Study of the X-ray irradiated gold nanoparticles electronic emission and development of a method for proton impact ionization cross-sections measurement
Etude de l'émission électronique de nanoparticules d'or irradiées par des rayons X et mise au point d'une méthode de mesure de sections efficaces d'ionisation par impact de protons
Résumé
This PhD thesis was done in the " interaction ion-matière " group of " laboratoire collision agrégat et réactivité " (LCAR). It has to be seen in the wider context of radiotherapy and more precisely in the context of the radiosensibilization induced by the interaction between ionizing radiations and some molecules or nanoparticles. The first part of this thesis is about the experimental and theoretical study of gold nanoparticles electronic emission when they are irradiated by X-rays. It shows experimental setup made during the PhD and the XPS measurements of gold nanoparticles. These new results are interpreted and compared to Geant4 simulation code predictions and to a new one named NANOP and developed by ourselves. Thank to these studies, we show that the size, the geometry and the composition of nanoparticles are important properties which can change the nanoparticle electronic emission especially at low energies. It highlights important clues about the nanoparticle radiosensibilization mechanisms when they are used as cancer radiotherapy enhancers.
Cette thèse a été menée dans l'équipe interaction ion-matière du laboratoire collision agrégat et réactivité (LCAR). Elle s'inscrit dans le contexte général de la radiothérapie et en particulier celui de l'étude de l'origine de la radio-sensibilation induite par l'interaction entre un rayonnement ionisant et certaines classes de molécules ou nanoparticules. Ainsi, ce manuscrit de thèse traite en première partie de l'étude expérimentale et théorique des propriétés d'émissions électroniques de nanoparticules d'or irradiées par des rayons X. Elle expose les développements expérimentaux réalisés et présente l'ensemble des résultats des mesures XPS obtenues sur l'émission électronique des nanoparticules. Ces résultats nouveaux sont interprétés et comparés aux prédictions du code de simulation GEANT 4 mais également à un nouveau code nommé NANOP, dédié aux nanoparticules, développé durant cette thèse et dont les aspects théoriques et le fonctionnement sont détaillés. Grace à ces études, des effets significatifs sur l'émission électronique liés à la nature, la taille et la géométrie des nanoparticules ont été mis en évidence en particulier aux basses énergies donnant ainsi des indices importants sur l'origine de leurs propriétés de radio-sensibilisation lorsqu'elles sont utilisées pour le traitement des cancers par rayons X. Un autre aspect de la radio-sensibilisation est l'effet des rayonnements sur l'ADN et sur ces constituants en particulier les bases puisque des cassures simples ou double brins de l'ADN peuvent induire la mort cellulaire et donc la mort des cellules tumorales lorsque celles-ci sont directement irradiées et ionisées par des rayons X ou des protons dans le cas de la protonthérapie ou indirectement par les particules (électrons) émises par des molécules radio-sensibilisantes ou encore des nanoparticules d'or par exemple. Pourtant il existe un manque important de données expérimentales quantitatives sur ces systèmes quantiques notamment en ce qui concerne les sections efficaces de fragmentation et d'émission d'électrons. Pour pallier partiellement ce manque de données, une méthode originale de mesure de sections efficaces doublement différentielles d'ionisation par impact de protons sur les bases de l'ADN est mise en pratique dans cette thèse.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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