Moniteur de Faisceau en Diamant pour la Thérapie FLASH // Diamond Beam Monitor for FLASH Therapy

L'optimisation de la dose délivrée à la tumeur nécessite des techniques de traitement avancées. Une approche prometteuse consiste à délivrer la dose en utilisant l'irradiation à très haut débit de dose (Ultra High Dose Rate – UHDR ou radiothérapie FLASH), avec l'optimisation temporelle comme stratégie clé. Des études récentes ont mis en évidence l'efficacité de l'irradiation FLASH utilisant des électrons, montrant des capacités de destructions tumorales similaires à celles obtenues avec une irradiation conventionnelle mais avec un impact réduit sur les tissus sains. Pour exploiter pleinement ce potentiel, une nouvelle approche consistera à utiliser des faisceaux innovants, tels que les faisceaux d'électrons de haute énergie et à hauts débits de dose instantanés et présentant des doses par impulsion plusieurs ordres de grandeur supérieurs à ceux produits par les sources d’irradiation conventionnelles. Ces faisceaux prometteurs présentent un défi majeur pour leur monitoring et mesure, principalement en raison du débit de dose élevé pour lequel les systèmes de mesure actuels ne sont pas prévus de fonctionner.
Le Laboratoire de Capteurs et Instrumentation pour la Mesure (CEA-List) collaborera avec l'Institut Curie dans le cadre du projet FRATHEA. Nous proposons de développer un nouveau moniteur faisceau à base de diamant, connecté à une électronique dédiée, afin d'obtenir des mesures précises de la dose et de la forme des faisceaux pour des faisceaux d'électrons et de protons à haute énergie et haut débit de dose. Des techniques expérimentales interdisciplinaires, incluant la croissance de diamants, la microfabrication de dispositifs, la caractérisation des dispositifs sous sources radioactives et la caractérisation finale avec des faisceaux d'électrons et protons, seront utilisées pour le prototypage et l'évaluation du moniteur à faisceau en diamant.
Dans le cadre du projet FRATHEA, le doctorant travaillera sur les tâches suivantes :
· Croissance de structures de diamants monocristallin (scCVD) optimisées
· Caractérisation des propriétés électroniques des matériaux de diamant synthétisés
· Estimation des caractéristiques de réponse à la dose d'un prototype simplifié (brique élémentaire)
· Fabrication d'un moniteur de faisceau pixelisé
· Participation aux temps de faisceaux à l'Institut Curie pour les tests des dispositifs avec des faisceaux pré-cliniques
Compétences requises :
· Solide base en physique des semi-conducteurs et instrumentation
· Connaissance des détecteurs de rayonnement et des interactions rayonnement-matière
· Capacité à travailler efficacement en équipe et à faire preuve de rigueur technique dans les mesures
Compétences supplémentaires :
· Connaissances en électronique, y compris le traitement du signal, les amplificateurs, les oscilloscopes, etc.
· Familiarité avec la fabrication de dispositifs
· Expérience antérieure de travail avec des matériaux en diamant (atout mais pas obligatoire)
Profil :
· Niveau Master (M2) ou école d'ingénieur, spécialisation en mesures physiques ou instrumentation
Durée du doctorat : 3 ans
Date de début : Dernier semestre de 2025
Contact :

Michal Pomorski : michal.pomorski@cea.fr
Guillaume Boissonnat: guillaume.boissonnat@cea.fr
m.

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Optimizing tumor dose delivery requires advanced treatment techniques. One promising approach focuses on refining beam delivery through ultra-high dose rate irradiation (UHDR), with temporal optimization being a key strategy. Recent studies highlight the effectiveness of FLASH irradiation using electrons, demonstrating similar tumor inhibition capabilities as gamma rays but with reduced damage to healthy tissue. To fully harness this potential, we are exploring innovative beams, such as high energy electron beams, which offer instantaneous dose rates and per-pulse doses many times higher than those produced by conventional radiation sources. However, accurately monitoring and measuring these beams remains a significant challenge, primarily due to the high dose rate.
The Sensors and Instrumentation Laboratory (CEA-List) will collaborate with the Institut Curie as part of the FRATHEA project. We propose the development of a novel diamond-based monitor, connected to associated electronics, to achieve precise measurements of dose and beam shape for high-rate electron and proton beams. Interdisciplinary experimental techniques, including diamond growth, device microfabrication, device characterization under radioactive sources, and final evaluation with electron beam, will be used for prototyping and testing the diamond beam monitor.
As part of the FRATHEA project, the PhD student will work on the following tasks:
• Growth of optimized single-crystal chemical vapor-deposited (scCVD) diamond structures
• Characterization of the electronic properties of the synthesized diamond materials
• Estimation of the dose response characteristics of a simplified prototypes
• Fabrication of a pixelated beam monitor
• Participation in beam times at the Institut Curie (an other institutes) for devices testing in clinical beams
Required Skills:
• Strong background in semiconductor physics and instrumentation
• Knowledge of radiation detectors and radiation-matter interactions
• Ability to work effectively in a team and demonstrate technical rigor in measurements
Additional Skills:
• Knowledge of electronics, including signal processing, amplifiers, oscilloscopes, etc.
• Familiarity with device fabrication and microelectronics
• Previous experience working with diamond materials
Profile:
• Master's level (M2) or engineering school, with a specialization in physical measurements
• Adherence to radiation protection regulations (category B classification required)
PhD Duration: 3 years
Start Date: Last semester of 2025
Contact:

Michal Pomorski : michal.pomorski@cea.fr
Guillaume Boissonnat: guillaume.boissonnat@cea.fr

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Pôle fr : Direction de la Recherche Technologique
Pôle en : Technological Research
Département : Département d’Instrumentation Numérique
Service : Service Instrumentation et Métrologie des Rayonnements Ionisants
Laboratoire : Laboratoire Capteurs et Instrumentation pour la Mesure
Date de début souhaitée : 01-09-2025
Ecole doctorale : PHENIICS (PHENIICS)
Directeur de thèse : TROMSON Dominique
Organisme : CEA
Laboratoire : DRT/DIN/SIMRI/LCIM
URL : https://www.linkedin.com/in/michal-pomorski-0221b340/
URL : https://list.cea.fr/
URL : https://www.cea.fr/presse/Pages/actualites-communiques/sante-sciences-du-vivant/FRATHEA-radiotherapie-flash-institut-curie.aspx

Public/private mixed funding

Pôle fr : Direction de la Recherche Technologique
Pôle en : Technological Research
Département : Département d’Instrumentation Numérique
Service : Service Instrumentation et Métrologie des Rayonnements Ionisants

• Niveau Master (M2) ou école d'ingénieur, spécialisation en mesures physiques ou instrumentation