PEPITES status et perspectives - Conseil Scientifique du 30 Mars 2021 Marc Verderi, pour le groupe PEPITES - Indico

PEPITES
status et perspectives
Conseil Scientifique du 30 Mars 2021
Marc Verderi, pour le groupe PEPITES

                     PEPITES - CS 30 mars 2021   1

Plan
 PEPITES en bref
 Activités partenaires ANR
 Activités LLR
 Requête
 Perspectives

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PEPITES en bref
 PEPITES = Profileur à Electrons secondaires Pour Ions ThérapeutiquES
     Electrons secondaires pour le signal                                                                              pistes d’or     film d’or
     Couches Minces pour la construction                                                                              50 nm (0V),       50 nm
     But :                                                                                                             émettrices     (+100V),
           Réaliser un prototype entièrement fonctionnel < 10 µm WET                                                    électrons    électrode
           Faisceau de proton, énergies intermédiaires O(100 MeV), 1 pA – 10 nA                                                      collectrice
     Stratégie :
           Installer in fine le prototype à ARRONAX pour opérations de routine et retour d’expérience                  électrons
 Financements                                                                                                         secondaires
     ANR, 3 ans initialement, début: 01/10/2017, fin reportée deux fois (15 + 6 mois):
           Fin 30/09/2020  report cause électronique 31/12/2021  report Covid 30/06/2022
           Partenaires
               ARRONAX : études endommagements sous irradiations
               CEA/DEDIP : ASIC lecture courant bas-bruit, et grande gamme dynamique (105)
     P2IO, 2 ans, 01/10/2017 - 30/09/2019
           Études d’endommagements sous irradiations
               A servi à palier en partie la coupe ANR de 70 k€ pour ces études                  membrane
     P2IO PostDoc, 1 an, 01/05/2019 - 30/04/2020                                                CP1TM 1.5 µm    champ
                                                                                                                électrique             protons
           Pour Bruno Boyer, postdoc effectué au CEA/DEDIP
 Brevet:
     Déposé le 6 février 2018, délivré le 17 janvier 2020
     https://worldwide.espacenet.com/publicationDetails/biblio?II=0&ND=3&adjacent=true&local
      e=en_EP&FT=D&date=20190815&CC=WO&NR=2019154785A1&KC=A1#                                                           membrane
     En cours d’instruction à l’international                                                                         CP1TM 1.5 µm

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Activités partenaires ANR
Electronique (CEA), Endommagements (ARRONAX)

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Electronique (CEA)
 ASIC dédié développé au CEA, IRFU/DEDIP
     Olivier Gevin porteur
     Fikre tsigabu Gebreyohannes
       Postdoc ANR 18 mois 01/01/2019 - 30/06/2020 + 5 mois CEA, départ 14/11/2020
       Maintenant en CDI @ STMicroelectronics, à Aix en Provence
       Un excellent micro-électronicien…
 But:
     ASIC de lecture de courant, 32 voies
     Du O(fA) au O(nA) par voie
 Difficulté:
     Situation incertaine de la techno AMS 350 début 2019  XFAB 180 nm
       Adaptation à nouvel environnement de développement
       Re-créations de blocs développés/validés au DEDIP pour AMS 350 nm
     Retard de développement  report de 15 mois accordé par l’ANR
 Situation:
     ASIC « PEPITA-ASIC » soumis à fabrication le 01/05/2020, livré le 16/10/2020
     Carte de réception « PEPITA-BOARD » partie en fabrication le 22/03/2021
       Etroite collaboration entre CEA et Rémi + Yannick !
     Mise en œuvre de l’ASIC d’ici l’été et début campagne de tests !
       Vise fin 2021 / début 2022 pour utilisation sur détecteur !
     En lien étroit avec pilotage de PEPITAS sur Pyrame !
     On entre donc dans une phase intense de tests !                                 PEPITA-ASIC   PEPITA-ASIC
                                                                                        design          réel
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Endommagements (ARRONAX)
           Développement d’une méthodologie de caractérisation des endommagements générés par des
            irradiations par faisceaux de proton
               Techniques utilisées : microscopie optique, MEB, infrarouge (liaisons chimiques), AFM, XPS envisagé
           Mise en œuvre sur série d’échantillons Kapton, avant de l’appliquer au CP1
               Échantillons nus ici, puis avec strips, ou entièrement dorés

                             Imagerie face d’entrée                                              AFM - Face d’entrée
témoin

                optique                 MEB                  AFM
                                                                               centre faisceau     intermédiaire        bord faisceau
                                                                                                 AFM - Face de sortie
Irradié

          Charbel Koumeir, Guillaume Pipelier, Guy Louarn
           Irradiations supplémentaires au LSI (électrons 2 MeV) et CNSM (protons 10 keV - 2 MeV)
               Idée : séparer les effets électronique, recul nucléaire et interactions nucléaires dans les endommagements
               Motivation : à même dose déposée, dégâts par protons de 68 MeV > dégâts par e- du LSI ou protons du CSNSM
           Irradiations avec participation du LLR
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Activités LLR
Mécanique (Pascal + Vira & Farid), Electronique et connectique
(Yannick et Rémi), Pilotage et acquisition (Frédéric et Lorenzo)

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1ère installation sur site : enceinte pour PEPITES
 Installation 18 février 2021 à ARRONAX
                          1ère phase                  Enceinte = monobloc d’aluminium, usiné dans
                         d’installation               la masse.
                                                      Mise au catalogue Neyco depuis !

