Misure Sperimentali. Reattore nucleare termico Triga Mark II, Pavia (vedi cap. 5).

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1 CAPITOLO 7 Misure Sperimentali Introduzione Le misure sperimentali con lo spettrometro LES sono state effettuate: Reparto di radioterapia dell ospedale Mauriziano di Torino, attraverso l utilizzo di un fotoconvertitore applicato ad un e-linac 2100 CD (vedi cap. 5). Reattore nucleare termico Triga Mark II, Pavia (vedi cap. 5). Trattamento IMRT in presenza di fantoccio antropomorfo, IRCC Candiolo Torino. 7.1 Misure Sperimentali Prototipo PHONES: Spettro Termico Nel corso della campagna di misure PhoNeS del Giugno 2006 presso il reparto di Radioterapia dell Ospedale Mauriziano di Torino si è effettuata una misurazione dello spettro energetico neutronico con l utilizzo combinato dello spettrometro BDS e dello spettrometro LES. L acceleratore lineare utilizzato per realizzare le misure di seguito descritte è un Varian Clinac 2100 CD con energia nominale di 18 MeV (fig 7.1). Si è utilizzato il massimo rateo di irraggiamento disponibile per questo modello di e-linac, che equivale a 600 MU al minuto, l apertura delle jaws è stata impostata in modo da ottenere un campo 40 cm x 40 cm all isocentro. 94

2 Figura 7.1: Varian Clinac 2100 CD e prototipo PhoNeS, Ospedale Mauriziano, Torino E stato applicato alla testata il prototipo di fotoconvertitore realizzato all INFN di Trieste, small prototype (vedi cap.5) I dosimetri sono stati posizionati ai bordi della cavità di irraggiamento (fig 7.2) per avere una valutazione dell intensità media dello spettro dei fotoneutroni generati dal prototipo di fotoconvertitore utilizzato. La scelta della sensibilità dei dosimetri è stata decisa sulla base di una stima preventiva del numero di bolle atteso, in funzione dello spettro di neutroni ottenuto da simulazione con il codice MCNP. In tabella vengono riportati i valori sperimentali in termini di dose (µsv) letti rispettivamente dallo spettrometro BDS e dallo spettrometro LES. Figura 7.2: Posizionamento dei dosimetri all interno della cavità di trattamento 95

3 TABELLA 1: Dati sperimentali (PhoNeS Giugno 2006 Ospedale Mauriziano Torino) DOSIMETRO SENSIBILITÀ N BOLLE DOSE µsv DOSE RATE UM/min UM CAMPO cm 2 BDT 47 48±2 10.3± x40 LES ±3 11.9± x40 LES ±3 13.6± x40 LES ±2 4.6± x40 LES ±1 2.2± x40 LES ±1 1.6± x40 BDS ±2 34.7± x40 BDS ±4 32.9± x40 BDS ±2 16.7± x40 BDS ±1 23.7± x40 BDS ±1 19.9± x40 L utilizzo contemporaneo dello spettrometro BDS e LES ha consentito di ricostruire a tappe l intero spettro Phones (fig. 6.1) dal range termico fino ai neutroni fast. Riportiamo di seguito il confronto tra spettro termico e l unfolding nel range di lettura del LES (0,025 ev a 10 kev) figura 7.3: MCNPGN 3,0x10 5 LES Neutron Fluence Rate(cm -2 s -1 ) 2,5x10 5 2,0x10 5 1,5x10 5 1,0x10 5 5,0x10 4 0, Energy (MeV) Fig 7.3 Confronto spettro Phones [14] con l Unfolding delle misure sperimentali LES. 96

4 L unione dei due spettri riproduce lo spettro Phones prodotto dal fotoconvertitore nell intero range di rivelazione da (0,025 ev a 20 MeV) figura 7.4: Neutron Fluence Rate(cm -2 s -1 ) 3,0x10 5 2,5x10 5 2,0x10 5 1,5x10 5 1,0x10 5 5,0x10 4 MCNPGN LES + BDS 0, Energy (MeV) Figura 7.4 Confronto spettro Phones [14] con l Unfolding delle misure sperimentali LES + BDS. 7.3 Misure Sperimentali reattore nucleare termico TRIGA MARK II Il secondo set di misure sperimentali elaborate con il nuovo spettrometro LES, è stato eseguito nel settembre del 2006, presso il Laboratorio Energia Nucleare Applicata (L.E.N.A) di Pavia, si è effettuata una misurazione dello spettro energetico neutronico con l utilizzo combinato del rivelatore integrale BDT nudo e dello spettrometro LES. Nel reattore nucleare termico Triga Mark II sono riconosciute quattro regioni di irraggiamento. In figura 7.6 è riportato uno schema del reattore con le posizioni di irraggiamento evidenziate da un cerchio bianco. 97

