Vers des accélérateurs laser-plasmas femtosecondes et nC à l'aide d'injecteurs miroirs plasmas: application au dépôt de dose à haut débit – FemtoDose

Des expériences in-vivo ont démontré une bien moindre sensibilité des tissus sains (vs. tissus malades) aux radiations ionisantes, lorsque celles-ci sont délivrées sous forme d'impulsions brèves. Cette radiothérapie (RT) à haut débit de dose aussi appelée RT-FLASH, ouvre la voie à de nouveaux traitements médicaux très innovants.

A ce jour, les mécanismes à l'origine de l'effet FLASH n'ont pas été élucidés et leur compréhension requiert l'exploration de l'origine de la toxicité des radiations à des échelles de temps allant de la femtoseconde (fs) - excitation moléculaire - jusqu'à l'heure (réponse cellulaire).

A présent, seules les sources fs de particules accélérées par laser permettent l'exploration des échelles de temps les plus courtes. Ces sources, qui tirent partie des hautes puissances et très courtes durées des impulsions laser (<25fs), ont de plus le potentiel de délivrer des doses à des débits encore inexplorés (>10^7Gy/s vs 30Gy/s pour une RT-FLASH conventionnelle).

Cependant, les 'accélérateurs laser' ont des limitations importantes, qui empêchent leur utilisation comme sources efficaces en RT. En particulier, dans le cas des accélérateurs laser d'électrons (au coeur de ce projet), augmenter la charge par paquet de quelques 10pC jusqu'au nC tout en maintenant une haute qualité de faisceau est un défi majeur avec les méthodes d'injection traditionnelles. Ceci est crucial pour pouvoir délivrer une dose thérapeutique en quelques secondes (comme requis en RT-FLASH).

Le but ultime du projet est donc d'accroître significativement la charge délivrée par les accélérateurs laser tout en préservant une haute qualité de faisceau. Pour cela, nous proposons une nouvelle approche utilisant des systèmes physiques appelés miroirs plasmas, capable d'injecter 100 fois plus de charge que les méthodes traditionnelles. La source ainsi développée sera utilisée pour démontrer un dépôt de dose à ultra-haut débit et permettra à l'avenir de mieux comprendre l'effet FLASH.