Ensemble final PEPITES
      sur ligne                                        Tenue spécifications vide 

 Installation après accords du GAMO ARRONAX et d’IBA
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Réalisation d’un démonstrateur
 Beaucoup d’éléments à fabriquer et à assembler
    Réalisation d’un démonstrateur à l’atelier pour vérifier / débugger au besoin
 Ce démonstrateur est aussi un « spare » PEPITES pour de futurs tests, hors ANR
    Un PEPITES « nomade »

 Merci à Vira et Farid pour la qualité de leurs réalisations !
 Suite du démonstrateur avec l’étrier (en cours)
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Construction des plans
 En deux étapes :
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   Collage du CP1 sur son cadre
   Dorure                                                                    se fripe,
                                                                              se froisse
 Le CP1 est un petit cauchemar à manipuler
   Se fripe, se froisse, se ratatine par effet électrostatique, s’effrite…

   Méthode collage revue
                                                                                           CP1 sur « liner »
     stress sur CP1
    éliminé !

 Dorure des plans est une opération longue                                                Puis liner retiré 
     2h pompage + 2h retour PA pour qcq secondes de dorure
     Opérations gracieusement faites par Denis Tondelier (LPICM)
     Mais ~30 plans à dorer…
     Accord LLR-LPICM : formation opérateurs et utilisation
      cloches évaporation LPICM par PEPITES

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Connectique
 Déport de l’électronique de lecture:
    ASIC de lecture initialement prévu « au plus
     près » du détecteur
      Dans l’enceinte à vide
      Car petits signaux
    Puis décision de déporter hors de l’enceinte
      1ère version puce + carte  risque élevé à ne
       pas accéder à la carte !
 Oblige à une connectique performante
    Transport des signaux dans l’enceinte
    Traversée vide – air
      64 signaux !
    Surcoût élevé connectique + traversée
      O(15 k€) !
 Réalisations:
    Connectique interne conçue
    Sortie des 64 signaux réalisée au travers
     d’un PCB dédié
      Premier test d’étanchéité 
      Vérification à venir après câblage
 Travail soigné de Pascal, Yannick et Rémi
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Dernières nouvelles !
 Translateur arrivé hier dans le bureau de Lorenzo:
   Long processus : provenance d’Angleterre, mais brexit  douane + livreur indélicat…

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 Lorenzo va assurer le pilotage du translateur dans Pyrame
 Pyrame, système choisi pour l’acquisition, écrit par Frédéric
   Système déjà utilisé sur les différents test en faisceau de PEPITES
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Requête

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Difficulté & demande d’aide
 Le surcout de la connectique bas-bruit grève le budget PEPITES
   Environ 15 k€ non prévus
   Dépense prohibitive…
 Une économie de cet ordre est possible sur la réalisation de la
  mécanique:
   En ne faisant pas sous-traiter
   Et en faisant réaliser à l’atelier
 Etant donné la qualité de réalisation du démonstrateur, nous
  sommes très tentés de capitaliser sur cette expérience

 Est-il possible de faire réaliser PEPITES à l’atelier de mécanique ?
   Moniteur final + spares (2)
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Perspectives

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Futur ?
 Thérapie flash fait de plus en plus parler d’elle
    Épargne tissus sains, tout en restant efficace sur les tumeurs
 Faisceau « flash » mal défini à ce stage
    A minima : pulse < 100 ms délivrant dose > 5 Gy
    Flash électron, flash proton
    A priori pas de « pencil beam » en si peu de temps…
 Sur les moniteurs : exigences élevées a priori
    Moniteurs classiques saturent  il faut innover !
    Chambre ionisation à très petit gap, détecteur diamant, …
 Vers un PEPITES-FLASH ?
    Avantages PEPITES:
       Signal SEE  pas de saturation !
       Mince  échauffements réduits
          Mais notion d’ « échauffement » pour quelques pulses de ms/µs ?      Si3N4+or
       Le démonstrateur en construction est envisagable pour des                ~2 cm2
        premières mesures de faisceaux flash !
    Cartouches supplémentaires:
       On peut faire encore plus mince pour le substrat polymère
       On peut faire aussi mince et plus résistant que les polymères (Si3N4)
    Donc, de sérieux atouts dans le domaine de la flash !
       Des idées à préciser dans l’année qui vient
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Conclusion
 Une grosse année pour PEPITES s’est ouverte
    Les travaux de conception sont essentiellement terminés
       Mécanique, électronique, connectique…
    Et nous sommes entrés dans une phase intense de constructions et de réalisations concrètes
 Avec:
    Mise en œuvre prochaine de l’électronique, suivie de sa caractérisation
       Conjointement avec le développement de l’acquisition dans Pyrame @ LLR
    Caractérisation et compréhension des endommagements sur irradiation
       En lien avec des irradiations réalisées conjointe par le LLR
    Construction du détecteur allant sur site
         Enceinte construite et installée à ARRONAX
         Construction en cours du démonstrateur à l’atelier
         Construction de la connectique bas-bruit, comprenant la traversée vide-air
         Construction des plans de strips
         Début cette semaine du pilotage du translateur
         …
 Une difficulté:
    La connectique bas-bruit non prévue au départ grève durement notre budget !
    Nous souhaiterions faire réaliser la construction de PEPITES à l’atelier au-delà du démonstrateur en cours
 Un futur pour PEPITES ?
    PEPITES a de sérieux atouts dans la perspective des thérapies FLASH
    Tournant à ne pas rater, à préciser dans l’année qui vient !

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