5 Pos1 Posizioni core LS Colonna termica Pos8 Pos9 Strato di boro Lazy Susan Figura 7.6 Schema del reattore Triga Mark II [18]. Nella tabella sono riportati i valori relativi al flusso totale nelle varie modalità di irraggiamento. 50 kw per 1800 s Lazy Susan Posizione 1 Posizione 8 Posizione 9 Flusso totale Φ 7.3± 0.1* ± 0.06* ± 0.05* ±0.6*10 4 (neutroni/sec cm 2 ) Flusso epitermico Φ e (neutroni/sec cm 2 ) Flusso termico Φ t (neutroni/sec cm 2 ) 3.9± 0.1* ±0.1* ±0.6* ±0.6* ± 0.1* ± 0.06* ± 0.05* Rapporto Φ t /Φ e ~18 ~780 ~740 0 Tabella 2: Risultati sperimentali relativi a coppie di fogli di attivazione.[18] Come è possibile osservare dalla tabella 2, il flusso è molto diverso nelle quattro posizioni, in particolare avremo valori dell ordine di neutroni cm 2 per secondo nel Lazy Susan, mentre oltre al boro il flusso cala di 6-7 ordini di grandezza [18]. Nel concordare in laboratorio le disposizioni del nuovo spettrometro LES, per la misura nella più idonea posizione di irraggiamento, è stato necessario fare fronte ad alcune considerazioni, quali: valutare la sensibilità del BDT nudo. è stato utile dunque risalire ad una dose rilasciata, per ciascuna posizione di irraggiamento, tale che il numero di bolle proposto per ciascuna configurazione del LES, non comportasse la saturazione dello strumento; oltre il boro si osserva una completa schermatura dei neutroni termici, e una riduzione di 7 ordini di grandezza; osserviamo anche che in colonna termica si misura un flusso termico dell ordine di 10 9 e con una componente epitermica oltre 700 volte inferiore, caratteristiche ottimali per l applicazione della BNCT. 98

6 Ad irraggiamento avvenuto il reattore viene spento e dopo circa 10 minuti di decontaminazione vengono prelevati i dosimetri, ormai pronti per i conteggi. Conoscendo lo spettro nella posizione 8 ricostruito tramite fogli ad attivazione (fig.7.7), lo abbiamo confrontato con l unfolding ottenuto dalle misure sperimentali lette dallo spettrometro LES nelle nuove condizioni di irraggiamento riportate in tabella numero 2. I risultati sono visibili in (fig. 7.8): f neutronis cm 2 Spettro in posizione mkt E MeV Fig. 7.7 Spettro posizione 8 costruito con fogli ad attivazione[18]. In tabella 2 vengono riportati i dati relativi alle letture del BDT e dei LES posti sotto le seguenti condizioni di irraggiamento: (5E5 ncm-2s-1 a 5 W di potenza; irraggiamento 900 secondi; fluenza 4.5E8ncm-2); DOSIMETRO SENSIBILITÀ N BOLLE DOSE TOTALE µsv POTENZA kw TEMPO IRRAGGIAMENTO (secondi) BDT ±8 (4.5±0.9)E3 5E LES ±6 (1.3±0.3)E3 5E LES ±4 (1.1±0.3)E3 5E LES ±4 (3.6±0.8)E2 5E LES ±2 (1.1±0.3)E2 5E LES ±3 (1.2±0.3)E1 5E Tabella 2: Dati sperimentali (TRIGA MARK II PAVIA Settembre 2006) 99

7 I grafici messi a confronto in figura 7.8 rappresentano una riproduzione dello spettro in posizione 8 ricostruiti tramite MCNP e codice di deconvoluzione Bunto. Neutron Fluence Rate(cm -2 /s -1 ) 1,0x10 5 8,0x10 4 6,0x10 4 4,0x10 4 2,0x10 4 MCNP LES 0, Energy (MeV) 100