EP4179551A1 - Procédé de fabrication d'une tête d'irradiation d'une cible avec un faisceau de particules chargées - Google Patents

Procédé de fabrication d'une tête d'irradiation d'une cible avec un faisceau de particules chargées

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Publication number
EP4179551A1
EP4179551A1 EP21739625.8A EP21739625A EP4179551A1 EP 4179551 A1 EP4179551 A1 EP 4179551A1 EP 21739625 A EP21739625 A EP 21739625A EP 4179551 A1 EP4179551 A1 EP 4179551A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
charged particles
distance
axis
propagation
thickness
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21739625.8A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Wilfried VERVISCH
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aix Marseille Universite
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite de Toulon
Original Assignee
Aix Marseille Universite
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite de Toulon
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Aix Marseille Universite, Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Universite de Toulon filed Critical Aix Marseille Universite
Publication of EP4179551A1 publication Critical patent/EP4179551A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21K—TECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K5/00—Irradiation devices
    • G21K5/04—Irradiation devices with beam-forming means
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21K—TECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K1/00—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating
    • G21K1/10—Scattering devices; Absorbing devices; Ionising radiation filters

Definitions

  • the invention relates to a method for manufacturing an irradiation head of a target with a beam of charged particles, as well as the irradiation head manufactured by this method.
  • Such irradiation heads are used in many fields such as radiotherapy, proton therapy, medical imaging, in the field of security or others.
  • These irradiation heads include:
  • the shaping equipment typically includes:
  • equalizing devices such as equalizing cones, to increase the homogeneity of the particles in a cross-section of the secondary beam
  • the irradiation head also comprises a sensor which measures the intensity of the secondary beam.
  • the shaping material absorbs charged particles and therefore reduces the intensity of the secondary beam.
  • the shaping equipment is bulky, which increases the size of the irradiation head.
  • the invention aims to provide an irradiation head in which the absorption of charged particles by the shaping equipment is limited and/or in which the size of the shaping equipment is reduced.
  • the invention also relates to an irradiation head manufactured using the above method.
  • the invention will be better understood on reading the following description, given solely by way of non-limiting example and made with reference to the drawings in which:
  • FIG. 1 is a schematic illustration of the architecture of an irradiation head
  • FIG. 2 is a perspective diagram of a spatial distribution of the density of charged particles in a primary beam
  • Figure 3 is a sectional illustration of the spatial distribution shown in Figure 2;
  • FIG. 4 is a perspective diagram of a spatial distribution of the density of charged particles in a secondary beam
  • FIG. 5 is a schematic illustration and in vertical section, of an intensity sensor implemented in the irradiation head of Figure 1;
  • FIG. 6 is a flowchart of a method of manufacturing the irradiation head of Figure 1;
  • FIGS. 7 to 9 are diagrams illustrating different spatial distributions of the density of charged particles in a secondary beam.
  • charged particle beam designates ionizing radiation, that is to say a beam capable of directly or indirectly producing ions during its passage through matter.
  • Figure 1 shows a head 2 for irradiating a target 4 with a secondary beam 8 of charged particles.
  • the target 4 can be an inert object or a part of a human body to be treated using the beam 8.
  • the beam 8 propagates along an axis 10 of propagation directed towards the target 4.
  • the axis 10 is parallel to a horizontal direction Z of an orthogonal reference XYZ.
  • the Y direction of this mark is vertical.
  • Figures 1 and following are oriented with respect to this XYZ reference.
  • the beam 8 is a so-called "high energy" beam, that is to say a beam whose energy is greater than or equal to 1 MeV or 10 MeV.
  • the energy of beam 8 is 6 MeV.
  • the beam 8 is an electron beam (b- radiation).
  • the charged particles are electrons.
  • the beam 8 is a high-frequency pulsed beam, that is to say a beam which is formed by bursts of pulses repeated at regular intervals at a frequency f p .
  • the frequency f p is greater than 1 kHz or 1 MHz or 100 MHz.
  • Each burst of pulses is made up of a succession of short pulses of charged particles repeated at a frequency f z .
  • “High frequency” denotes the fact that the frequency f z is greater than 1 GHz or 3 GHz and, generally, less than 100 GHz or 10 GHz.
  • the head 2 comprises a casing 20 inside which are housed and fixed together the various components necessary to generate the beam 8.
  • the casing 20 is also designed to isolate the interior of the casing vis-à-vis disturbances electromagnetic waves coming from outside this box.
  • the housing 20 comprises an envelope made of conductive materials electrically connected to ground.
  • the housing 20 includes an opening 22 through which the beam 8 is emitted.
  • the opening angle of the beam 8. In the absence of such equipment, the characteristics of the beam 8 remain constant over distances less than 1 m or 50 cm.
  • the head 2 comprises:
  • the head 2 differs from the known irradiation heads essentially by the material 30. Thus, subsequently, the other components of the head 2 are not described in detail.
  • Barrel 24 comprises:
  • an acceleration chamber 42 which accelerates the charged particles produced by the source 40, and - a firing window 44 through which the beam 26 is emitted.
  • the quantity of charged particles produced by the source 40 is controllable. In particular, this makes it possible to adjust the dose of charged particles delivered to target 4.
  • the chamber 42 accelerates the charged particles produced by using electromagnetic fields for this.
  • gun 24 is a gun known by the acronym LINAC (“Linear Particle Accelerator”).
  • Beam 26 is an identical beam to beam 8 except that:
  • the spatial distribution of charged particles in a beam cross section 26 is different from the spatial distribution of charged particles in a beam cross section 8.
  • the charged particles of beam 26 are the same as those of beam 8.
  • the angle ⁇ 1 is two, four or six times smaller than the angle ⁇ 2 .
  • a "cross-section" of the beam is a section of the beam along a plane perpendicular to its axis of propagation.
  • the spatial distribution 46 corresponds to the spatial distribution of the charged particles in a plane Pi located inside the housing 20 between the vertex B and the inlet of the material 30 for shaping.
  • this plane Pi is located less than 50 cm or less than 10 cm from the firing window 44 .
  • the plane Pi is located 5 cm from window 44.
  • the spatial distribution 46 represents the density of charged particles at each point of the plane Pi .
  • the x and y axes of the spatial distribution 46 correspond to the abscissa and ordinate axes, respectively. These x and y axes are contained in the plane Pi.
  • the x and y axes are parallel, respectively, to the X and Y directions of the XYZ coordinate system. In FIG. 2, these x and y axes are graduated in centimeters.
  • the axis 10 crosses the plane Pi at the level of the point of coordinates 0 cm in abscissa and 0 cm in ordinate.
  • the density of charged particles has a maximum, denoted Dmaxi, at the level of the axis 10. Then, this density decreases progressively and continuously as one moves away from the axis 10 until it reaches a zero or practically zero value outside the cone inside which most of the particles are contained loaded with the beam. For example, in the case of the beam 26, the density Dmaxi is equal to 16 au.
  • the spatial distribution 46 is symmetrical with respect to the axis 10.
  • the way in which the density of the charged particles decreases when one moves away from the axis 10 following a predetermined direction contained in the plane Pi is the same regardless of this predetermined direction.
  • the spatial distribution 46 has a Gaussian geometry.
  • a curve 48 (figure 3) in the shape of a bell.
  • the curve 48 is that obtained along a cutting plane perpendicular to the x axis of the abscissas. More precisely, the curve 48 is here, for example, a Gaussian function.
  • the curve 48 shows the homogeneity of the spatial distribution of the charged particles in the plane Pi. More precisely, in this text, the homogeneity of the spatial distribution of the charged particles is represented by a physical quantity called "distance" and denoted di in the plane Pi.
  • the distance di is the distance, expressed in centimeters, which separates the axis 10 from the point of the plane Pi where the density of the charged particles is equal to Dmedi. Density Dmedi is the median density of charged particles, i.e. the density equal to Dmaxi/2.
  • the greater the distance di the better the homogeneity of the spatial distribution of the charged particles in the plane Pi.
  • the greater the distance di the greater the angle ai.
  • the homogeneity of beam 26 is mediocre. For example here, the distance di is less than 0.5 cm and the angle ai is small.
  • the material 30 is interposed, along the axis 10, between the window 44 and the opening 22, to modify the homogeneity and the opening angle of the beam 26 so as to obtain the beam 8 which has a desired homogeneity and the opening angle a 2 .
  • the desired homogeneity and the opening angle a 2 are predetermined characteristics imposed by the user of the head 2. These characteristics are therefore data known in advance and therefore even before the design of the head 2.
  • FIG. 4 represents a spatial distribution 50 of the charged particles for the beam 8.
  • the spatial distribution 50 is identical to the spatial distribution 46 except that:
  • the distance d 2 is defined as the distance di except that it is measured in the spatial distribution of the beam 8.
  • Dmax 2 is of the order of 0.0008 ua.
  • the homogeneity of the beam 8 is at least twice or four times or ten times greater than the homogeneity of the beam 26.
  • the distance d 2 is twice, four times or ten times greater than the distance say .
  • the equipment 30 comprises only a sensor 60 of the intensity of the beam 8.
  • the head 2 is devoid of any other shaping equipment such as an equalizing device or a collimator, capable of modifying the homogeneity and/or the beam opening angle 8.
  • the sensor 60 transmits the measured intensity of the beam 8 to the control unit 32.
  • the sensor 60 is connected, via a wired connection, to the unit 32.
