Vers des mesures précises du flux de particules : un enjeu clé pour la fiabilité des sections efficaces de production de radionucléides d'intérêt médical / Towards accurate beam flux measurements: a key for reliable production cross sections of medically relevant radionuclides

par Laurine Puren (Equipe PRISMA)

vendredi 13 nov. 2026, 14:00 → 16:00 Europe/Paris

Amphi Charpak (Subatech IMT Atlantique)

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La médecine nucléaire évolue vers une pratique plus personnalisée, adaptée aux besoins spécifiques des patients, ce qui nécessite d’agrandir le panel de radionucléides disponibles. Leur production est étudiée et optimisée à partir des sections efficaces de production qui dépendent de l’énergie et de la nature du projectile ainsi que de la cible irradiée. Cependant, toutes les combinaisons de ces trois paramètres n’ont pas été mesurées expérimentalement, et certaines données obtenues présentent des divergences entre elles. En l’absence de données expérimentales, les sections efficaces sont obtenues par des modèles de réaction nucléaire. Or, la complexité des mécanismes mis en jeu peut conduire ces prédictions à s’éloigner des données expérimentales. De nouvelles mesures fiables sont donc nécessaires, à la fois pour compléter les données existantes, combler les lacunes ainsi que confronter les modèles à l’expérience.
La fiabilité des mesures repose sur un bon contrôle des différents paramètres qui permettent le calcul de ces sections efficaces de production, l’un deux étant le flux du faisceau de particules. Celui-ci est le plus souvent déterminé de manière indirecte, à partir de réactions de référence, ce qui lui transmet les incertitudes propres à ces dernières. Dans ce contexte, cette thèse caractérise une coupelle de Faraday, utilisée au GIP ARRONAX, qui permet d’obtenir le flux par une méthode absolue, afin de définir ses conditions d’utilisation pour des mesures fiables et répétables avec les différents faisceaux disponibles. Le dispositif ainsi caractérisé est ensuite utilisé pour quantifier le flux lors des irradiations destinées à déterminer les sections efficaces de production de deux radionucléides d’intérêt médical, le 61Cu, le 111Ag et du générateur in vivo 134Ce/134La par les réactions natNi(d,x), natPd(a,x) et natLa(p,x) respectivement. Enfin, ces mesures sont comparées aux valeurs de la bibliothèque de données TENDL-2025 ainsi qu’aux prédictions de plusieurs modèles de réaction nucléaire, disponibles dans le code TALYS et le code Monte-Carlo PHITS.
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Towards accurate beam flux measurements: a key for reliable production cross sections of medically relevant radionuclides

Nuclear medicine is evolving toward a more personalized approach, tailored to patients’ specific needs, which requires expanding the range of available radionuclides. Their production is studied and optimized based on production cross sections, which depend on the energy and nature of the projectile as well as the irradiated target. However, not all combinations of these three parameters have been measured experimentally, and some data obtained show discrepancies between them. In the absence of experimental data, production cross sections are estimated using nuclear reaction models. However, the complexity of the mechanisms involved can cause these predictions to deviate from experimental data. New, reliable measurements are therefore needed, both to supplement existing data, fill in gaps, and test the models against experimental results.
Measurement reliability depends on careful control of the various parameters that enable the calculation of these production cross-sections, one of which is the particle beam flux. This parameter is typically determined indirectly, based on reference reactions, thereby inheriting the uncertainties associated with those reactions. In this context, this thesis characterizes a Faraday cup used at GIP ARRONAX, which enables to obtain the flux using an absolute method, in order to define its operating conditions for reliable and repeatable measurements with the various available beams. The device thus characterized is then used to quantify the flux during irradiation experiments designed to determine the production cross sections of two radionuclides of medical interest,61Cu, 111Ag and an in vivo generator 134Ce/134La via the reactions natNi(d,x), natPd(a,x) and natLa(p,x) respectively. Finally, these
measurements are compared with TENDL-2025 data library, as well as predictions of several nuclear reaction models available in the TALYS code and the PHITS Monte Carlo code