Dosimètre à base de scintillateur plastique rapide pour la mesure en ligne des faisceaux en radiothérapie FLASH
Les nouvelles modalités de traitement du cancer ont pour but l’amélioration de la dose délivrée à la tumeur tout en épargnant au mieux les tissus sains. Différentes approches sont en cours de développement dont l’optimisation temporelle de la dose délivrée avec l’irradiation à très haut débit de dose (FLASH).
Dans ce cas particulier, des études récentes ont montré que l’irradiation FLASH avec des électrons était aussi efficace que les traitements en faisceaux de photons pour la destruction des tumeurs tout en étant moins nocive pour les tissus sains. Pour ces faisceaux, les doses instantanées sont jusqu’à plusieurs ordres de grandeur supérieures à celles produites par les faisceaux conventionnels. Les dosimètres actifs usuels saturent dans ces conditions d’irradiation à très haut débit de dose par impulsion et, par conséquent, la dosimétrie en ligne du faisceau n’est pas possible.
Nous proposons de développer un dosimètre dédié à la mesure des faisceaux en radiothérapie FLASH, basé sur un scintillateur plastique ultra-rapide couplé à un capteur photomultiplicateur en silicium (SiPM). La nouveauté du projet réside à la fois dans la composition chimique du scintillateur plastique, qui sera choisie pour son temps de réponse et son émission en longueur d’onde pour avoir une réponse adaptée aux caractéristiques impulsionnelles du faisceau, et dans le capteur final, avec la possibilité de coupler le scintillateur plastique à une matrice de SiPM miniaturisée.
Le but final est de pouvoir accéder, avec une méthodologie fiable, à la dosimétrie et à la géométrie en ligne des faisceaux FLASH.
Mesure de nématiques cellulaires actifs par microscopie sans lentille
Au CEA-Leti, nous avons validé une plateforme de vidéo-microscopie sans lentille vidéo en enregistrant des milliers d’heures de cultures cellulaires. Et nous avons développé différents algorithmes pour étudier les fonctions cellulaires majeures, à savoir l’adhésion, la motilité, la division cellulaire et la mort cellulaire.
Le projet de recherche du post-doc est d’étendre l’analyse des ensembles de données produites par la microscopie vidéo sans lentille. Le post-doc assistera notre partenaire dans la conduite des expérimentations et développera les algorithmes nécessaires pour reconstruire les images de la culture cellulaire dans différentes conditions. En particulier, les algorithmes de reconstruction holographique devront être à même de quantifier sur des échantillons cellulaires la différence de chemin optique (c’est-à-dire l’indice de réfraction multiplié par l’épaisseur). Les algorithmes existants permettent de quantifier les cellules isolées. Ils seront développés et évalués pour quantifier la formation de l’empilement cellulaire dans les trois dimensions. Ces algorithmes n’auront aucune capacité de sectionnement en Z comme par exemple la microscopie confocale, seule l’épaisseur du chemin optique sera mesurée
Nous recherchons des personnes ayant obtenu un doctorat en traitement d’images et / ou en deep learning avec des compétences dans le domaine de la microscopie appliquée à la biologie.
Optimisation d’un réseau de magnétomètres à pompage optique pour l’imagerie médicale
Notre laboratoire travaille sur des magnétomètres à pompage optique (OPM) basés sur des atomes métastables d’hélium-4. Notre principale réalisation au cours des dernières années a été la conception et la qualification spatiale des OPM les plus avancés disponibles pour l’exploration spatiale, lancés dans le cadre de la mission Swarm de l’ESA [1].
Avec cette même espèce, nous avons développé des OPM pour l’imagerie médicale du cerveau (MEG) et du cœur (MCG), qui présentent l’avantage de fonctionner à température ambiante. Le développement de ces techniques d’imagerie est une opportunité pour mieux comprendre et diagnostiquer des pathologies telles que l’épilepsie, la maladie d’Alzheimer ou l’arythmie.
Il y a quelques années, nous avons effectué des mesures de validation de principe avec des versions primitives de nos capteurs [2,3]. Après avoir acquis une meilleure compréhension de la physique de nos capteurs [4], nous développons actuellement des réseaux d’OPM et collaborons avec plusieurs équipes cliniques afin de les tester.