  • the unit 32 controls the gun 24 according to the intensity of the beam 8 measured by the sensor 60. Typically, the unit 32 controls the gun 24 so as to maintain the dose of charged particles applied to the target 4 equal or practically equal to a pre-recorded setpoint C d. For example, for this, the unit 32 controls the source 40 according to a difference between the measured intensity of the beam 8 and an intensity setpoint.
  • the unit 32 comprises a microprocessor 62 and a memory 64.
  • the memory 64 comprises the instructions executed by the microprocessor 62 in order to control the barrel 24.
  • FIG. 5 represents in greater detail a possible example of an arrangement of sensor 60.
  • the architecture of sensor 60 is identical to that described with reference to FIG. 2 of application WO2017198630.
  • the reader can consult this request.
  • the sensor 60 is a semiconductor sensor. More precisely, the sensor 60 comprises an active zone 70 capable of generating electric charges when charged particles pass through it.
  • zone 70 is located on axis 10. Here, it is centered on axis 10. More precisely, in this embodiment, zone 70 is a cylinder of revolution whose axis of revolution is confused with axis 10.
  • the zone 70 has an input face 72 located in the plane Pi and directly exposed to the beam 26.
  • the zone 70 also has an output face 74 located in a plane P 2 perpendicular to the axis 10.
  • the beam 26 emerges from the sensor 60 via the face 74 and forms the beam 8.
  • the spatial distribution of the charged particles is, for example, that shown in FIG. depletion also called "space charge zone".
  • This region 76 produces charge carriers of a first type and charge carriers of a second type when it is traversed by the charged particles of the beam 26.
  • This region 76 is located between the face 72 and a limit represented by a dotted line parallel to the direction Y in FIG. 5.
  • zone 70 comprises a semi-conducting layer 78 and a conducting layer 80 directly deposited on the face of layer 78 facing barrel 24.
  • Face 72 is here formed by the face exterior of layer 80 facing barrel 24.
  • Face 74 of zone 70 is formed by the face of layer 78 facing target 4.
  • the thickness e, of layer 78 is the distance, along the axis 10, between its two opposite faces. Here, this thickness is constant inside the whole area 70.
  • the region 76 is located in the region of the layer 78 in contact with the conductive layer 80.
  • the association of the layers 78 and 80 forms a junction with rectifying effect and more precisely a "Schottky diode" in this embodiment. .
  • the semiconductor material used to make layer 78 has two energy bands known by the terms, respectively, “valence band” and “conduction band”. In the case of semiconductor materials, these two energy bands are separated from each other by a forbidden band better known as the “gap”.
  • the semiconductor material used to produce layer 78 is a wide-gap semiconductor material, that is to say a semiconductor material having a gap whose value is at least twice greater than the silicon gap value. Typically, the gap of the semiconductor material used for layer 78 is therefore greater than 2.3 eV.
  • the layer 78 is made of silicon carbide SiC-4H.
  • the expression “an element made of material X” means that material X represents at least 70% or 80% or 90% of the mass of this element.
  • the semiconductor layer 78 is additionally doped.
  • a P doping can be obtained by implanting boron atoms and, alternatively, an N doping can be obtained by implanting nitrogen atoms.
  • the conductive layer 80 is for example made of metal such as copper, zinc or gold.
  • the layers 78 and 80 extend transversely beyond the zone 70 to form a peripheral part 84 which completely surrounds the active zone 70. Unlike zone 70, the peripheral part 84 n is not traversed by the charged particle beam.
  • the portion 86 of the conductive layer 80 which extends beyond the zone 70 forms a first electrode which collects the charge carriers of the first type produced by the region 76.
  • the thickness of the semiconductor layer 78 in the peripheral part 84 is greater than the thickness e, so that it forms the side walls of a blind hole 88 whose bottom coincides with the face 74.
  • the orthogonal projection of the side wall of the hole 88 on the plane P 2 completely surrounds the face 74.
  • a conductive layer 90 is for example made of the same conductive material conductive layer 80.
  • Conductive layer 90 forms a second electrode which collects charge carriers of the second type produced by region 76.
  • face 74 is structured as described in application WO2017198630A1.
  • metal balls can be introduced into the semiconductor layer 78 as described in this same patent application. The method of manufacturing the head 2 will now be described with reference to Figure 6.
  • the different characteristics of the beam 8 which must be generated by the head 2 are acquired. These characteristics include the type of charged particles and the energy range of the beam 8.
  • a gun 24 capable of generating a beam with the same charged particles and over an energy range that encompasses the desired energy range for the beam 8 is provided.
  • this 24 gun is built or purchased. Therefore, at this stage, the different characteristics of the beam 26 are known. In particular, its angle ai and the distance di are then known or determinable.
  • a phase 104 of designing and manufacturing the sensor 60 then begins so that it alone fulfills both:
  • substantially modified means a modification which makes it possible to obtain a distance d 2 at least twice and, preferably, at least four or ten times greater than the distance di.
  • the thickness e is systematically chosen as low as possible to maximize the transmission rate of the sensor.
  • the transmission rate of a sensor is equal to the ratio l out / n , where U t and l in are the intensities of the beams, respectively, leaving and entering the sensor.
  • U t and l in are the intensities of the beams, respectively, leaving and entering the sensor.
  • this idea is exploited to design a sensor 60 which, on its own, makes it possible to transform the beam 26 into a beam 8 without the aid of additional equipment for shaping the beam.
  • the semiconductor material in which the semiconductor layer 78 must be made is first selected from the list of semiconductor materials which are good candidates for manufacturing the active area 70.
  • this semiconductor material is silicon carbide SiC-4H.
  • the different characteristics of the semiconductor material chosen are therefore known. In particular, the density of the chosen material is known.
  • the thickness e of the semiconductor layer 78 is adjusted so that the spatial distribution of the charged particles of the beam 8 in the plane P 2 is substantially modified with respect to the distribution space 46 of the beam 26 in the plane Pi.
  • the thickness e is adjusted so that the distance d 2 is at least twice greater than the distance di.
  • this first selection criterion is as follows:
  • the thickness e, selected corresponds to a distance d 2 greater than a threshold dmin 2 , where the threshold dmin 2 is greater than twice the distance di.
  • the thickness e is chosen during an operation 116.
  • the values are chosen included in an interval [emin, ; emax] and are spaced from each other by a pitch, for example, regular.
  • the value emin is for example greater than or equal to the minimum thickness that the semiconductor layer 78 must have so as to allow the measurement of the intensity of the beam 8.
  • the value emax is five, or ten or fifty times greater than the emin value,.
  • the emax value is less than 1 cm or 5 mm.
  • the value emin is equal to 50 ⁇ m
  • the minimum value of the thickness e which makes it possible to measure the intensity of the beam 8 is rather of the order of 10 ⁇ m.
  • the emax value is equal to 1 mm.
  • the regular pitch is chosen so that the number of trials to be carried out is reasonable.
  • the pitch chosen is 50 ⁇ m.
  • the value of the angle a 2 and of the rate T 2 of transmission of the sensor 60 corresponding to each of the chosen values of the thickness e are also determined.
  • the spatial distribution of the charged particles of the beam in the plane P 2 is first constructed by numerical simulation. For example, such a numerical simulation is carried out using the MCNP software (Monte-Carlo N-Particules transport code) or the Géant software (GEometry ANd Tracking). This software makes it possible to model the beam 26 and the active zone 70.
  • the value of the distance d 2 is then determined. For this, for example:
  • This calculated distance is the distance d 2 of the spatial distribution of the beam in the plane P 2 .
  • Such a numerical simulation also makes it possible to determine the number of charged particles which crosses the planes Pi and P 2 during a predetermined time interval. The intensities l in and U t are then deduced from this information.
  • the opening angle of the simulated beam 8 which emerges from the face 74 is also determined. Each time a specific value of the thickness e is simulated, this specific value is recorded on a line of a result table and the values of the distance d 2 , of the rate T 2 and of the angle a 2 corresponding to this thickness are recorded on the same line.
  • FIG. 4 is a first example of spatial distribution obtained by digital simulation when the thickness e i is taken as equal to 200 ⁇ m.
  • FIGS. 7 to 9 represent identical spatial distributions except that these are obtained for thicknesses e, equal to, respectively, 50 ⁇ m, 100 ⁇ m and 300 ⁇ m. As shown in Figures 4 and 7 to 9, the distance d 2 increases sharply as a function of the thickness e,.
  • the value of the thickness e, to be used to manufacture the sensor 60 is selected from among the different values simulated during the operation 118.
  • additional selection criteria are used. More specifically, the following two additional selection criteria are used:
  • the thickness e must correspond to a transmission rate T 2 greater than a threshold T , and
  • the thickness e must correspond to a value of the angle a 2 greater than a threshold amin 2 .
  • the threshold T min2 is greater than 0.4 or 0.5 and preferably greater than 0.7 or 0.9.
  • the threshold amin 2 is for example greater than two or four or ten times the angle ai.
  • criterion 1) is more important than criterion 2)
  • criterion 2) is more important than criterion 3).
  • the sensor 60 design phase 104 is then complete. For example, here, it is the thickness e, equal to 200 ⁇ m which was selected to manufacture the head 2.
  • the sensor 60 designed during the phase 104 is manufactured.
  • the semiconductor layer 78 is produced in such a way as to have the thickness e, selected during step 120.
  • the irradiation head 2 is manufactured.
  • the barrel 24 provided during step 102 and the sensor 60 manufactured during step 130 are assembled and fixed inside the housing 20 to obtain the arrangement described in detail with reference to Figure 1.
  • the depletion region 76 can also be formed as a PN diode or a PiN diode or by the depletion region of a field effect transistor.
