Radioactivité induite

Résumé

vignette|Compteur Geiger-Müller. La radioactivité induite se produit quand un corps jusque-là stable est rendu radioactif par son exposition à un rayonnement précis. La majorité de formes de radioactivité ne rend pas les autres matériaux rayonneurs. Cette radioactivité induite est découverte en 1934 par Irène Curie et F. Joliot. Le fait où même les éléments légers sont rendus radioactifs par des moyens artificiels ou induits est connu sous le nom de radioactivité artificielle. Curie et Joliot démontrèrent que le bombardement d'éléments plus légers (comme le bore ou l'aluminium) par des particules alpha entraîna une émission en continu de rayonnements radioactifs, même après l'enlèvement de la source-α. Ils prouvèrent que ce rayonnement s'explique par l'émission d'une particule portant une unité de charge positive ayant une masse égale à celle d'un électron. L'activation neutronique est la forme principale de radioactivité induite, qui se produit lorsque des neutrons libres sont captés par des noyaux. Cet isotope alourdi peut s'avérer stable ou instable (et donc rayonneur) selon l'élément chimique en jeu. Parce que les neutrons libres se désintègrent après quelques minutes en dehors d'un noyau atomique, le rayonnement neutronique n'est possible qu'à partir des désintégrations nucléaires, réactions noyaires et des réactions de haute énergie (telles que le rayonnement cosmique ou aheurtements au sein d'un accélérateur de particules. Les neutrons ralentis par un modérateur sont plus aptes à la capture que les neutrons rapides. Une forme moins courante implique l'enlèvement d'un neutron par une réaction photonucléaire où un photon outre-puissant (en forme de rayon gamma) frappe un noyau avec plus d'énergie que l'énergie de liaison de l'atome, ainsi dégageant un neutron. Cette réaction exige au moins 2 MeV (pour l'hydrogène) et environ 10 MeV pour les plus lourds des noyaux. Beaucoup de radionucléides ne produisent pas de rayons gamma avec assez d'énergie pour induire cette réaction.

Source officielle

https://fr.wikipedia.org/wiki/Radioactivité_induite

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Activation studies for a beta-beam Decay Ring (DR): residual dose rates during maintenance and airborne activity

Stefania Trovati

In a future beta-beam facility radioactive ions (6He and 18Ne) are produced, accelerated and then stored in a large Decay Ring (DR), where they eventually produce anti-neutrino and neutrino beams through β± decay. CERN is one of the candidate sites for the beta-beam facility, as existing machines like the Proton Synchrotron (PS) and the Super Proton Synchrotron (SPS) could be used for the acceleration. The DR is composed of two long straight sections and two arcs. The straight sections host the collimators and two bumps. The beam is injected into the ring at nearly 92 GeV per nucleon. Beam losses occur in different sections of the machine: relevant losses include collimation losses in the collimation section and the bumps, and decay losses in the magnets in the arcs. This work focuses on two radiation protection aspects related to the operation of the DR, namely the induced radioactivity and the air activation generated by collimation and decay losses. All the calculations are performed with the Monte Carlo transport code FLUKA and are based on a continuous three-month operation. The induced radioactivity in the machine components and the expected residual dose rates inside the tunnel during maintenance are calculated for three different waiting times. Airborne activity is evaluated through the convolution of predicted particle spectra in the tunnel with isotope-production cross-sections. Using activity-to-dose coefficients, previously calculated for the ISOLDE facility at CERN, and a laminar flow model for the air diffusion, the airborne activity is converted into effective dose to the reference population group. The results show that residual dose rates during maintenance decrease significantly in a week after the shutdown of the machine, reaching values that correspond, according to CERN area classification, to a limited stay area. The effective dose given to the reference population in one year of operation is below the reference value for CERN emissions into the environment.

2011

CERN is presently designing a new chain of accelerators to replace the present Proton Synchrotron (PS) complex: a 160 MeV room-temperature H- linac (Linac4) to replace the present 50 MeV proton linac injector, a 3.5 GeV Superconducting Proton Linac (SPL) to replace the 1.4 GeV PS booster (PSB) and a 50 GeV synchrotron (named PS2) to replace the 26 GeV PS. Linac4 has been funded and the civil engineering work started in October 2008, whilst the SPL is in an advanced stage of design. Beyond injecting into the future 50 GeV PS, the ultimate goal of the SPL is to generate a 4 MW beam for the production of intense neutrino beams. The radiation protection design is driven by the latter requirement. This thesis summarizes the radiation protection studies conducted for Linac4. FLUKA Monte Carlo simulations, complemented by analytical estimates, were performed 1) to evaluate the propagation of neutrons through the waveguide, ventilation and cable ducts placed along the accelerator, 2) to estimate the radiological impact of the accelerator in its low energy section, where the access area is located, and 3) to calculate the induced radioactivity in the air and in the components of the accelerator. The latter study is particularly important for maintenance interventions and final disposal of radioactive waste. Two possible layouts for the CCDTL section of the machine were considered in order to evaluate the feasibility, from the radiological standpoint, of replacing electromagnetic quadrupoles with permanent magnet quadrupoles with high content of cobalt. The present work provides complete information on beam loss assumptions, accelerator structure and duct and maze design, in order to make the present results of sufficiently general interest and provide guidelines for similar studies for intermediate energy proton accelerators. In addition to the Linac4-specific studies, this thesis also discusses FLUKA simulations performed to test the capability of the code, in a proton therapy application, in predicting induced radioactivity from intermediate energy protons. The thesis also reviews the analytical models mostly used for the calculation of neutron streaming through penetration traversing shielding barriers, discusses the FLUKA simulations performed to test the reliability of these models and, on the basis of the simulations, derives a universal expression that can be used to estimate the neutron transmission through a straight duct in direct view of the source, model missing so far in the literature.

EPFL2009