Neutron spectrometry in η - γ fields : application to LINAC and PET facilities

Descripció del recurs: el 24 març 2011BibliografiaEl presente trabajo responde a la necesidad de caracterizar experimentalmente los campos de neutrones generados en instalaciones médicas tipo LINAC y PET. Estos campos pueden ser pulsados, intensos y venir acompañados de una componente predominante de fotones de alta energía tal que los instrumentos activos pueden experimentar algunas limitaciones, como la aparición del fenómeno de pile-up, tiempos muertos grandes y interferencias de radiofrecuencia. Para superar estas dificultades, se ha desarrollado recientemente en el laboratorio del Grup de Física de les Radiacions de la UAB, un espectrómetro pasivo de esferas Bonner (BSS), utilizando láminas de oro puro como detector central. Este espectrómetro debe tolerar exposiciones en condiciones ambientales extremas de temperatura y humedad, y debe ser capaz de medir los espectros de neutrones en estos entornos independientemente de su dirección de incidencia y en un amplio rango de energías (de 1 MeV a 20 MeV). El manuscrito describe el diseño, caracterización y aplicación del nuevo espectrómetro pasivo de esferas Bonner para neutrones de la UAB. La matriz de respuesta en energía del espectrómetro se ha simulado con técnicas de Monte-Carlo y se ha validado experimentalmente con irradiaciones en campos neutrónicos de referencia. Se ha establecido un procedimiento para estimar el límite de detección de la tasa de fluencia neutrónica. El BSS pasivo de la UAB se ha utilizado para medir los espectros de neutrones alrededor de 7 aceleradores LINAC diferentes. A partir de los resultados obtenidos se han estudiado los efectos de la utilización de diferentes técnicas de irradiación, de diferentes energías nominales del haz de fotones y de diferentes geometrías de las salas de irradiación. El espectrómetro también se ha utilizado para determinar los espectros de neutrones alrededor de 2 ciclotrones PET, uno de ellos una máquina sin blindaje, el otro un ciclotrón auto-blindado.The present work deals with the need of characterising experimentally the neutron fields generated in LINAC and PET medical facilities. These fields may be pulsed, intense and mixed with high energy predominant photon component, where active instruments may experiment some limitations such as pulse pile-up, dead-time and radiofrequency interferences. To overcome these difficulties, a passive Bonner sphere spectrometer (BSS), using pure gold foils as central detectors, has been recently developed in the laboratory of the Grup de Física de les Radiacions at the UAB. This spectrometer should tolerate exposures in extreme environment conditions of temperature and humidity, and should be able to measure neutron spectra in such environments independently on their direction of incidence and over a wide energy range (from 1meV up to 20 MeV). The manuscript describes the design, characterisation and application of the new UAB neutron passive Bonner sphere spectrometer. The energy response matrix of the spectrometer has been simulated with Monte-Carlo techniques and experimentally validated with irradiations in reference neutron fields. A procedure to estimate the neutron fluence rate detection limit has also been established. The UAB passive BSS has been used to measure the neutron spectra around 7 different LINAC accelerators to study the effects of using different irradiation techniques, nominal beam energies and room geometries. The spectrometer has also been used to determine the neutron spectra around 2 PET cyclotrons, one of them an un-shielded machine, the other one a self-shielded one