  • the different architectures of a semiconductor sensor described in application WO2017198630A1 can be implemented to design a semiconductor sensor capable of being used instead of sensor 60 and fulfilling the same functions.
  • the blind hole 88 is omitted.
  • the semiconductor layer 78 is made of diamond or of a semiconductor alloy composed of elements from column III- V or ll-VI.
  • the conductive layers 80, 90 can be made of conductive materials other than metal.
  • they are made of mono or multilayer graphene. They can also be made of other metals such as nickel, aluminum, titanium or tungsten. Layers 80 and 90 are not necessarily made from the same conductive materials.
  • the structuring of the face 74 can be omitted.
  • the incorporation of metal balls in the semiconductor layer 78 can also be omitted.
  • the layer 80 has little influence on the spatial distribution of the charged particles in the plane P 2 .
  • only layer 78 is modeled in the simulation software.
  • the spatial distributions are not determined by numerical simulation but experimentally.
  • a grid of sensors is placed in the plane Pi. These sensors are for example arranged at regular intervals in the X and Y directions. Each sensor measures locally the intensity of the charged particle beam at its location. The intensity of the charged particle beam at a particular location depends on the number of charged particles received during a time interval at that location and therefore on the density of charged particles at that location. This sensor grid therefore makes it possible to measure the spatial distribution of the charged particles in the plane containing this sensor grid.
  • a semiconductor layer 78 with a chosen thickness of zero is placed between the planes Pi and P 2 and the sensor grid is placed in the plane P 2 , that is to say just behind the semiconductor layer under test.
  • No sensor grid is placed in this case upstream of the semiconductor layer, that is to say on the side facing the barrel 24.
  • the sensor grid makes it possible to measure the spatial distribution of the charged particles. in the plane P 2 in the presence of the semiconductor layer. Then, the procedure is as described above, that is to say that different thicknesses of the semiconductor layer are successively tested until the suitable thickness is found. It is also possible to use a single sensor instead of a grid of several sensors. In the latter case, this single sensor is moved in the plane where it is desired to record the spatial distribution of the charged particles in order to measure the intensity of the beam at different locations in this plane.
  • the number of selection criteria can also be reduced.
  • one of the criteria 2) and 3) is omitted or replaced by another criterion.
  • criteria 2) and 3) are omitted, the determination during operation 118 of the transmission rate T 2 and/or of the value of the angle a 2 can then be omitted.
  • the order of priority between the different selection criteria can also be modified. For example, the priority of criterion 3) may be higher than that of criterion 1) or 2).
  • Criterion 3 can be replaced or supplemented by a criterion which imposes a maximum value on the angle a 2 .
  • Physical quantities other than the distance di or d 2 can be used as a measure of the homogeneity of a spatial distribution of charged particles. However, whatever the physical quantity used, this is representative of a distance di or d 2 . Typically, there is a one-to-one correspondence between the values of this physical quantity and the values of the distance di or d 2 .
  • a physical quantity representative of the distance di or d 2 is the standard deviation or the variance of the spatial distribution.
  • the standard deviation of the spatial distribution is, for example, calculated from the data of a cross-section of the spatial distribution such as that represented in FIG. 3.
  • the ratio Dmax 2 /Dmaxi is also a physical quantity representative of the homogeneity of the spatial distribution.
  • distances other than distance di or d 2 can be used.
  • a distance between two points corresponding to two different predetermined densities, respectively, D 2 and D 3 where the density D 3 is different from the density D 2 .
  • the cross-section of the beam 8 is not necessarily circular.
  • the cone which delimits the beam 8 at the output of the head 2 is not necessarily a cone of revolution.
  • the manufacturing method described here also applies to the manufacture of irradiation heads for charged particle beams of lower energy and in particular for charged particle beams whose energy is less than 1 MeV or 100 keV or 10 keV.
  • the beam is not necessarily an electron beam.
  • the manufacturing process described here applies to any type of charged particle beam.
  • charged particles belong to the group consisting of electrons, positrons, protons, and heavy charged particles.
  • Heavy charged particles include all particles with a nucleus. For example, these are a particles, carbon ions, copper ions or gold ions.
  • there is at least one thickness e which makes it possible to substantially modify the spatial distribution of the beam. 26.
  • step 112 leads to the selection of a zero thickness, which is not compatible with other manufacturing constraints, such as for example the size of the sensor 60, then one of the previous choices can be modified. then step 112 repeated. For example, another semiconductor material is selected for layer 78.
  • the beam 8 is not a pulsed beam but a continuous beam.
  • the control unit 32 can also be placed outside the housing 20.
  • the equipment 30 comprises, in addition to the sensor 60, an equalizing device and/or a collimator.
  • this equalizing device and/or this collimator is preferably placed upstream of the sensor 60.
  • the equalizer and/or the collimator are simpler and less bulky.
  • an additional equalizing device or an additional collimator can be used in addition to the sensor.
  • the use of the sensor described here makes it possible to simplify this equalizing device or this collimator, since a substantial part of the work of shaping the charged particle beam is carried out by the sensor.
  • the number and/or the structure of the additional equalizing device and/or of the additional collimator are simplified. Consequently, even in the latter case, the sensor described here makes it possible to simplify the irradiation head and therefore to limit its size while at the same time limiting the problem of absorption of charged particles by the form.
  • the selection of the thickness of the semiconductor layer so as to substantially increase the aperture angle of the charged particle beam makes it possible to obtain both a sensor which substantially increases the aperture angle while being able, at the same time, to substantially homogenize the charged particle beam.

Abstract

Ce procédé de fabrication d'une tête d'irradiation comporte : - la fourniture (102) d'un canon émettant un faisceau primaire de particules chargées le long d'un axe de propagation, ce faisceau primaire présentant une distribution spatiale de particules chargées comportant une densité médiane Dmed1 de particules chargées située à une distance d1 de l'axe de propagation, - la conception et la fabrication (104) d'un capteur apte à mesurer l'intensité d'un faisceau de particules chargées, ce capteur comportant : - une face de sortie par l'intermédiaire de laquelle ressort un faisceau secondaire de particules chargées présentant une distribution spatiale comportant une densité médiane Dmed2 de particules chargées, cette densité médiane Dmed2 étant située à une distance d2 de l'axe de propagation, - une couche semiconductrice. La conception du capteur comporte la sélection (120) d'une épaisseur pour la couche semiconductrice pour laquelle la distance d2 est deux fois supérieure à la distance d1.

Description

Procédé de fabrication d’une tête d’irradiation d’une cible avec un faisceau de particules chargées
[001] L’invention concerne un procédé de fabrication d’une tête d’irradiation d’une cible avec un faisceau de particules chargées, ainsi que la tête d’irradiation fabriquée par ce procédé.
[002] De telles têtes d’irradiation sont utilisées dans de nombreux domaines comme en radiothérapie, en protonthérapie, en imagerie médicale, dans le domaine de la sécurité ou autres.
[003] Ces têtes d’irradiation comportent :
- un canon à particules chargées qui émet un faisceau primaire de particules chargées,
- du matériel de mise en forme du faisceau primaire pour obtenir en sortie un faisceau secondaire qui diffère du faisceau primaire par son homogénéité et/ou son angle d’ouverture.
[004] Le matériel de mise en forme comporte à cet effet typiquement :
- un ou plusieurs dispositifs égalisateurs, tels que des cônes égalisateurs, pour accroître l’homogénéité des particules dans une section transversale du faisceau secondaire, et
- un ou plusieurs collimateurs pour augmenter ou, au contraire, diminuer l’angle d’ouverture du faisceau secondaire.
[005] C’est le faisceau secondaire qui im pacte directement la cible à irradier.
[006] Pour contrôler la dose de particules chargées appliquée sur la cible, la tête d’irradiation comporte aussi un capteur qui mesure l’intensité du faisceau secondaire.
[007] Le matériel de mise en forme absorbe des particules chargées et diminue donc l’intensité du faisceau secondaire. De plus, le matériel de mise en forme est volumineux, ce qui augmente l’encombrement de la tête d’irradiation.
[008] De l'état de la technique est également connu de WO2017/198630A1, FR2379294A1 et US2019/269940A1.
[009] L’invention vise à proposer une tête d’irradiation dans laquelle l’absorption des particules chargées par le matériel de mise en forme est limitée et/ou dans lequel l’encombrement du matériel de mise en forme est diminué.
[0010] Elle a donc pour objet un procédé de fabrication d’une telle tête d’irradiation conforme à la revendication 1.
[0011] L’invention a également pour objet une tête d’irradiation fabriquée à l’aide du procédé ci-dessus. [0012] U invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins sur lesquels :
- la figure 1 est une illustration schématique de l’architecture d’une tête d’irradiation ;
- la figure 2 est un diagramme en perspective d’une distribution spatiale de la densité des particules chargées dans un faisceau primaire ;
- la figure 3 est une illustration en coupe de la distribution spatiale représentée sur la figure 2 ;
- la figure 4 est un diagramme en perspective d'une distribution spatiale de la densité de particules chargées dans un faisceau secondaire ;
- la figure 5 est une illustration schématique et en coupe verticale, d’un capteur d’intensité mis en œuvre dans la tête d’irradiation de la figure 1 ;
- la figure 6 est un organigramme d’un procédé de fabrication de la tête d’irradiation de la figure 1 ;
- les figures 7 à 9 sont des diagrammes illustrant différentes distributions spatiales de la densité de particules chargées dans un faisceau secondaire.
[0013] Dans la suite de cette description, les caractéristiques et fonctions bien connues de l’homme du métier ne sont pas décrites en détail.
