Lorsqu'une particule alpha traverse un gaz, elle ne laisse pas derrière elle une trace continue, mais une chaîne d'ionisations distinctes, de minuscules éclairs où des électrons sont arrachés aux atomes. Dans une cellule vivante, ces éclairs endommagent l'ADN, et plus ils sont regroupés en pelote, plus les dégâts sont graves. Un appareil capable de compter ces pelotes dans un volume de la taille de l'ADN lui-même est resté jusqu'ici un monstre de laboratoire encombrant. Ces nouveaux travaux font un premier pas vers un compteur tenant dans une boîte de la taille d'une paume.
Le détecteur est construit autour d'une plaque de stratifié ou d'acrylique ordinaire, percée de sept trous de moins d'un millimètre de diamètre. Au-dessus de la plaque, un faible champ électrique entraîne lentement les ions vers les trous, et à l'intérieur de chaque trou, le champ est fortement amplifié. Lorsqu'un ion pénètre dans un tel trou, il déclenche une avalanche, une cascade de nouvelles charges qui amplifie le signal au point de le rendre visible sur un oscilloscope. Dans l'expérience, des particules alpha d'une source d'américium 241 traversaient du propane à une pression cent fois inférieure à la pression atmosphérique. À cette raréfaction, les distances millimétriques dans le gaz correspondent à des nanomètres dans l'eau ; ainsi, un trou de 0,8 millimètre de diamètre « voit » un volume qui, dans les tissus vivants, n'occuperait que huit nanomètres, soit environ la largeur de trois tours d'hélice d'ADN.
Les résultats ont montré que pour une seule particule alpha, le détecteur enregistre effectivement plusieurs impulsions arrivant presque simultanément. Pour la plaque d'acrylique, le nombre moyen d'impulsions atteignait presque deux par particule, et les temps d'arrivée s'étalaient sur quinze microsecondes, soit exactement le temps nécessaire aux ions pour parcourir la distance entre leur lieu de naissance et les trous. Cela signifie que le peigne collecte les ions non pas au hasard, mais à partir d'une même pelote. Cependant, les dizaines d'impulsions attendues n'ont pas été observées : la plaque ne capturait qu'une petite fraction des ions, car beaucoup d'entre eux se déposaient sur la surface du diélectrique et la chargeaient. Cette charge modifiait le champ électrique, et la sensibilité de l'appareil variait d'une mesure à l'autre.
Malgré une efficacité modeste, ces travaux montrent pour la première fois qu'une structure à trous multiples peut extraire des ions d'un volume nanométrique unique. Jusqu'à présent, les nanodosimètres compacts n'existaient pas du tout : tous les appareils capables de mesurer la distribution des amas d'ionisation occupaient des tables entières et nécessitaient une électronique complexe. Désormais, un prototype existe, que l'on peut encore réduire en ajoutant une lecture indépendante pour chaque trou et en remplaçant le propane par de l'azote pour éviter la formation du film. Si de tels appareils deviennent suffisamment stables, ils pourraient vérifier la qualité des faisceaux en protonthérapie et évaluer le danger radiologique dans l'espace, sur place, sans installations encombrantes.
Le peigne à dents espacées ne démêle pas encore toute la pelote, mais il a déjà montré que chaque dent peut travailler de manière autonome. La prochaine étape consiste à rendre les dents indépendantes et à les recouvrir d'un matériau insensible à la charge. Alors, le compteur d'ions deviendra non plus une curiosité de laboratoire, mais un outil de travail entre les mains d'un médecin ou d'un ingénieur en radioprotection.
À une pression de 1 mbar de propane, un trou de 0,8 mm de diamètre correspond à un volume dans l'eau d'environ 8,4 nm de diamètre, soit approximativement la largeur de trois tours d'ADN.