Dans l'analyse des émetteurs alpha et beta dans l'eau par scintillation liquide, la problématique de la discrimination des rayonnements se pose afin d'atteindre les limites de détection souhaitées. Dans le cas rare ou les énergies permettent une discrimination, nous avons mis en place un protocole d'analyse simultanée tritium/alpha sur des frottis. A l'aide d'une méthode a trois fenêtres il permet d'atteindre les limites de détection de 0,4 Bq/cm2 en tritium et de 0,04 Bq/cm2 en alpha.De façon générale, aucune distinction entre les spectres n'est possible et un ajustement du fond sous le pic alpha ne permet pas d'atteindre les limites de détection définies par les normes. Cependant le processus physique de scintillation permet une distinction des rayonnements, phénomène utilise par certains appareils, ceux-ci proposent donc le réglage par l'utilisateur d'un paramètre discriminant seuil. Nous avons développé un protocole de réglage permettant de reconstituer les spectres alpha et beta discrimines au mieux, rendant accessible une limite de détection de 0,03 Bq/L en alpha.Nous avons par ailleurs développé une approche innovante utilisant un détecteur en coïncidence dont les photomultiplicateurs sont connectes directement a une carte numérique d'acquisition. Chaque impulsion numérisée est ensuite traitée selon plusieurs critères simultanément, à la place des deux habituels. Aucun ne permet a lui seul d'obtenir une discrimination selon un seuil unique, mais la distribution des évènements dans chaque spectre est différente : un fenêtrage des évènements alpha permet d'atteindre une limite de détection de 0,2 Bq/L, quatre fois moindre que par une discrimination en énergie seule.

Cancer is the leading cause of death in Canada. Many cancer treatments are using chemotherapy, surgery and radiotherapy. In radiotherapy, photons are the most used ionizing radiation, however alpha particles have higher radiobiological impact which increases the efficiency of patient treatment delivery. Alpha Tau Medical Ltd. (Tel Aviv, Israël) has developed a new brachytherapy method using radioactive seeds. The seeds called DaRT, for Diffusing alpha emitters Radiation Therapy, are composed of 224-Ra atoms which come from 228-Th generator. Currently, these seeds are characterized by an alpha-spectrometer and Geiger-Muller counter or well chamber for quality control. This project offers a new characterization of DaRT seeds using liquid scintillation. Liquid scintillation allows alpha and beta particles detection with the help of liquid cocktail and employing a scintillation counter. The characterization with liquid scintillation allows establishing and quantifying 228-Th trace contamination on the DaRT seeds. Also, it provides a method for seed quality control before they are used on patients by estimating their activity from spectrums established with the liquid scintillation counter. The spectrums obtained also give the possibility of dose estimation using either mass or mass stopping power in water. The results of the dose are compared to expected values from the literature and to simulations. / Le cancer est la première cause de mortalité au Canada. De nombreuses techniques de traitement du cancer existent utilisant la chimiothérapie, la chirurgie et la radiothérapie. En radiothérapie, les photons sont les rayonnements ionisants les plus fréquemment utilisés, cependant les particules alpha présentent des propriétés radiobiologiques intéressantes augmentant l'efficacité des résultats du traitement prodigué au patient. Une nouvelle technique de curiethérapie ayant recourt à des grains a été développée par Alpha Tau Medical Ltd.(Tel Aviv, Israël). Pour ce faire les grains appelés DaRT, pour Radiothérapie par émetteurs-alpha diffusant, sont constitués d'atomes 224-Ra issu d'un processus de fabrication à l'aide d'un générateur de 228-Th. Ces grains sont actuellement caractérisés par spectromètre-alpha et compteur Geiger-Muller ou chambre à puit dans le cas du contrôle de qualité. Ce projet vise à proposer une nouvelle caractérisation des grains DaRT en recourant à la scintillation liquide. La scintillation liquide permet la détection des particules alpha et beta à l'aide de liquide scintillant et d'un compteur de scintillation. La caractérisation des grains avec la scintillation liquide permet d'établir et de quantifier la présence de trace de contamination de 228-Th. Cette technique de mesure de la radioactivité donne aussi la possibilité de réaliser le contrôle de qualité des grains avant son utilisation sur les patients en évaluant l'activité de ces derniers à partir des spectres obtenus par le compteur de scintillation liquide. Les spectres obtenus offrent la réalisation d'une estimation de la dose soit par la masse soit par le pouvoir d'arrêt massique des alpha dans l'eau. Les résultats de la dose sont comparés à des valeurs attendues de la littérature et de simulation.