[0014] Dans cette description, des exemples détaillés de modes de réalisation sont d’abord décrits dans le chapitre I en référence aux figures. Ensuite, dans le chapitre Il suivant, des variantes de ces modes de réalisation sont présentées. Enfin, les avantages des différents modes de réalisation sont présentés dans un chapitre III. [0015] Dans ce texte, l’expression « faisceau de particules chargées » désigne un rayonnement ionisant, c’est-à-dire un faisceau capable de produire directement ou indirectement des ions lors de son passage à travers la matière.
[0016] Chapitre I : Exemples de modes de réalisation.
[0017] La figure 1 représente une tête 2 d’irradiation d’une cible 4 avec un faisceau secondaire 8 de particules chargées.
[0018] La cible 4 peut être un objet inerte ou une partie d’un corps humain à traiter à l’aide du faisceau 8.
[0019] Entre la tête 2 et la cible 4, le faisceau 8 se propage le long d’un axe 10 de propagation dirigé vers la cible 4. L’axe 10 est parallèle à une direction horizontale Z d’un repère orthogonal XYZ. Ici, la direction Y de ce repère est verticale. Les figures 1 et suivantes sont orientées par rapport à ce repère XYZ.
[0020] En sortie de la tête 2, l’essentiel des particules chargées sont comprises à l’intérieur d’un cône qui s’étend le long de l’axe 10. Par « l’essentiel des particules chargées sont comprises à l’intérieur de ce cône », on désigne le fait que 90% ou 95% des particules chargées émises par la tête 2 sont comprises à l’intérieur de ce cône. Par exemple, ce cône est un cône de révolution dont l’axe de révolution est confondu avec l’axe 10. [0021] Ce cône présente un sommet A situé, ici, à l’intérieur de la tête 2. L’angle solide au niveau du sommet A est par la suite appelé « angle d’ouverture » et noté
[0022] Le faisceau 8 est un faisceau dit à « haute énergie », c’est-à-dire un faisceau dont l’énergie est supérieure ou égale à 1 MeV ou 10 MeV. Ici, à titre d’illustration, l’énergie du faisceau 8 est de 6 MeV.
[0023] La suite de cette description est faite dans le cas particulier où le faisceau 8 est un faisceau d’électrons (rayonnement b-). Dans ce cas, les particules chargées sont des électrons. Toutefois, comme indiqué dans le chapitre III, de nombreux autres faisceaux de particules chargées sont possibles. Ici, le faisceau 8 est un faisceau pulsé à haute fréquence, c’est-à-dire un faisceau qui est formé par des salves d'impulsions répétées à intervalles réguliers à une fréquence fp. Par exemple, la fréquence fp est supérieure à 1 kHz ou à 1 MHz ou à 100 MHz. Chaque salve d'impulsions est formée d'une successions de courtes impulsions de particules chargées répétées à une fréquence fz. Par « haute fréquence », on désigne le fait que la fréquence fz est supérieure à 1 GHz ou 3 GHz et, généralement, inférieure à 100 GHz ou 10 GHZ.
[0024] La tête 2 comporte un boîtier 20 à l’intérieur duquel sont logés et fixés ensemble les différents composants nécessaires pour générer le faisceau 8. Le boîtier 20 est aussi conçu pour isoler l’intérieur du boîtier vis-à-vis des perturbations électromagnétiques provenant de l’extérieur de ce boîtier. A cet effet, par exemple, le boîtier 20 comporte une enveloppe en matériaux conducteurs raccordée électriquement à la masse.
[0025] Le boîtier 20 comporte une ouverture 22 par laquelle est émis le faisceau 8. Ici, l’espace traversé par le faisceau 8 entre l’ouverture 22 et la cible 4, est dépourvu de tout matériel susceptible de modifier l’homogénéité ou l’angle d’ouverture du faisceau 8. En absence de tel matériel, les caractéristiques du faisceau 8 restent constantes sur des distances inférieures à 1 m ou 50 cm.
[0026] La tête 2 comporte :
- un canon 24 à particules chargées qui génère un faisceau primaire 26 de particules chargées,
- du matériel 30 de mise en forme du faisceau 26 pour le transformer en faisceau 8, et
- une unité 32 de commande du canon 24.
[0027] La tête 2 diffère des têtes d’irradiation connues essentiellement par le matériel 30. Ainsi, par la suite, les autres composants de la tête 2 ne sont pas décrits en détail.
[0028] Le canon 24 comporte :
- une source 40 de particules chargées qui produit les particules chargées,
- une chambre 42 d’accélération qui accélère les particules chargées produites par la source 40, et - une fenêtre 44 de tir à travers laquelle est émis le faisceau 26.
[0029] La quantité de particules chargées produites par la source 40 est commandable. Cela permet notamment d’ajuster la dose de particules chargées délivrée sur la cible 4.
[0030] Typiquement, la chambre 42 accélère les particules chargées produites en utilisant pour cela des champs électromagnétiques. Par exemple, le canon 24 est un canon connu sous l’acronyme LINAC (« Linear Particule Accelerator »).
[0031] Le faisceau 26 est un faisceau identique au faisceau 8 sauf que :
- son sommet B est, par exemple, situé à l’intérieur du canon 24,
- son angle ai d’ouverture est différent de l’angle a2, et
- la distribution spatiale des particules chargées dans une section transversale du faisceau 26 est différente de la distribution spatiale des particules chargées dans une section transversale du faisceau 8.
[0032] Les particules chargées du faisceau 26 sont les mêmes que celles du faisceau 8.
[0033] Par exemple, l’angle ai est deux, quatre ou six fois plus petit que l’angle a2. [0034] Un exemple de distribution spatiale 46 des particules chargées dans une section transversale du faisceau 26 est représenté sur la figure 2. Une « section transversale » du faisceau est une section du faisceau le long d’un plan perpendiculaire à son axe de propagation. Ici, la distribution spatiale 46 correspond à la distribution spatiale des particules chargées dans un plan Pi situé à l’intérieur du boîtier 20 entre le sommet B et l'entrée du matériel 30 de mise en forme. Typiquement, ce plan Pi est situé à moins de 50 cm ou à moins de 10 cm de la fenêtre 44 de tir. Ici, le plan Pi est situé à 5 cm de la fenêtre 44.
[0035] La distribution spatiale 46 représente la densité de particules chargées en chaque point du plan Pi. A cet effet, les axes x et y de la distribution spatiale 46 correspondent aux axes, respectivement, des abscisses et des ordonnées. Ces axes x et y sont contenus dans le plan Pi. Ici, les axes x et y sont parallèles, respectivement, aux directions X et Y du repère XYZ. Sur la figure 2, ces axes x ety sont gradués en centimètre. L’axe 10 traverse le plan Pi au niveau du point de coordonnées 0 cm en abscisse et 0 cm en ordonnée. L’axe z de la figure 2, qui est perpendiculaire aux axes x et y, représente la densité de particules chargées par cm2. Ici, l’axe z est gradué dans une unité arbitraire "ua" proportionnelle à la densité de particules chargées par cm2. Cette unité ua est la même dans toutes les figures représentant une distribution spatiale de particules chargées.
[0036] Comme illustré par la distribution spatiale 46, la densité de particules chargées présente un maximum, noté Dmaxi, au niveau de l’axe 10. Ensuite, cette densité diminue progressivement et continûment au fur et à mesure que l’on s’éloigne de l’axe 10 jusqu’à atteindre une valeur nulle ou pratiquement nulle en dehors du cône à l’intérieur duquel sont contenues l’essentiel des particules chargées du faisceau. Par exemple, dans le cas du faisceau 26, la densité Dmaxi est égale à 16 ua.
[0037] La distribution spatiale 46 est symétrique par rapport à l’axe 10. Ainsi, la façon dont la densité des particules chargées diminue lorsque l’on s’éloigne de l’axe 10 en suivant une direction prédéterminée contenue dans le plan Pi est la même quelle que soit cette direction prédéterminée.
[0038] Classiquement, la distribution spatiale 46 présente une géométrie gaussienne. Autrement dit, lorsqu’on observe une coupe de la distribution spatiale 46 le long d’un plan contenant l’axe 10, on obtient une courbe 48 (figure 3) en forme de cloche. Sur la figure 3, la courbe 48 est celle obtenue le long d’un plan de coupe perpendiculaire à l’axe x des abscisses. Plus précisément, la courbe 48 est ici, par exemple, une fonction gaussienne.
[0039] La courbe 48 montre l’homogénéité de la distribution spatiale des particules chargées dans le plan Pi. Plus précisément, dans ce texte, l’homogénéité de la distribution spatiale des particules chargées est représentée par une grandeur physique appelée "distance" et notée di dans le plan Pi. La distance di est la distance, exprimée en centimètre, qui sépare l’axe 10 du point du plan Pi où la densité des particules chargées est égale à Dmedi. La densité Dmedi est la densité médiane des particules chargées, c’est-à-dire la densité égale à Dmaxi/2. Plus la distance di est importante, meilleure est l’homogénéité de la distribution spatiale des particules chargées dans le plan Pi. De plus, plus la distance di est importante, plus l’angle ai est important. Classiquement, l’homogénéité du faisceau 26 est médiocre. Par exemple ici, la distance di est inférieure à 0,5 cm et l’angle ai est faible.
