APPLICAZIONI Popolazioni residenti in alta quota Dosimetria sui voli aerei Dosimetria nei voli spaziali
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- Dorotea Ruggeri
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1 USO DEL FANTOCCIO ANTROPOMORFO PER DOSIMETRIA INTERNA IN ATMOSFERA APPLICAZIONI Popolazioni residenti in alta quota Dosimetria sui voli aerei Dosimetria nei voli spaziali
2 Obiettivo della tesi Estensione dell uso del fantoccio antropomorfo Jimmy, per dosimetria neutronica agli organi, in campi neutronici di alta energia: misure sperimentali e confronto con codici di simulazione Monte Carlo Misura di spettri neutronici a varie quote Spettrometro BDS Valutazione della dose agli organi in termini di equivalente di dose ambientale neutronica H * (10) Misure: BD-100R Simulazione codici Monte Carlo MCNP-4B, MCNPX
3 Motivazioni ICRP 60 Necessità di una valutazione accurata della dose assorbita: le sorgenti naturali sono incluse nell esposizione professionale Neutroni componente rilevante della dose totale 1. Residenti in alta quota (sopra i 4000 m) 2. Dosimetria voli commerciali 3. Voli militari ad alta quota (Tornado m) 4. Permanenza sulla ISS Utilizzo di fantocci specifici per la dosimetria neutronica
4 Raccomandazioni radio-protezionistiche ICRP 60: Soggetti Popolazione Lavoratori esposti categoria A Lavoratori esposti di categoria B Esposizione (msv/anno) <1 <100 in 5 anni di cui al max. 50 in 1 anno <6 Valutazioni dosimetriche Nessuna Valutazione sistematica della dose individuale Sorveglianza fisica dell ambiente di lavoro Occupazione Addetti centrali nucleari Tecnici di radiografia industriale Personale reparti medicina nucleare Piloti e assistenti di volo Esposizione annua (msv/anno) /, 0, 9! ,3. # :5,9 43, 548:708 3,3,/, 3; , 0, 9 / ,90 Art.42 Consiglio direttivo Euratom (13/05/1996): Devono essere effettuate campagne di misura per gli equipaggi esposti a più di 1mSv/anno.
5 Esposizioni in quota 1. Cervinia, Laboratorio Testa Grigia h=3480 m, N, E 2. Voli Alitalia AZ784/11, AZ784/12 Roma-Tokyo-Roma h=11500m, N, E N, E 3. Volo ASI BIRBA1, h=38000m, 36 N
6 Strumentazione Codici di simulazione: MCNP4B-GN (sviluppato dall INFN di Torino) trasporto di elettroni, fotoni E < 100MeV; neutroni E < 30 MeV MCNPX trasporto di elettroni, fotoni e neutroni E < 5 GeV GEANT 3 trasporto delle cascate adronica ed elettromagnetica 10 kev<e<10 TeV Misure sperimentali: Spettrometro a bolle (BDS) rivelatori integrali BD-100R Valutazione degli spettri neutronici a varie quote Valutazioni dosimetriche agli organi critici (ICRP 60) Fantoccio: Fantoccio antropomorfo JIMMY Tessuto equivalente Cavità in corrispondenza degli organi critici Conservativo rispetto ai fantocci standard (intercalibrazione rispetto alla sfera ICRU e al fantoccio ad acqua presso il JRC, Ipra)
7 MCNPX Nuovi dati nucleari valutati per neutroni e protoni fino a 150 MeV Sezioni d urto valutate per le interazioni fotonucleari Proprietà delle subroutine inserite: Basse energie MCNP4B Alte energie FLUKA Modelli fisici per energie fino a 5 GeV 1. Interazione particella-nucleo: modellizzata utilizzando sezioni d urto particella incidente singolo nucleone (INC) 2. diseccitazione del nucleo: frammentazione nuclei leggeri spallazione e fissione nuclei pesanti (A>17)
8 Microtrone iniettore TEST MAX-LAB (Lund, Svezia) e - fino a 100MeV Anello di accumulazione E max 550 MeV Esposizione del fantoccio ad un campo diretto di fotoni Esposizione ad un campo misto di fotoni e neutroni
9 STUDIO PRELIMINARE DI DOSIMETRIA IN QUOTA Analisi degli spettri delle varie componenti della cascata cosmica alle varie quote (GEANT3) Calcolo delle dosi ambientali relative alle varie particelle utilizzando i fattori di conversione flusso dose ambientale pubblicati : E<180 MeV fotoni, neutroni, elettroni: ICRP 74 E>180 MeV (tutte le particelle): A. Ferrari, M. Pelliccioni, T. Rancati, Overview of fluence-to-effective-dose and fluence-to-ambient dose equivalent conversion coefficients for high energy radiation calculated using the FLUKA code, Rad.Prot.Dos. 88,4 (2000).
