DAPNIA-02-475
X-lab
(m)
vs.
S-lab
(m)
Z-lab
0.2
(m)
vs.
S-lab
(m)
0.2
OV
OH
0.1
0.1
0.0
0.0
-.1
-.1
-.2
-.2
0
~10 m
0
~10 m
F IG . 1 – Optique d’uniformisation et traces de faisceau horizontale (à gauche) et verticale (à droite). OH
et OV sont les lentilles non-linéaires d’uniformisation respectivement horizontale et verticale. Les autres
rectangles figurent des quadrupôles de focalistion.
0.2
Z
(m)
vs.
X
(m)
0.2
0.1
0.0
-.1
-.2
-.2
-.1
0.0
0.1
0.2
F IG . 2 – Empreinte transverse du faisceau au droit du patient, en présence d’octupôles dans la ligne optique.
Remarque : le faisceau considéré est monochromatique, la prise en compte de réalité les pics latéraux.
½½ ½¼
¿
amortit en