Le candidat devra contribuer au développement de réseaux d’OPM. Il s’agit principalement de travaux expérimentaux visant à tester et à améliorer les prototypes actuels de réseaux OPM médicaux : diminuer le bruit intrinsèque du capteur et d’identifier le meilleur moyen de construire des architectures robustes et reproductibles de réseaux d’OPM de plusieurs dizaines ou centaines de capteurs.
Ce travail sera réalisé au sein d’une équipe multidisciplinaire, composée de chercheurs, d’ingénieurs expérimentés, ainsi que de doctorants et post-doctorants, spécialisés dans les domaines de l’optique, des lasers, du magnétisme et de l’électronique. Il s’appuiera également sur des collaborations avec des équipes de recherche médicale.
[1] http://smsc.cnes.fr/SWARM
[2] S. Morales et al., Phys. Med. Biol. (2017).
[3] E. Labyt et al., IEEE Transactions on Medical Imaging (2019)
[4] F. Beato et al. Physical Review A (2018)
Deploiement d’un réseau de magnétomètres à pompage optique dans des environnements cliniques
Notre laboratoire travaille sur des magnétomètres à pompage optique (OPM) basés sur des atomes métastables d’hélium-4. Notre principale réalisation au cours des dernières années a été la conception et la qualification spatiale des OPM les plus avancés disponibles pour l’exploration spatiale, lancés dans le cadre de la mission Swarm de l’ESA [1].
Avec cette même espèce, nous avons développé des OPM pour l’imagerie médicale du cerveau (MEG) et du cœur (MCG), qui présentent l’avantage de fonctionner à température ambiante. Le développement de ces techniques d’imagerie est une opportunité pour mieux comprendre et diagnostiquer des pathologies telles que l’épilepsie, la maladie d’Alzheimer ou l’arythmie.
Nous avons effectué des mesures de validation de principe avec des versions primitives de nos capteurs [2,3]. Après avoir acquis une meilleure compréhension de leur physique [4], nous développons actuellement des réseaux d’OPM et collaborons avec plusieurs équipes cliniques.
Ce poste a pour objectif de contribuer au développement et au déploiement d’un réseau d’OPM dans les environnements cliniques, où ils vont être testés par plusieurs de nos équipes de recherche médicale partenaires en neurologie et en cardiologie. Le candidat doit pouvoir déployer et utiliser les capteurs dans ces environnements, résoudre les problèmes pratiques et apporter des informations sur les améliorations nécessaires. Il participera également à la mise en œuvre de certaines de ces améliorations et à leurs tests en laboratoire.
Ce travail sera réalisé au sein d’une équipe multidisciplinaire, composée de chercheurs spécialisés dans les domaines de l’optique, des lasers, du magnétisme et de l’électronique. Il s’appuiera également sur des collaborations avec des équipes de recherche médicale.
[1] http://smsc.cnes.fr/SWARM
[2] S. Morales et al., Phys. Med. B
[3] E. Labyt et al., IEEE Transactions on Medical Imaging (2019)
[4] F. Beato et al. Physical Review A (2018)
Développement de l’analyse d’isotopes de faible abondance par spectrométrie de masse. Application au 144Ce et au 106Ru.
L’objectif de ce projet consiste à mettre au point les méthodes d’analyse de haute précision du 144Ce et 106Ru par spectrométrie de masse afin de qualifier les calculs neutroniques associés dans des échantillons irradiés. Ces deux isotopes sont présents en faible abondance dans les échantillons étudiés et présentent des interférences isobariques significatives, principalement avec le 144Nd et le 106Pd, respectivement. Pour mener à bien ce projet, le(a) candidat(e) réalisera les développements analytiques en laboratoire conventionnel sur des échantillons inactifs, puis transposera ces développements en zone contrôlée pour l’analyse d’échantillons réels afin de valider la procédure. Dans le cas du 144Ce, la mise en œuvre d’un couplage entre la chromatographie liquide haute performance (HPLC) et l’ICPMS-MC, associé à la technique de la dilution isotopique pour la détermination précise des teneurs atomiques, est envisagée. Concernant le 106Ru, la détermination de la concentration en 101Ru sera réalisée dans un premier temps par ICPMS-Q et le rapport 101Ru/106Ru sera déterminé par couplage HPLC/ICPMS-Q ou HPLC/ICPMS-MC afin de lever l’interférence 106Pd/106Ru.