10 Confronto con i dati pubblicati Neutroni (µsv/h) Protoni (µsv/h) Fotoni (µsv/h) Altro (µsv/h) 3.6 km km * * * km 38 km * A. Ferrari, M.Pelliccioni, T. Rancati, Calculation of the Radiation Environment caused by Galactic Cosmic Rays for determing Air Crew Exposures, Rad.Prot.Dos., 93-2 (2001) Tabella tratta dal rapporto della NASA: Radiation Safety Aspects of Commercial High-Speed Flight Transportation, J.Wilson, F.Cucinotta et. al., 1995
11 PERCENTUALI IN DOSE DELLE COMPONENTI DELLA RADIAZIONE COSMICA A QUOTE DIVERSE
12 SPETTRI NEUTRONICI A VARIE QUOTE (A. Zanini, C. Ongaro, C. Manfredotti, L. Tommasino, P. Miranda Losa)
13 PERCENTUALI DI DOSE NEUTRONICA A QUOTE DIVERSE
14 Laboratorio Testa Grigia Cervinia, Laboratorio Testa Grigia h=3480 m, N, E
15 equivalente di dose ambientale neutronica (µsv/h) gonadi vescica esofago colon dx colon sx stomaco polmone dx polmone sx tiroide 3480 m Cervinia, Laboratorio Testa Grigia confronto dati sperimentali e simulazioni rene sx rene dx colonnacentro MCNP4B BD 100R media misure 4/4/2002 1/5/2002
16 VOLI AZ 746/11 AZ 746/12 Voli Alitalia AZ784/11, AZ784/11 Roma-Tokyo-Roma h=11500m, N, E N, E
17 equivalente di dose ambientale neutronica (µsv/h) gonadi vescica fegato colon dx colon sx stomaco polmone dx polmone sx tiroide milza rene sx colonna bassa rene dx colonna centro m Volo Roma-Tokio-Roma h = 11500m confronto tra dati sperimentali e calcolo MCNP-4B BD 100R
18 Progetto IORD, h=38000m, 36 N VOLO ASI BIRBA1
19 equivalente di dose neutronica (µsv/h) gonadi vescica esofago colon dx colon sx stomaco polmone dx polmone sx tiroide m Birba 1 volo Trapani Siviglia luglio 2001 h = m cervello milza rene sx rene dx MCNP-4B BD 100R
20 Gonadi Midollo Organo Stomaco Polmone dx Polmone sx DOSE EFFICACE : %089, 7, (100 kev<e n <20MeV) H T (µsv/h) w T E = w T H '4 4#42,%4 4 %4 4#42, # Gonadi Organo Stomaco Midollo Polmone dx Polmone sx H T (µsv/h) w T T Gonadi Organo Stomaco Midollo Polmone dx Polmone sx T H T (µsv/h) w T Colon dx Colon dx 0.73 Colon dx 0.57 Colon sx Colon sx 0.79 Colon sx 0.45 Fegato Fegato 0.75 Fegato 032 Esofago Vescica Superficie ossea Pelle Rimanenti organi e tessuti Esofago Vescica Superficie ossea Pelle Rimanenti organi e tessuti Esofago Vescica Superficie ossea Pelle Rimanenti organi e tessuti E= µsv/h E= 0.7 µsv/h E= 0.49 µsv/h
21 percentuale di euivalente di dose ambieltale neutronica gonadi gonadi gonadi vescica vescica fegato fegato esofago esofago colon colon dx dx colon colon sx sx stomaco stomaco polmone polmone dx dx polmone polmone sx sx tiroide tiroide cervello cervello milza milza rene rene sx sx colonnabassa colonnabassa rene rene dx dx colonnacentro colonnacentro vescica fegato esofago colon dx colon sx stomaco polmone dx polmone sx tiroide cervello milza rene sx colonnabassa rene dx colonnacentro CALCOLO PERCENTUALE DI DOSE AGLI ORGANI m (Hess (Hess gr/cm gr/cm 2 ): 2 ): 2 :) trasporto trasporto spettro spettro pubblicato pubblicato dentro dentro il il fantoccio fantoccio Jimmy Jimmy Intervalli di dose: E<0.1MeV MeV MeV 400MeV - 5GeV
22 Dosi efficaci (µsv/h) Testa Grigia Volo Roma-Tokyo- Roma BIRBA 1 E n <100 kev kev<e n <20 MeV MeV<E n <400 MeV MeV<E n <5 GeV Totale dose efficace (µsv/h) < E n <100 kev 100 kev< E n <20 MeV 20 MeV< E n < 400 MeV 400 MeV< E n < 5 GeV tot. = µsv/h :10 tot. = 1.19 µsv/h 3600m 11500m m tot. = 0.75 µsv/h Cervinia Voli commerciali Valutazione dell esposizione annua Dose efficace (msv) 0.3 (anno) 0.8 (700 h) Equivalente di dose ambientale (msv) 0.9 (anno) 2.3 (700 h)
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