[0040] Le matériel 30 est interposé, le long de l’axe 10, entre la fenêtre 44 et l’ouverture 22, pour modifier l’homogénéité et l’angle d’ouverture du faisceau 26 de manière à obtenir le faisceau 8 qui présente une homogénéité souhaitée et l'angle d’ouverture a2. L’homogénéité souhaitée et l’angle d’ouverture a2 sont des caractéristiques prédéterminées et imposées par l’utilisateur de la tête 2. Ces caractéristiques sont donc des données connues à l’avance et donc même avant la conception de la tête 2.
[0041] A titre d’illustration, la figure 4 représente une distribution spatiale 50 des particules chargées pour le faisceau 8. La distribution spatiale 50 est identique à la distribution spatiale 46 sauf que :
- la densité maximale au niveau de l’axe 10 est notée Dmax2,
- la densité médiane est notée Dmed2, et
- la distance qui sépare l'axe 10 du point où la densité de particules chargées est égale à Dmed2, est notée d2.
[0042] Autrement dit, la distance d2 est définit comme la distance di sauf qu’elle est mesurée dans la distribution spatiale du faisceau 8. Sur la figure 4, Dmax2 est de l'ordre de 0,0008 ua. [0043] Ici, l’homogénéité du faisceau 8 est au moins deux fois ou quatre fois ou dix fois supérieure à l’homogénéité du faisceau 26. Ainsi, la distance d2 est deux fois, quatre fois ou dix fois supérieure à la distance di.
[0044] Dans ce premier mode de réalisation, pour mettre en forme le faisceau 26 afin d’obtenir le faisceau 8, le matériel 30 comporte uniquement un capteur 60 de l’intensité du faisceau 8. Autrement dit, entre la fenêtre 44 du canon 24 et le capteur 60 et entre le capteur 60 et l’ouverture 22, la tête 2 est dépourvue de tout autre matériel de mise en forme tel qu’un dispositif égalisateur ou un collimateur, capable de modifier l’homogénéité et/ou l’angle d’ouverture du faisceau 8.
[0045] L’architecture et la conception du capteur 60 sont décrites plus en détail en référence aux figures 5 et 6 suivantes.
[0046] Le capteur 60 transmet l’intensité mesurée du faisceau 8 à l’unité 32 de commande. Par exemple, pour cela, le capteur 60 est raccordé, par l’intermédiaire d’une liaison filaire, à l’unité 32.
[0047] L’unité 32 commande le canon 24 en fonction de l’intensité du faisceau 8 mesurée par le capteur 60. Typiquement, l’unité 32 commande le canon 24 de manière à maintenir la dose de particules chargées appliquée sur la cible 4 égale ou pratiquement égale à une consigne Cd préenregistrée. Par exemple, pour cela, l’unité 32 commande la source 40 en fonction d’un écart entre l’intensité mesurée du faisceau 8 et une consigne d’intensité. A cet effet, l’unité 32 comporte un microprocesseur 62 et une mémoire 64. La mémoire 64 comporte les instructions exécutées par le microprocesseur 62 afin de commander le canon 24.
[0048] La figure 5 représente plus en détail un exemple possible d’agencement du capteur 60. Dans cet exemple de réalisation, l’architecture du capteur 60 est identique à celle décrite en référence à la figure 2 de la demande WO2017198630. Ainsi, pour plus de détail sur l’architecture du capteur 60, le lecteur peut consulter cette demande.
[0049] Le capteur 60 est un capteur à semi-conducteur. Plus précisément, le capteur 60 comporte une zone active 70 apte à générer des charges électriques lorsqu’elle est traversée par des particules chargées. A cet effet, la zone 70 est située sur l’axe 10. Ici, elle est centrée sur l’axe 10. Plus précisément, dans ce mode de réalisation, la zone 70 est un cylindre de révolution dont l’axe de révolution est confondu avec l’axe 10.
[0050] La zone 70 présente une face 72 d’entrée située dans le plan Pi et directement exposée au faisceau 26. La zone 70 comporte aussi une face 74 de sortie située dans un plan P2 perpendiculaire à l’axe 10. Le faisceau 26 ressort du capteur 60 par la face 74 et forme le faisceau 8. Dans le plan P2, la distribution spatiale des particules chargées est, par exemple, celle représentée sur la figure 4. [0051] La zone 70 comporte une région 76 de déplétion également appelée « zone de charge d’espace ». Cette région 76 produit des porteurs de charge d’un premier type et des porteurs de charge d’un second type lorsqu’elle est traversée par les particules chargées du faisceau 26. Cette région 76 est située entre la face 72 et une limite représentée par un trait en pointillés parallèle à la direction Y dans la figure 5.
[0052] A cet effet, dans cet exemple, la zone 70 comporte une couche semi- conductrice 78 et une couche conductrice 80 directement déposées sur la face de la couche 78 tournée vers le canon 24. La face 72 est ici formée par la face extérieure de la couche 80 tournée vers le canon 24. La face 74 de la zone 70 est formée par la face de la couche 78 tournée vers la cible 4. L'épaisseur e, de la couche 78 est la distance, le long de l'axe 10, entre ses deux faces opposées. Ici, cette épaisseur est constante à l'intérieur de toute la zone 70.
[0053] La région 76 est située dans la région de la couche 78 en contact avec la couche conductrice 80. L’association des couches 78 et 80 forme une jonction à effet redresseur et plus précisément une « diode Schottky » dans ce mode de réalisation.
[0054] Le matériau semi-conducteur utilisé pour réaliser la couche 78 comporte deux bandes d’énergie connues sous les termes, respectivement, de « bande de valence » et « bande de conduction ». Dans le cas des matériaux semi-conducteurs, ces deux bandes d’énergie sont séparées l’une de l’autre par une bande interdite plus connue sous le terme anglais de « gap ». De préférence, le matériau semi- conducteur utilisé pour réaliser la couche 78 est un matériau semi-conducteur à grand gap, c’est-à-dire un matériau semi-conducteur présentant un gap dont la valeur est au moins deux fois supérieure à la valeur du gap du silicium. Typiquement, le gap du matériau semi-conducteur utilisé pour la couche 78 est donc supérieur à 2,3 eV.
[0055] Ici, la couche 78 est réalisée en carbure de silicium SiC-4H. Dans cette description, l’expression « un élément réalisé en matériau X » signifie que le matériau X représente au moins 70% ou 80 % ou 90% de la masse de cet élément. Ici, la couche semi-conductrice 78 est en plus dopée. Par exemple, lorsque la couche semi-conductrice 78 est réalisée en carbure de silicium, un dopage P peut être obtenu par implantation d’atomes de bore et, alternativement, un dopage N peut être obtenu par implantation d’atomes d’azote.
[0056] La couche conductrice 80 est par exemple réalisée en métal telle que du cuivre, du zinc ou de l’or.
[0057] Dans ce mode de réalisation, les couches 78 et 80 s’étendent transversalement au-delà de la zone 70 pour former une partie périphérique 84 qui entoure complètement la zone active 70. Contrairement à la zone 70, la partie périphérique 84 n’est pas traversée par le faisceau de particules chargées. La portion 86 de la couche conductrice 80 qui s’étend au-delà de la zone 70 forme une première électrode qui collecte les porteurs de charge du premier type produit par la région 76. [0058] Ici, l’épaisseur de la couche semi-conductrice 78 dans la partie périphérique 84 est supérieure à l’épaisseur e,, de sorte qu’elle forme les parois latérales d’un trou borgne 88 dont le fond est confondu avec la face 74. La projection orthogonale de la paroi latérale du trou 88 sur le plan P2 entoure complètement la face 74.
[0059] Enfin, uniquement dans la partie périphérique 84, la face de la couche semi- conductrice 78 qui est tournée vers la cible 4 est recouverte d’une couche conductrice 90. La couche conductrice 90 est par exemple réalisée dans le même matériau conducteur que la couche conductrice 80. La couche conductrice 90 forme une seconde électrode qui collecte les porteurs de charge du second type produit par la région 76.
[0060] Par exemple, la face 74 est structurée comme décrit dans la demande WO2017198630A1. De même, des billes de métal peuvent être introduites dans la couche semi-conductrice 78 comme décrit dans cette même demande de brevet. [0061] Le procédé de fabrication de la tête 2 va maintenant être décrit en référence à la figure 6.
[0062] Initialement, lors d’une étape 100, les différentes caractéristiques du faisceau 8 qui doivent être générées par la tête 2 sont acquises. Ces caractéristiques comportent notamment le type de particules chargées et la gamme d’énergie du faisceau 8.
[0063] Ensuite, lors d’une étape 102, un canon 24 capable de générer un faisceau avec les mêmes particules chargées et sur une plage d’énergie qui englobe la gamme d’énergie souhaitée pour le faisceau 8 est fourni. Par exemple, ce canon 24 est construit ou acheté. Dès lors, à ce stade, les différentes caractéristiques du faisceau 26 sont connues. En particulier, son angle ai et la distance di sont alors connus ou déterminables.
[0064] Débute alors une phase 104 de conception et de fabrication du capteur 60 pour que celui-ci remplisse à lui seul à la fois :
- la fonction de mesure de l’intensité du faisceau 8, et
- la fonction de matériel de mise en forme pour transformer le faisceau 26 en faisceau 8.
[0065] A ce stade, il est précisé que dans l’état de l’art, il n’a jamais été imaginé qu’un capteur à semiconducteur peut modifier substantiellement et à lui seul l’homogénéité et l’angle d’ouverture du faisceau de particules chargées qui le traverse. Ici, par « substantiellement modifié », on désigne une modification qui permet d’obtenir une distance d2 au moins deux fois et, de préférence, au moins quatre ou dix fois supérieure à la distance di. Au contraire, dans l'état de l'art, l'épaisseur e, est systématiquement choisie aussi faible que possible pour maximiser le taux de transmission du capteur. Le taux de transmission d'un capteur est égal au ratio lout/ n, ou Ut et lin sont les intensités des faisceaux, respectivement, sortant et entrant du capteur. Or, un tel capteur à semi-conduteur avec une très faible épaisseur e, ne modifie pas substantiellement l’homogénéité du faisceau qui le traverse.
