Espectrometria gamma amb detector de HPGe per a la detecció a baixes energies

La determinació de l’activitat gamma en mostres radioactives per part dels detectors HPGe es realitza a partir de les corbes d’eficiència en energia, determinades prèviament a partir de fonts patró. Aquest patrons, que tenen activitats conegudes d’una sèrie de radioisòtops permeten ajustar la corba que s’utilitzarà a posteriori, per conèixer l’eficiència de qualsevol radioisòtop en tot el rang energètic. A baixes energies però, degut a l’atenuació de les gammes en el material, les corbes d’ajust no serveixen i és necessari tenir en els patrons mostres del radioisòtop d’interès. Degut a la diversitat de matrius de mostres que arriben al laboratori, tenir patrons per totes elles és inviable, de manera que en el present projecte s’establirà una metodologia alternativa

Improvement of early warning monitoring using gamma spectrometry

The present thesis is focused on the improvement of radiological surveillance networks using gamma spectrometry. Tipically they are equipped with gamma dose rate monitors, while they do not have gamma spectrometry monitors. These measure the effects of gamma radiation, but do not provide any nuclide-specific information. Nowadays new materials have been developed in the spectrometry research field and the implementation of gamma spectrometry detectors is being actively considered in European gamma-dose stations (more than 5000). In this thesis the lanthanum bromide, LaBr3(Ce), detector has been selected as the reference instrument to study the possibility of installing it in early warning networks. The reasons for its choice were its resolution, which improves from 7 % to 3 % at 662 keV, its availability and the fact that these detectors are already being used at institutions such as STUK, the nuclear safety authority in Finland. Selected monitors have been characterized by irradiation at a reference laboratory at the Institute of Energy Technologies (INTE). Furthermore, the study of their inherent background and the influence of cosmic radiation have been investigated by means of exposures in lakes, underground laboratories and the use of Monte Carlo (MC) simulations. In addition to its main function, gamma spectroscopy, these detectors allow the possibility of calculating values of ambient dose equivalent H*(10). In this thesis two different methods have been developed and applied to spectra measured using LaBr3(Ce) crystals in long-term measurements and intercomparison campaigns, the stripping method and the conversion coefficients method. The first is based on obtaining the external flux that reaches the monitor and involves the subtraction of all partial absorptions produced by scatterings in the monitor itself. This methodology, which has been already studied and usually applied to HPGe detectors, proved that it can also offer good results in LaBr3(Ce) detectors. The second methodology is based on splitting the spectra into several energy regions, and a coefficient to "convert" from measured counts to H *(10) values for each region is defined. Results obtained have been compared with classical dose rate monitor values. The long-term measurements were performed at surveillance stations in Barcelona and Madrid. Since, fortunately, there were no radiological emergencies during research for this thesis, H*(10) diurnal and seasonal variations at these stations are studied from the viewpoint of the influence of cosmic radiation and variations of 222Rn daughter concentration. Intercomparison campaigns were performed at Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) facilities to study both detector sensibility and the accuracy of H*(10) calculated values. Use of new technological advances in the determination of high levels of H*(10) led us to study the viability of installing gamma radiation detectors on an unmanned aerial vehicle. In this thesis a drone prototype has been developed which uses a 3'' x 3'' NaI installed in an RPAS helicopter. The first flights took place at different altitudes and over a pond in order to study detector sensitivity. Although the prototype it is still at an initial stage and more flights are required, preliminary results obtained are promising, showing that the system is able to detect variations in terrestrial radioactivity.La present tesis se centra en la millora de les estacions de radiovigilància ambiental a partir de l'ús de l'espectrometria gamma. Típicament aquestes estacions estan equipades amb monitors de mesura de dosis, però no disposen d'equips d'espectrometria. Això significa que es poden prendre mesures dels efectes de la radiació, la dosis, però no es pot obtenir informació sobre els radionúclids que produeixen aquesta radiació. Avui en dia s'han desenvolupat nous materials en el camp de l'espectrometria i la implementació d'aquest tipus de detectors s'està considerant activament per part de les estacions de radiovigilància europees (més de 5000). A la tesis el detector de bromur de lantà, LaBr3(Ce), s'ha seleccionat com a instrument de referència per estudiar la viabilitat de ser instal·lat a les estacions anomenades "early warning", és a dir, que està previst donin el primer avís en cas d'emergència radiològica. Les raons d'escollir aquest detector són la seva resolució, que millora del 7 % al 3 % als 662 keV, la seva disponibilitat i el fet que aquests detectors ja s'han començat a utilitzar per institucions com l'STUK, l'autoritat de seguretat nuclear a Finlàndia. Els monitors seleccionats s'han caracteritzat mitjançant irradiacions al laboratori de referència de l'Institut de Tècniques Energètiques (INTE). També s'han realitzat estudis sobre la seva contaminació interna i la influència de la radiació còsmica a través de mesures en llacs, laboratoris subterranis i l'ús de simulacions Monte Carlo (MC). A més de la seva principal funcionalitat, l'espectrometria gamma, també tenim la possibilitat de calcular valors de dosis equivalent ambiental H*(10) a partir dels espectres registrats. En aquesta tesis dues metodologies diferents s'han desenvolupat i aplicat als espectres mesurats amb cristalls de LaBr3(Ce), en mesures de llarga durada i en campanyes d'intercomparacions: la metodologia de l'"stripping" i la de "conversion coefficients". La primera es basa en obtenir el flux real que arriba al detector i implica restar totes aquelles absorcions parcials que es produeixen per "scatterings" en el monitor mateix. Aquesta metodologia, que ja s'ha estudiat i usualment s'aplicava a detectors de HPGe, ha mostrat bons resultats també amb els detectors de LaBr3(Ce). La segona metodologia es basa en dividir l'espectre en diferents regions energètiques i definir per cadascuna d'elles un coeficient per passar de número de comptes mesurats a valors de H*(10). Els resultats obtinguts amb els dos mètodes s'han comparat amb els que proporcionaria un monitor de taxa de dosis. Les mesures de llarga durada es van dur a terme en estacions de vigilància de Barcelona i Madrid. Com que, afortunadament, no va haver-hi cap emergència radiològica mentre s'estava realitzant la tesis, les variacions diürnes i estacionals de H*(10) en aquestes estacions s'han estudiat des del punt de vista de la influència de la radiació còsmica i les variacions en la concentració dels descendents del 222Rn. Les campanyes d'intercomparació es van dur a terme a les instal·lacions del Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) per estudiar tant la sensibilitat com la precisió dels valors de H*(10) calculats. L'ús dels nous avenços tecnològics en la determinació d'alts nivells de H*(10) ens han permès estudiar la viabilitat d'instal·lar detectors gamma en vehicles aeris no tripulats. En aquesta tesis s'ha desenvolupat un prototip de dron que utilitza un detector de 3" x 3" de NaI instal·lat en un helicòpter RPAS. Els primers vols es van realitzar a diferents alçades i sobrevolant un estany per tal de veure la seva sensibilitat. Malgrat que el prototip encara es troba en una fase inicial i caldran molts més vols de prova, els resultats inicials han estat prometedors, ja que han mostrat que el sistema és sensible a les variacions de la radioactivitat natural