Dans l’analyse des émetteurs alpha et beta dans l’eau par scintillation liquide, la problématique de la discrimination des rayonnements se pose afin d’atteindre les limites de détection souhaitées. Dans le cas rare ou les énergies permettent une discrimination, nous avons mis en place un protocole d’analyse simultanée tritium/alpha sur des frottis. A l’aide d’une méthode a trois fenêtres il permet d’atteindre les limites de détection de 0,4 Bq/cm2 en tritium et de 0,04 Bq/cm2 en alpha.De façon générale, aucune distinction entre les spectres n’est possible et un ajustement du fond sous le pic alpha ne permet pas d’atteindre les limites de détection définies par les normes. Cependant le processus physique de scintillation permet une distinction des rayonnements, phénomène utilise par certains appareils, ceux-ci proposent donc le réglage par l’utilisateur d’un paramètre discriminant seuil. Nous avons développé un protocole de réglage permettant de reconstituer les spectres alpha et beta discrimines au mieux, rendant accessible une limite de détection de 0,03 Bq/L en alpha.Nous avons par ailleurs développé une approche innovante utilisant un détecteur en coïncidence dont les photomultiplicateurs sont connectes directement a une carte numérique d’acquisition. Chaque impulsion numérisée est ensuite traitée selon plusieurs critères simultanément, à la place des deux habituels. Aucun ne permet a lui seul d’obtenir une discrimination selon un seuil unique, mais la distribution des évènements dans chaque spectre est différente : un fenêtrage des évènements alpha permet d’atteindre une limite de détection de 0,2 Bq/L, quatre fois moindre que par une discrimination en énergie seule. / Analysis of water for alpha and beta emitters by liquid scintillation suffers from poor discrimination between the emissions and prevents reaching the lowest detection limits. In the rare cases where well separated energies permit discrimination, we can use a three-window protocol for simultaneous analysis of tritium and alphas of swipes that yields detection limits of 0.4 Bq/cm2 for tritium and 0.04 Bq/cm2 for alphas. In the general case, no distinction between the two radiations is possible. An adjustment of the background under the alpha peak does not allow reaching detection limits defined by the norms. However the physical process of scintillation offers users of certain models of apparatus to adjust a discrimination threshold that will separate the emissions. We have developed a protocol that reconstitutes spectra using independent settings that gives a detection limit for alphas of 0.03 Bq/L. We have also developed an innovative approach using a scintillation counter with its photomultipliers plugged directly into a fast analog-to-digital acquisition converter. Then each digitized pulse is simultaneously processed according to several criteria, instead of the usual two. No impulsion can be discriminated on the basis of a single threshold but the distribution of events in each spectrum is different: a window setting on the alphas permits attaining a detection limit of 0.2 Bq/L for alphas, four times lower than with a selection on energy alone.

La mesure de la radioactivité dans les filtres utilisés pour la surveillance de l’aérocontamination de l’air présente une difficulté métrologique majeure. En effet, l’absorption des rayonnements a dans le médium filtrant et la masse d’aérosols accumulés biaisent la réponse nucléaire. Ce travail de thèse porte sur la détermination de facteurs de correction de la dégradation de la radioactivité mesurée dans les filtres de surveillance. Dans un premier temps, des filtres radioactifs représentatifs des prélèvements atmosphériques ont été préparés à l’aide du banc d’essais nucléaire ICARE. L’étude expérimentale sur les filtres de référence a permis d’avoir une base de données pout la détermination des facteurs de correction dans diverses conditions de filtration. Dans un second temps, ce travail a conduit une nouvelle méthode numérique mise au point pour déterminer les facteurs de correction. Il s’agit de coupler des simulations de filtration des particules d’aérosol à l’aide de GeoDict, permettant de calculer des écoulements dans les milieux poreux et des simulations de parcours de particules a dans la matière à l’aide de MCNPX. Le bon accord obtenu, en comparant les réponses des spectres en énergie et des facteurs de correction numériques et expérimentaux, a permis de valider le modèle numérique / The measurement of radioactivity in the filters of airborne radioactive surveillance is a major difficulty metrology. Indeed, the absorption of a radiation in the filter media and the mass of aerosols accumulated distort the nuclear counters response. This thesis work focuses on the determination of correction factors for the radioactivity loss in the survey filters. In a first step, radioactive filters representing the atmospheric samples have been prepared using the nuclear test bench ICARE. The experimental study on reference filters provided a database to determine correction factors for various filtration conditions. The second step of the work proposed a new numerical method developed to determine the correction factors. It consists of coupling GeoDict for particles filtration simulations and MCNPX simulations for a transport in matter. The good agreement obtained by comparing the numerical and experimental correction factors has permitted to validate the numerical model