[0066] Ici, cette idée est exploitée pour concevoir un capteur 60 qui, à lui seul, permet de transformer le faisceau 26 en faisceau 8 sans l’aide de matériel additionnel de mise en forme du faisceau.
[0067] A cet effet, lors d’une étape 110, le matériau semi-conducteur dans lequel doit être réalisé la couche semi-conductrice 78 est d’abord sélectionné dans la liste des matériaux semi-conducteurs qui sont de bons candidats pour fabriquer la zone active 70. Ici, ce matériau semi-conducteur est le carbure de silicium SiC-4H. A ce stade, les différentes caractéristiques du matériau semi-conducteur choisi sont donc connues. En particulier, la densité du matériau choisi est connue.
[0068] Ensuite, lors d’une étape 112, l’épaisseur e, de la couche semi-conductrice 78 est ajustée pour que la distribution spatiale des particules chargées du faisceau 8 dans le plan P2 soit substantiellement modifiée par rapport à la distribution spatiale 46 du faisceau 26 dans le plan Pi. Ainsi, ici, a minima, l’épaisseur e, est ajustée pour que la distance d2 soit au moins deux fois supérieure à la distance di.
[0069] Pour cela, il est procédé par essais successifs de plusieurs valeurs possibles de l’épaisseur e, jusqu’à obtenir une ou plusieurs épaisseurs e, qui satisfont différents critères de sélection. Parmi ces différents critères de sélection, au moins l’un d’entre eux conduit systématiquement à sélectionner une valeur pour l’épaisseur e, telle que la distance d2 soit supérieure à deux fois la distance di. Ici, ce premier critère de sélection est le suivant :
- Critère 1) : l’épaisseur e, sélectionnée correspond à une distance d2 supérieure à un seuil dmin2, où le seuil dmin2 est supérieur à deux fois la distance di.
[0070] Par exemple, lors d’une opération 116, plusieurs valeurs possibles de l’épaisseur e, sont choisies. Les valeurs sont choisies comprises dans un intervalle [emin, ; emax] et sont espacées les unes des autres d’un pas, par exemple, régulier. La valeur emin, est par exemple supérieure ou égale à l’épaisseur minimale que doit avoir la couche semi-conductrice 78 de manière à permettre la mesure de l’intensité du faisceau 8. La valeur emax, est cinq, ou dix ou cinquante fois plus grande que la valeur emin,. Généralement, la valeur emax, est inférieure à 1 cm ou 5 mm. Par exemple, ici, la valeur emin, est égale à 50 pm, alors que la valeur minimale de l’épaisseur e, qui permet de mesurer l’intensité du faisceau 8 est plutôt de l’ordre de 10 pm. Ici, la valeur emax, est égale à 1 mm.
[0071] Le pas régulier est choisi pour que le nombre d’essais à réaliser soit raisonnable. Par exemple, le pas choisi est de 50 pm.
[0072] Ensuite, lors d’une opération 118, la valeur de la distance d2 correspondant à chacune des valeurs de l’épaisseur e, choisies lors de l’opération 116, est déterminée. Ici, de plus, lors de l’opération 118, la valeur de l’angle a2 et du taux T2 de transmission du capteur 60 correspondant à chacune des valeurs choisies de l’épaisseur e, sont également déterminées. [0073] A cet effet, pour chaque valeur de l’épaisseur e, choisie, la distribution spatiale des particules chargées du faisceau dans le plan P2 est d’abord construite par simulation numérique. Par exemple, une telle simulation numérique est réalisée en utilisant le logiciel MCNP (Monte-Carlo N-Particules transport code) ou le logiciel Géant (GEometry ANd Tracking). Ces logiciels permettent de modéliser le faisceau 26 et la zone active 70. Ensuite, en mettant en œuvre des simulations de Monte- Carlo, ils construisent la distribution spatiale des particules chargées dans un plan quelconque dont l'emplacement le long de l’axe 10 est spécifié. Ainsi, pour obtenir la distribution spatiale dans le plan P2, la position et les différentes caractéristiques du faisceau 26 et des couches 78 et 80 sont modélisées et introduites dans ce logiciel. Les caractéristiques du faisceau 26 sont celles choisies lors des étapes 100 et 102. Les positions des plans Pi et P2 sont aussi spécifiées. Lors de la simulation, les caractéristiques suivantes sont également introduites dans le logiciel de simulation :
- les caractéristiques du matériau semi-conducteur utilisé pour réaliser la couche semiconductrice 78 et notamment sa densité et son épaisseur e,,
- éventuellement, les caractéristiques du matériau conducteur utilisé pour réaliser la couche conductrice 80 et notamment sa densité et son épaisseur, et
- la position du capteur 60 par rapport à la fenêtre 44 telle que précédemment décrite au regard de la figure 1.
[0074] Enfin, en plus de la distribution spatiale des particules chargées dans les plans Pi et P2, ces logiciels permettent aussi de déterminer en même temps :
- les intensités lin et Ut du faisceau de particules chargées au niveau des plans, respectivement, Pi et P2,
- l’angle d’ouverture du faisceau 8.
[0075] Une fois que la distribution spatiale du faisceau dans le plan P2 est construite, la valeur de la distance d2 est ensuite déterminée. Pour cela, par exemple :
- la densité maximale Dmax2 est relevée au niveau du point de coordonnées (0 cm; 0 cm), puis
- la densité médiane Dmed2 est calculée à l’aide de la relation suivante : Dmed2 = Dmax2/2, puis
- les coordonnées d’un point où la densité de particules chargées est égale à la densité Dmed2 sont relevées, et enfin,
- la distance entre ce point relevé et le point de coordonnées (0 cm; 0 cm) est calculée.
[0076] Cette distance calculée est la distance d2 de la distribution spatiale du faisceau dans le plan P2.
[0077] Une telle simulation numérique permet aussi de déterminer le nombre de particules chargées qui traverse les plans Pi et P2 pendant un intervalle de temps prédéterminé. Les intensités lin et Ut sont alors déduites de ces informations.
[0078] L’angle d’ouverture du faisceau 8 simulé qui ressort par la face 74 est aussi déterminé. [0079] A chaque fois qu’une valeur spécifique de l’épaisseur e, est simulée, cette valeur spécifique est enregistrée sur une ligne d’une table de résultat et les valeurs de la distance d2, du taux T2 et de l’angle a2 correspondantes à cette épaisseur sont enregistrées sur la même ligne.
[0080] La figure 4 est un premier exemple de distribution spatiale obtenue par simulation numérique lorsque l’épaisseur e, est prise égale à 200 pm. Les figures 7 à 9 représentent des distributions spatiales identiques sauf que celles-ci sont obtenues pour des épaisseurs e, égales à, respectivement, 50 pm, 100 pm et 300 pm. Comme le montrent les figures 4 et 7 à 9, la distance d2 augmente fortement en fonction de l’épaisseur e,.
[0081] Ensuite, lors d’une opération 120, la valeur de l’épaisseur e, à utiliser pour fabriquer le capteur 60 est sélectionnée parmi les différentes valeurs simulées lors de l’opération 118. Pour cela, ici, en plus du critère 1) de sélection, des critères supplémentaires de sélection sont utilisés. Plus précisément, les deux critères supplémentaires de sélection suivants sont utilisés :
- Critère 2) : l’épaisseur e, doit correspondre à un taux T2 de transmission supérieur à un seuil T , et
- Critère 3) : l’épaisseur e, doit correspondre à une valeur de l’angle a2 supérieure à un seuil amin2.
[0082] Par exemple, le seuil Tmin2 est supérieur à 0,4 ou 0,5 et, de préférence, supérieur à 0,7 ou 0,9. Le seuil amin2est par exemple supérieur à deux ou quatre ou dix fois l'angle ai.
[0083] L’ordre de priorité entre les trois critères 1) à 3) est ici le suivant : le critère 1) est plus important que le critère 2), le critère 2) est plus important que le critère 3). [0084] Dès lors, les différentes valeurs de l’épaisseur e, de la table de résultat qui satisfont le critère 1) sont d’abord sélectionnées. Ensuite, s’il existe plusieurs valeurs de l’épaisseur e, qui satisfont le critère 1), seules les valeurs de l’épaisseur e, qui satisfont en plus le critère 2) sont sélectionnées.
[0085] Si à ce stade, il existe toujours plusieurs valeurs possibles de l’épaisseur e, qui satisfont à la fois les critères 1) et 2), alors parmi l’ensemble de ces valeurs possibles, seules les valeurs de l’épaisseur e, qui satisfont en plus le critère 3) sont sélectionnées.
[0086] Enfin, si à ce stade, il existe toujours plusieurs valeurs possibles de l’épaisseur e, qui satisfont à la fois les critères 1) à 3), une seule d’entre elles est sélectionnée. Par exemple, c’est la plus petite de ces valeurs qui est sélectionnée. [0087] L’ajustement de l’épaisseur e, est alors terminé. Les autres opérations de conception du capteur 60 sont, par exemple, conventionnelles et ne sont pas décrites ici.