Réalisation par laser femtoseconde de récepteurs acoustiques à réseaux de Bragg pour la Surveillance Santé des Structures par tomographie acoustique passive
Le sujet de post-doctorat proposé s’inscrit dans le cadre d’un projet transversal initié par le CEA et qui consiste à développer un prototype de système de surveillance en continu d’une structure métallique (une conduite par exemple) par chapelets de récepteurs acoustiques à réseaux de Bragg fibrés et par imagerie passive (ou tomographie passive). Il vise à démontrer la pertinence du concept de SHM (Structural Health Monitoring) pour le nucléaire à l’aide de capteurs opérant en continu et en environnement extrême. Ce projet s’appuie sur deux développements récents : les réseaux de Bragg de nouvelle génération développés pour environnement sévère et les algorithmes d’imagerie de défauts à partir de l’analyse du bruit ambiant. Une démonstration de principe de la mesure passive d’ondes élastiques par réseaux de Bragg a été effectuée au CEA en 2015, ce qui constitue une première mondiale, brevetée. Le projet vise plus particulièrement à réaliser un démonstrateur et à équiper une canalisation sur boucle d’essai. Il fournira des données d’entrée relatives à la capacité d’un fluide en mouvement à générer des ondes élastiques analysables en tomographie passive.
Capteurs basés sur le pompage optique de l’hélium-4 métastable
La détection de champs magnétiques de très faible amplitude ouvre des nouvelles possibilités en imagerie médicale, géophysique et analyse chimique, entre autres. Les magnétomètres à pompage optique détiennent actuellement les records de justesse et bas-bruit en mesure magnétique [1]. Notre laboratoire travaille sur la magnétométrie à pompage optique d’ensembles thermalisés d’atomes d’hélium 4 en état métastable (un spin un électronique). Ces dernières années nous avons développé et qualifié la toute dernière génération de magnétomètres spatiaux, qui ont été mis en orbite fin 2013 par l’ESA et le CNES [2].
Nous nous intéressons maintenant à d’autres effets magnéto optiques de l’hélium métastable. En effet, le dichroïsme et la birefringence ont été observés sur l’hélium dès les premières expériences de pompage optique [3] mais, contrairement au cas des alcalins[4], les régimes non linéaires accessibles grace aux lasers ont été très peu étudiés. Ces régimes ouvrent des possibilités intéressantes pour la réalisation de nouveaux types de capteurs audelà des magnétomètres, capteurs qui seraient susceptibles d’adresser un plus large eventail d’applications industrielles.
Nous cherchons un candidat postdoc motivé pour travailler à la fois sur la comprehension de ces effets et sur leur mise en œuvre pour réaliser des capteurs ultra-précis. Le candidat doit être docteur en physique, idéalement avec des bases solides en physique atomique et/ou des lasers. Notre laboratoire est bien équipé et, au delà de son encadrement scientifique, le postdoc sera épaulé dans son travail par des ingénieurs experts en optique, développement électronique, matériaux magnétiques et simulations.
[1] Kominis et al., Nature 422 (2003)
[2] http://smsc.cnes.fr/SWARM
[3] Laloë, Leduc, Minguzzi, Journal de Physique, 30 (1969)
S. Pancharatnam, J. Phys. B: At. Mol. Phys. 1 (1968).
[4] Budker et al., Rev. Mod. Phys. 74 (2002)
Capteur biologique interrogeable à distance et utilisant les matériaux 2D (Graphène, MoS2)
L’objectif de ce contrat de post-doctorat réside dans la réalisation d’un prototype de capteur biologique réalisé en utilisant des matériaux 2D qui pourra être interrogé à distance grâce à une antenne RF, réalisé simultanément et à proximité du biocapteur. Le post-doctorant prendra en charge la conception, la fabrication et la caractérisation de ce prototype pour répondre aux spécifications attendues. Au sein de l’environnement du CEA-LETI, le post-doctorant prendra en charge la réalisation du capteur, de sa conception à sa caractérisation finale. A partir d’une modélisation adaptée il concevra tout d’abord une architecture capteur combinant des chemiresistors et/ou transistors graphène à grille liquide à une antenne RF. Une fois le design réalisé, il adaptera les méthodes de transfert de matériaux 2D déjà existantes pour proposer un protocole de fabrication simple et innovant. Grâce à ce process de fabrication, il fabriquera les premiers prototypes de capteurs. Après avoir validé l’interrogation des biocapteurs via un dispositif d’antenne RF, le post-doctorant réalisera les tests de biodétection afin de déterminer la sensibilité des dispositifs réalisés. Dans un second temps, le post-doctorant étudiera les procédés de transfert sur substrat arbitraire de MoS2 déposé par voie chimique et établira un protocole technologique permettant d’interfacer graphène et MoS2 au sein d’un même dispositif. Le but sera d’amplifier la sensibilité des biocapteurs visés par le projet.
