Characterisation of neutron spectra in mixed high energy fields in lineal accelerators: response functions validation

Actualment, la resposta de la majoria d’instrumentació operacional i dels dosímetres personals utilitzats en radioprotecció per a la dosimetria neutrònica és altament dependent de l’energia dels espectres neutrònics a analitzar, especialment amb camps neutrònics amb una important component intermitja. En conseqüència, la interpretació de les lectures d’aquests aparells es complicada si no es té un coneixement previ de la distribució espectral de la fluència neutrònica en els punts d’interès. El Grup de Física de les Radiacions de la Universitat Autònoma de Barcelona (GFR-UAB) ha desenvolupat en els últims anys un espectròmetre de neutrons basat en un Sistema d’Esferes Bonner (BSS) amb un contador proporcional d’3He com a detector actiu. Els principals avantatges dels espectròmetres de neutrons per BSS són: la seva resposta isotròpica, la possibilitat de discriminar la component neutrònica de la gamma en camps mixtos, i la seva alta sensibilitat neutrònica als nivells de dosi analitzats. Amb aquestes característiques, els espectròmetres neutrònics per BSS compleixen amb els estándards de les últimes recomanacions de la ICRP i poden ser utilitzats també en el camp de la dosimetria neutrònica per a la mesura de dosis en el rang d’energia que va dels tèrmics fins als 20 MeV, en nou ordres de magnitud. En el marc de la col•laboració entre el GFR - UAB i el Laboratorio Nazionale di Frascati – Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (LNF-INFN), ha tingut lloc una experiència comparativa d’espectrometria per BSS amb els feixos quasi monoenergètics de 2.5 MeV i 14 MeV del Fast Neutron Generator de l’ENEA. En l’exercici s’ha determinat l’espectre neutrònic a diferents distàncies del blanc de l’accelerador, aprofitant el codi FRUIT recentment desenvolupat pel grup LNF. Els resultats obtinguts mostren una bona coherència entre els dos espectròmetres i les dades mesurades i simulades.

In present, the response of the majority of operational instruments and personal dosemeters used in radiation protection for neutron dosimetry is highly dependent on the neutron energy spectrum to be analised, especially in the case of neutron fields with an important intermediate energy component. Hence, the interpretation of readings given by these devices becomes difficult if there is no previous knowledge of the neutron fluence spectral distribution at the points of interest. The Grup de Física de les Radiacions de la Universitat Autònoma de Barcelona (GFR-UAB) has developed in the last few years a neutron spectrometer based on a Bonner Sphere System (BSS) with a 3He proportional counter as active detector. The main benefits of BSS neutron spectrometers are: their isotropic response, the possibility of discriminating the neutron component from the gamma one in mixed fields, and their high neutron sensitivity for the analised dose rate levels. With these characteristics, BSS neutron spectrometers fulfil the requirements of the latest ICRP recommendations and can be also used in the field of neutron dosimetry to measure equivalent doses for energies ranging over nine orders of magnitude, from thermal up to around 20 MeV. In the framework of collaboration between the GFR-UAB and the Laboratorio Nazionale di Frascati – Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (LNF-INFN), an experimental Bonner Sphere neutron spectrometry exercise has been performed in the 2.5 MeV and 14.2 MeV quasi mono-energetic neutron beams of the ENEA Fast Neutron Generator. The neutron spectra at given distances from the accelerator target have been determined, taking advantage of new unfolding FRUIT code, recently developed by the LNF group. The results show a good coherence between the two spectrometers, and between the measured and simulated data.