[0088] La phase 104 de conception du capteur 60 est alors terminée. Par exemple, ici, c’est l’épaisseur e, égale à 200 pm qui a été sélectionnée pour fabriquer la tête 2. [0089] Lors d’une étape 130, le capteur 60 conçu lors de la phase 104 est fabriqué. Lors de cette étape, la couche semi-conductrice 78 est réalisée de manière à présenter l’épaisseur e, sélectionnée lors de l’étape 120.
[0090] Ensuite, lors d’une étape 132, la tête 2 d’irradiation est fabriquée. Pour cela, le canon 24 fourni lors de l’étape 102 et le capteur 60 fabriqué lors de l’étape 130 sont assemblés et fixés à l’intérieur du boîtier 20 pour obtenir l’agencement décrit en détail en référence à la figure 1.
[0091] Chapitre II : Variantes.
[0092] Variantes du capteur :
[0093] De nombreux autres modes de réalisation du capteur 60 sont possibles. Par exemple, la région 76 de déplétion peut aussi être formée sous la forme d’une diode PN ou d’une diode PiN ou par la région de déplétion d’un transistor à effet de champ. En particulier, les différentes architectures d’un capteur à semi-conducteur décrit dans la demande WO2017198630A1 peuvent être mises en œuvre pour concevoir un capteur à semi-conducteur susceptible d’être utilisé à la place du capteur 60 et remplissant les mêmes fonctions.
[0094] En variante, le trou borgne 88 est omis.
[0095] D’autres matériaux que le carbure de silicium sont possibles pour réaliser la couche semiconductrice 78. Par exemple, en variante, la couche semiconductrice 78 est réalisée en diamant ou en alliage semi-conducteur composé d’éléments de la colonne lll-V ou ll-VI.
[0096] Les couches conductrices 80, 90 peuvent être réalisées dans d’autres matériaux conducteurs qu’un métal. Par exemple, en variante, elles sont réalisées en graphène mono ou multicouches. Elles peuvent aussi être réalisées dans d’autres métaux comme le nickel, l’aluminium, le titane ou le tungstène. Les couches 80 et 90 ne sont pas nécessairement réalisées dans les mêmes matériaux conducteurs.
[0097] La structuration de la face 74 peut être omise. De même, l’incorporation de billes métalliques dans la couche semi-conductrice 78 peut aussi être omise.
[0098] Variantes du procédé de fabrication :
[0099] La couche 80 a peu d'influence sur la distribution spatiale des particules chargées dans le plan P2. Ainsi, dans une variante simplifiée, seule la couche 78 est modélisée dans le logiciel de simulation. De même, il n'est pas nécessaire de modéliser les parties du capteur 60 qui ne sont pas traversées par le faisceau comme, par exemple, la partie périphérique 84.
[00100] En variante, les distributions spatiales ne sont pas déterminées par simulation numérique mais expérimentalement. Par exemple, pour cela, une grille de capteurs est placée dans le plan Pi. Ces capteurs sont par exemple disposés à intervalles réguliers dans les directions X et Y. Chaque capteur mesure localement l’intensité du faisceau de particules chargées à l’emplacement où il se trouve. L’intensité du faisceau de particules chargées à un emplacement particulier dépend du nombre de particules chargées reçues pendant un intervalle de temps à cet emplacement et donc de la densité de particules chargées à cet emplacement. Cette grille de capteur permet donc de mesurer la distribution spatiale des particules chargées dans le plan contenant cette grille de capteurs. Ensuite, une couche semiconductrice 78 d’une épaisseur e, choisie est placée entre les plans Pi et P2 et la grille de capteurs est placée dans le plan P2, c’est-à-dire juste derrière la couche semiconductrice testée. Aucune grille de capteurs n’est placée dans ce cas en amont de la couche semiconductrice, c'est-à-dire du côté tourné vers le canon 24. Dans cette configuration, la grille de capteurs permet de mesurer la distribution spatiale des particules chargées dans le plan P2 en présence de la couche semi- conductrice. Ensuite, il est procédé comme décrit précédemment, c’est-à-dire que différentes épaisseurs de la couche semiconductrice sont successivement essayées jusqu’à trouver l’épaisseur qui convienne. Il est aussi possible d'utiliser un seul capteur au lieu d'une grille de plusieurs capteurs. Dans ce dernier cas, cet unique capteur est déplacé dans le plan où l'on souhaite relever la distribution spatiale des particules chargées afin de mesurer l'intensité du faisceau à différents emplacements de ce plan.
[00101] D’autres modes de réalisation de l’opération de sélection de l’épaisseur e, à utiliser pour fabriquer le capteur 60 sont possibles. En variante, des critères supplémentaires peuvent être pris en compte pour sélectionner la valeur de l’épaisseur e, à utiliser. Par exemple, un critère supplémentaire peut être d’imposer que la valeur de l’épaisseur e, soit inférieure à un seuil maximum afin de prendre en compte des contraintes de fabrication.
[00102] A l’inverse, le nombre de critères de sélection peut aussi être réduit. Par exemple, en variante, l’un des critères 2) et 3) est omis ou remplacé par un autre critère. Lorsque les critères 2) et 3) sont omis, la détermination lors de l’opération 118 du taux T2 de transmission et/ou de la valeur de l’angle a2 peut alors être omise. [00103] L’ordre de priorité entre les différents critères de sélection peut aussi être modifié. Par exemple, la priorité du critère 3) peut être plus importante que celle du critère 1) ou 2).
[00104] Le critère 3) peut être remplacé ou complété par un critère qui impose une valeur maximale à l’angle a2.
[00105] D'autres grandeurs physiques que la distance di ou d2, peuvent être utilisées en tant que mesure de l'homogénéité d'une distribution spatiale de particules chargées. Toutefois, quelle que soit la grandeur physique utilisée, celle-ci est représentative d'une distance di ou d2. Typiquement, il existe une correspondance biunivoque ("one-to-one correspondence" en anglais) entre les valeurs de cette grandeur physique et les valeurs de la distance di ou d2. Par exemple, une grandeur physique représentative de la distance di ou d2 est l'écart type ou la variance de la distribution spatiale. L'écart type de la distribution spatiale est, par exemple, calculé à partir des données d'une coupe transversale de la distribution spatiale telle que celle représentée sur la figure 3. Le rapport Dmax2/Dmaxi est aussi une grandeur physique représentative de l'homogénéité de la distribution spatiale. En effet, plus ce rapport est petit, plus l'homogénéité de la distribution spatiale secondaire est importante par rapport à la distribution spatiale primaire. De même, d'autres distances que la distance di ou d2 sont utilisables. Par exemple, il est possible d'utiliser une distance d2' entre l'axe 10 et un point où la densité de particules chargées est égale à une densité prédéterminée D2, où la densité D2 est inférieure à la densité Dmax2 et différente de la densité Dmed2. Il est aussi possible d'utiliser une distance entre deux points correspondant à deux densités prédéterminées différentes, respectivement, D2 et D3, où la densité D3 est différente de la densité D2.
[00106] Autres variantes :
[00107] En variante, la section transversale du faisceau 8 n’est pas nécessairement circulaire. Autrement dit, le cône qui délimite le faisceau 8 en sortie de la tête 2 n’est pas nécessairement un cône de révolution.
[00108] Le procédé de fabrication décrit ici s’applique aussi pour la fabrication de têtes d’irradiation de faisceaux de particules chargées de plus faible énergie et notamment pour des faisceaux de particules chargées dont l’énergie est inférieure à 1 MeV ou 100 keV ou 10 keV.
[00109] Le faisceau n’est pas nécessairement un faisceau d’électrons. Le procédé de fabrication décrit ici s’applique à tout type de faisceau de particules chargées. Par exemple, les particules chargées appartiennent au groupe composé des électrons, des positons, des protons et des particules lourdes chargées. Les particules lourdes chargées comportent toutes les particules comportant un noyau. Par exemple, il s’agit de particules a, des ions de carbone, des ions de cuivre ou des ions d’or. [00110] En fait, pour toutes particules chargées choisies, pour tout matériau semi- conducteur choisi pour la couche 78 et pour toute énergie choisie du faisceau 26, il existe au moins une épaisseur e, qui permet de modifier substantiellement la distribution spatiale du faisceau 26. Toutefois, si l'étape 112 conduit à sélectionner une épaisseur e, qui n'est pas compatible avec d'autres contraintes de fabrication, comme par exemple l'encombrement du capteur 60, alors l'un des choix précédents peut être modifié puis l'étape 112 réitérée. Par exemple, un autre matériau semiconducteur est sélectionné pour la couche 78.
[00111] Dans un autre mode de réalisation, le faisceau 8 n’est pas un faisceau pulsé mais un faisceau continu.
[00112] L'unité 32 de commande peut aussi être placée en dehors du boîtier 20. [00113] En variante le matériel 30 comporte, en plus du capteur 60, un dispositif égalisateur et/ou un collimateur. Dans ce cas, de préférence, ce dispositif égalisateur et/ou ce collimateur est placé en amont du capteur 60. Dans cette variante, puisque le capteur est conçu pour faire une partie du travail de mise en forme du faisceau, le dispositif égalisateur et/ou le collimateur sont plus simples et moins encombrant.