Contrôle de l’adhésion de composites collés par des techniques ultrasonores non-linéaires
Le CEA-LIST conçoit des méthodes de contrôle non destructives (CND) innovantes dans de nombreux secteurs de l’industrie. De fortes collaborations entre le CEA-LIST et Airbus Group Innovations (AGI) sur la thématique du contrôle non destructif ont conduit à la création d’un laboratoire CEA de CND pour les Applications Aéronautiques (LC2A) au sein des équipes d’Airbus.
Le contrôle des structures composites collées constitue un enjeu majeur pour l’industrie aéronautique. La contamination des surfaces collées, les cycles thermiques ou les sollicitations mécaniques rencontrées par le joint collé peuvent conduire à des propriétés adhésives dégradées auxquels les techniques ultrasonores conventionnelles ne sont pas sensibles. Les méthodes ultrasonores non-linéaires comme par exemple le couplage d’ondes non-colinéaires, la génération d’harmoniques ou l’imagerie non linéaire présentent de fortes potentialités au regard du contrôle de l’adhésion. L’objectif de ce travail postdoctoral consistera à concevoir, mettre au point et évaluer les potentialités de ces techniques pour l’évaluation de l’adhésion des structures composites collées.
Ces travaux qui s’inscrivent dans le cadre d’un programme de recherche européen sur la thématique du collage seront menés au sein du LC2A dans les locaux d’AGI situés à Toulouse. De solides compétences en physique expérimentale, en instrumentation, en méthodes ultrasonores non-linéaires seraient appréciées.
Développement d’une FXL miniature pour l’analyse en ligne: application au suivi de procédés.
Le dosage par spectrométrie de fluorescence X (FXL et FXK) est une des techniques utilisées dans l’industrie pour l’analyse chimique des éléments en solution. De façon simplifiée, cette technique est basée sur la mesure des rayonnements X caractéristiques qui sont émis par les atomes réarrangeant leur cortège électronique suite à une excitation extérieure. C’est donc une méthode de mesure non destructive volumique qui permet de doser les éléments chimiques. Des travaux conduits au CEA dans les années 90 ont montré qu’il était possible de doser avec ces techniques des éléments lourds (U, Pu, Am, Np, Cm, Pb) via les raies X de la couche L mais aussi de certains éléments plus légers (Zr, Mo, ou le Sr) via les raies X de la couche K. Ces techniques ont permis d’obtenir des limites de détection appréciables (qqes mg/l) et ont été déployées industriellement sur certaines lignes de l’usine de la Hague. Cependant leur exploitation nécessitait des équipements lourds et encombrants, avec en particulier des détecteurs refroidis à l’azote liquide et des tubes générateurs de RX de grandes dimensions.
Aujourd’hui, ces technologies ont considérablement évolué sur deux points névralgiques: les sources de rayonnements X, qui se sont miniaturisées et les détecteurs avec l’apparition de nouveaux semi-conducteurs de petits volumes fonctionnant à température ambiante avec une résolution acceptable (Ex : Cristaux de Tellure de Cadmium)
Ces évolutions nous ont amené à relancer des actions de R&D sur la spectrométrie FXL. Le sujet proposé s’intègre dans cette démarche. Il s’agit dans les grandes lignes de dimensionner et évaluer un procédé de dosage par fluorescence X basé sur ces nouvelles technologies. Les applications envisagées sont de deux types : le suivi en ligne des procédés dans les usines de recyclage et le soutien aux projets d’assainissement-démantèlement et de remédiation des sites pollués.