Neutron spectrometry and dosimetry for radiation protection around a high energy electron / positron collider

Abstract

El presente trabajo versa sobre la dosimetría neutrónica en radioprotección alrededor de los aceleradores de electrones de alta energía desde el punto de vista de la espectrometría neutrónica experimental.<br/>Concretamente, se ha caracterizado y calibrado un Espectrómetro por Esferas Bonner (BBS) comercial basado en un centelleador cilíndrico de 6LiI(Eu), 4 mm x 4 mm. Al conjunto de esferas de polietileno original, con diámetros de 2" a 12", se le ha añadido una esfera de 12" con una capa interna de 1 cm plomo, para ampliar el rango de energías de la respuesta del espectrómetro hasta la región de los 102 MeV. Se ha establecido la matriz de respuestas en función de la energía del espectrómetro y se ha procedido a su validación experimental con irradiaciones en campos neutrónicos de referencia. Se ha desarrollado un innovador código de deconvolución, FRUIT (FRascati Unfolding InTeractive code), para la obtención de la distribución energética de los neutrones a partir de las medidas experimentales. El código ha sido testado y validado en campos neutrónicos conocidos.<br/>El sistema completo ha sido aplicado en la medida de los espectros neutrónicos alrededor del colisionador electrón/positron DA?NE de 510 MeV, en los Laboratorios Nacionales de Frascati del INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare). La información dosimétrica obtenida a partir de los espectros medidos ha sido implementada en los protocolos para la vigilancia radiológica alrededor del acelerador. Además, el conocimiento detallado de la dosis equivalente ambiental neutrónica en puntos seleccionados de la instalación ha permitido la determinación de factores de calibración específicos para los monitores de área usados en rutina en D??NE.

This work addresses the topic of the neutron dosimetry for radiation protection around high-energy electron accelerators through the approach of the experimental neutron spectrometry. <br/>A commercial Bonner Sphere Spectrometer (BSS) based on a 4 mm x 4 mm cylindrical 6LiI(Eu) scintillator was characterized and calibrated. The original set of polyethylene spheres, with diameter from 2" to 12", was augmented with a lead loaded 12" sphere, in order to extend the energy range of the spectrometer response up to the 102 MeV region. The energy response matrix of the spectrometer was established and experimentally validated with irradiations in reference neutron fields. An innovative unfolding code, FRUIT (FRascati Unfolding InTeractive code) has been written in order to infer the neutron energy distribution from the experimental readings. The code has been tested and validated in known neutron fields. <br/>The whole system has been used to measure the neutron spectra around the 510 MeV electron/positron DA?NE collider, at the Frascati National Laboratories on the INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare). The dosimetric information taken from the measured spectra was implemented in the procedures for the radiological surveillance around the accelerator. Moreover, the accurate knowledge of the neutron ambient dose equivalent in selected points of the installation allowed determining workplace specific calibration factors for the survey-meters routinely used at DA?NE.