[00114] Chapitre III : Avantages des modes de réalisation décrits :
[00115] Le choix d’une épaisseur e, de la couche semiconductrice qui permet d’améliorer l’homogénéité du faisceau de particules chargées par un facteur d’au moins deux permet de simplifier la tête d’irradiation. Par exemple, lorsque le capteur à semiconducteur permet d’atteindre l’homogénéité souhaitée du faisceau 8 sans aucun autre dispositif égalisateur que le capteur lui-même, alors cela limite l’encombrement de la tête d’irradiation. En effet, aucun dispositif égalisateur supplémentaire n’est nécessaire. De plus, lorsqu’un dispositif égalisateur autre que le capteur est utilisé dans une tête d’irradiation, il absorbe une partie des particules du faisceau 8. Ainsi, la tête d’irradiation décrite ici, en éliminant tout dispositif égalisateur supplémentaire, limite aussi le problème d’absorption des particules chargées par ces dispositifs égalisateurs supplémentaires.
[00116] Dans le cas où l’épaisseur de la couche semi-conductrice du capteur ne permet pas d’atteindre l’homogénéité souhaitée ou l’angle d’ouverture souhaité pour le faisceau 8, un dispositif égalisateur supplémentaire ou un collimateur supplémentaire peut être utilisé en complément du capteur. Toutefois, même dans ce cas, l’utilisation du capteur décrit ici permet de simplifier ce dispositif égalisateur ou ce collimateur, car une partie substantielle du travail de mise en forme du faisceau de particules chargées est réalisée par le capteur. Ainsi, le nombre et/ou la structure du dispositif égalisateur supplémentaire et/ou du collimateur supplémentaire sont simplifiés. Dès lors, même dans ce dernier cas, le capteur décrit ici permet de simplifier la tête d’irradiation et donc d’en limiter l’encombrement tout en limitant en même temps le problème d’absorption de particules chargées par le matériel de mise en forme.
[00117] La détermination par simulation numérique de la distribution spatiale simplifie la mise en œuvre du procédé de fabrication de la tête d’irradiation.
[00118] La sélection de l’épaisseur de la couche semi-conductrice de manière à augmenter le taux de transmission du capteur permet d’obtenir à la fois un capteur fortement transparent au faisceau de particules chargées tout en étant capable de substantiellement homogénéiser ce faisceau de particules chargées.
[00119] La sélection de l’épaisseur de la couche semi-conductrice de manière à augmenter substantiellement l’angle d’ouverture du faisceau de particules chargées permet d’obtenir à la fois un capteur qui augmente substantiellement l’angle d’ouverture tout en étant capable, en même temps, de substantiellement homogénéiser le faisceau de particules chargées.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication d'une tête d'irradiation d'une cible avec un faisceau de particules chargées, ce procédé comportant :
- la fourniture (102) d'un canon à particules chargées comportant une fenêtre de tir à partir de laquelle est émis un faisceau primaire de particules chargées le long d'un axe de propagation, ce faisceau primaire de particules chargées présentant une distribution spatiale primaire de particules chargées dans un premier plan perpendiculaire à l'axe de propagation et situé à une distance prédéterminée de la fenêtre de tir, cette distribution spatiale primaire comportant une densité maximale Dmaxi de particules chargées sur l'axe de propagation et une densité médiane Dmedi de particules chargées égale à la moitié de la densité maximale Dmaxi, cette densité médiane Dmedi étant située à une distance di de l'axe de propagation dans une première direction perpendiculaire à l'axe de propagation,
- la conception et la fabrication (104) d'un capteur apte à mesurer l'intensité d'un faisceau de particules chargées, ce capteur comportant :
- une zone active apte à interagir avec les particules chargées pour produire des charges électriques lorsque cette zone active est traversée par le faisceau de particules chargées, cette zone active comportant :
- une face d'entrée qui s'étend dans le premier plan et qui est centrée sur l'axe de propagation,
- une face de sortie par l'intermédiaire de laquelle ressort le faisceau de particules chargées qui est reçu sur la face d'entrée, le faisceau qui ressort de cette face de sortie étant appelé "faisceau secondaire", cette face de sortie s'étendant dans un second plan parallèle au premier plan, le faisceau secondaire de particules chargées présentant une distribution spatiale secondaire dans le second plan, cette distribution spatiale secondaire comportant une densité maximale Dmax2 de particules chargées sur l'axe de propagation et une densité médiane Dmed2 de particules chargées égale à la moitié de la densité maximale Dmax2, cette densité médiane Dmed2 étant située à une distance d2 de l'axe de propagation dans la première direction, - une couche semiconductrice interposée entre les faces d'entrée et de sortie et parallèle à ces faces d'entrée et de sortie, et - des électrodes pour capter les charges électriques produites par la zone active, l'intensité du courant entre ces électrodes étant représentative de l'intensité du faisceau de particules chargées qui traverse ce capteur, la conception du capteur comportant :
- la sélection (110) du matériau semi-conducteur utilisé pour réaliser la couche semiconductrice, et
- l'ajustement (112) de l'épaisseur de la couche semi-conductrice, caractérisé en ce que l'ajustement de l'épaisseur de la couche semiconductrice comporte la sélection (120) d'une épaisseur pour laquelle la distance d2 est deux fois supérieure à la distance di.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'ajustement (112) de l'épaisseur de la couche semiconductrice comporte :
- le choix (116) de plusieurs épaisseurs possibles pour la couche semiconductrice, puis
- pour chacune des épaisseurs choisies, la détermination (118), par expérimentation ou par simulation, d'une grandeur physique représentative de la distance d2, puis
- la sélection (120), parmi les différentes épaisseurs possibles choisies, d'une épaisseur pour laquelle la grandeur physique déterminée correspond à une distance d2 deux fois supérieure à la distance di.
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la détermination (118) de la grandeur physique comporte la détermination par simulation numérique de la distribution spatiale secondaire puis le calcul de la valeur de la grandeur physique à partir de la distribution spatiale déterminée.
4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel la simulation numérique est réalisée en utilisant le logiciel MCNP (Monte-Carlo N-Particule transport code) ou le logiciel Géant (GEometryANd Tracking).
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'ajustement (112) de l'épaisseur de la couche semiconductrice comporte la sélection (120) d'une épaisseur pour laquelle la distance d2 est quatre fois supérieure à la distance di.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'ajustement (112) de l'épaisseur de la couche semiconductrice comporte la sélection (120) d'une épaisseur pour laquelle, en plus, le ratio t/lin est supérieur à 0,5 ou 0,7 ou 0,9, où lin et lout sont les intensités des faisceaux, respectivement, primaire et secondaire.
7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel les intensités lin et Ut sont établies à partir, respectivement, des distributions spatiales primaire et secondaire.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'ajustement (112) de l'épaisseur de la couche semiconductrice comporte la sélection (120) d'une épaisseur pour laquelle, en plus, l'angle solide du faisceau secondaire est deux fois supérieur à l'angle solide du faisceau primaire.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le procédé comporte aussi la détermination, par expérimentation ou par simulation, de la grandeur physique représentative de la distance di.
10. Tête d'irradiation d'une cible avec un faisceau de particules chargées, fabriquée par un procédé conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, cette tête d'irradiation comportant :
- un canon (24) à particules chargées comportant une fenêtre (44) de tir à partir de laquelle est émis un faisceau primaire (26) de particules chargées le long d'un axe (10) de propagation, ce faisceau primaire de particules chargées présentant une distribution spatiale primaire (46) de particules chargées dans un premier plan perpendiculaire à l'axe de propagation et situé à une distance prédéterminée de la fenêtre de tir, cette distribution spatiale primaire comportant une densité maximale Dmaxi de particules chargées sur l'axe de propagation et une densité médiane Dmedi de particules chargées égale à la moitié de la densité maximale Dmaxi, cette densité médiane Dmedi étant située à une distance di de l'axe de propagation dans une première direction perpendiculaire à l'axe de propagation, - un capteur (60) apte à mesurer l'intensité du faisceau de particules chargées, ce capteur comportant :
- une zone active (70) apte à interagir avec les particules chargées pour produire des charges électriques lorsque cette zone active est traversée par le faisceau de particules chargées, cette zone active comportant :
- une face (72) d'entrée qui s'étend dans le premier plan et qui est centrée sur l'axe de propagation,
- une face (74) de sortie par l'intermédiaire de laquelle ressort le faisceau de particules chargées qui est reçu sur la face d'entrée, le faisceau qui ressort de cette face de sortie étant appelé "faisceau secondaire", cette face de sortie s'étendant dans un second plan parallèle au premier plan, le faisceau secondaire (8) de particules chargées présentant une distribution spatiale secondaire (50) dans le second plan, cette distribution spatiale secondaire comportant une densité maximale Dmax2 de particules chargées sur l'axe de propagation et une densité médiane Dmed2 de particules chargées égale à la moitié de la densité maximale Dmax2, cette densité médiane Dmed2 étant située à une distance d2 de l'axe de propagation dans la première direction,
- une couche semiconductrice (78) interposée entre les faces d'entrée et de sortie et parallèle à ces faces d'entrée et de sortie, et
- des électrodes (86, 90) pour capter les charges électriques produites par la zone active, l'intensité du courant entre ces électrodes étant représentative de l'intensité du faisceau de particules chargées qui traverse ce capteur, caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche semiconductrice (78) est ajustée pour que la distance d2 soit deux fois supérieure à la distance di.
11. Tête selon la revendication 10, dans laquelle la tête est dépourvue de dispositif supplémentaire d'homogénéisation de la densité de particules chargées du faisceau de particules chargées situé, le long de l'axe de propagation, en amont ou en aval du capteur.
12. Tête selon l'une quelconque des revendications 10 à 11, dans laquelle la zone active comporte une jonction (76) à effet redresseur apte à basculer entre :
- un état passant dans lequel la jonction laisse passer un courant dans un sens, et - un état bloqué dans lequel la jonction s'oppose au passage du courant dans le sens opposé.
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