Les cellules cancéreuses se multiplient de manière incontrôlée, se propagent dans le corps et constituent une menace significative à la santé publique, mettant en évidence la nécessité de traitements universels. Parmi les modalités thérapeutiques complémentaires, la radiothérapie est une des plus couramment utilisée pour éliminer ces cellules. L’introduction récente de la Radiothérapie par Émetteurs Alpha Diffusants (Alpha DaRT), une thérapie innovante contre le cancer, utilise des sources radioactives contenant des atomes de Ra-224 pour améliorer l'efficacité du traitement en exploitant les propriétés radiobiologiques des particules alpha. L'objectif de cette étude est de caractériser le spectre énergétique d’une source Alpha DaRT en distinguant les particules alpha et bêta, et d'évaluer les activités du Ra-224 et de ses descendants à l’aide d’un compteur à scintillation liquide moderne. Grâce à l'utilisation du compteur à scintillation liquide Hidex 600 SLe, équipé de trois PMT, et de la séparation alpha/bêta 2D/3D, il est possible de déterminer les activités absolues des radionucléides. La séparation alpha/bêta 2D/3D surmonte les limitations des études précédentes et offre une représentation visuelle unique des spectres, améliorant ainsi la caractérisation des sources Alpha DaRT. Le suivi sur plusieurs mois d’une source Alpha DaRT, avec la décroissance progressive de son activité, et la mesure par scintillation liquide de son facteur d’efficacité en excluant les traces de contamination au Th-228, supportent la faisabilité d’utiliser cette méthode de mesure sur une longue période. Pour ce faire, le compte des particules alpha et bêta a été séparés par le compteur et classifié en fonction de l’énergie émise des particules. Un programme maison en Python a été développé pour extraire les activités de chaque fille dans la chaîne de désintégration du Ra-224. Un résultat intéressant est qu’en raison de la décroissance rapide (demi-vie de 0,3 μs) du Po-212 (une descendante du Ra-224), une partie de l'activité alpha totale n’est pas mesurée par le compteur. Ce phénomène doit être pris en compte lors de l'évaluation des efficacités de la scintillation liquide pour les mesures quantitatives des sources Alpha DaRT. Les résultats ont ensuite été comparés à aux valeurs attendues de la littérature et des calculs numériques. / Cancer cells multiply uncontrollably, spread throughout the body, and pose a significant public health threat, requiring the need for universal treatments. Among the complementary therapeutic modalities, radiotherapy is one of the most commonly used to eliminate these cells. The recent introduction of Alpha DaRT (Diffusing Alpha-emitters Radiation Therapy), an innovative cancer therapy, involves the use of radioactive sources containing Ra-224 atoms to enhance treatment efficacy by exploiting the radiobiological properties of alpha particles. The aim of this study is to characterize an Alpha DaRT source by distinguishing alpha and beta particles, and to evaluate the activities of Ra-224 and its descendants using a modern liquid scintillation counter. With the use of the Hidex 600 SLe liquid scintillation counter, equipped with three PMTs, and the 2D/3D alpha/beta separation method, it is possible to determine the absolute activities of the radionuclides. The 2D/3D alpha/beta separation method overcomes the limitations of previous studies and provides a unique visual representation of spectra, thereby improving the characterization of Alpha DaRT sources. Monitoring an Alpha DaRT source over several months, with its progressively decaying activity, and measuring its efficiency excluding traces of Th-228 contamination, confirm the feasibility of using this method of measurement over a long period. Counts from alpha and beta particles were separated by the counter and binned according to their emitted energies. An in-house Python program was developed to extract the activities of each daughter in the Ra-224 decay chain. An interesting finding is due to the fast (0.3 μs half-life) decay of Po-212 (Ra-224 daughter), part of the alpha activity is missed by the counter. This phenomenon should be considered when assessing the efficiency of liquid scintillation for quantitative measurements of Alpha DaRT sources. These results were then compared to expected values from literature and numerical calculations.