Comparison of methods for H*(10) calculation from measured LaBr3(Ce) detector spectra

The Universitat Politecnica de Catalunya (UPC) and the Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT) have evaluated methods based on stripping, conversion coefficients and Maximum Likelihood Estimation using Expectation Maximization (ML-EM) in calculating the H*(10) rates from photon pulse-height spectra acquired with a spectrometric LaBr3(Ce)(1.5¿ × 1.5¿) detector. There is a good agreement between results of the different H*(10) rate calculation methods using the spectra measured at the UPC secondary standard calibration laboratory in Barcelona. From the outdoor study at ESMERALDA station in Madrid, it can be concluded that the analysed methods provide results quite similar to those obtained with the reference RSS ionization chamber. In addition, the spectrometric detectors can also facilitate radionuclide identification.Postprint (author's final draft

Feasibility study of computational occupational dosimetry: evaluating a proof-of-concept in an endovascular and interventional cardiology setting

Individual monitoring of radiation workers is essential to ensure compliance with legal dose limits and to ensure that doses are As Low As Reasonably Achievable. However, large uncertainties still exist in personal dosimetry and there are issues with compliance and incorrect wearing of dosimeters. The objective of the PODIUM (Personal Online Dosimetry Using Computational Methods) project was to improve personal dosimetry by an innovative approach: the development of an online dosimetry application based on computer simulations without the use of physical dosimeters. Occupational doses were calculated based on the use of camera tracking devices, flexible individualised phantoms and data from the radiation source. When combined with fast Monte Carlo simulation codes, the aim was to perform personal dosimetry in real-time. A key component of the PODIUM project was to assess and validate the methodology in interventional radiology workplaces where improvements in dosimetry are needed. This paper describes the feasibility of implementing the PODIUM approach in a clinical setting. Validation was carried out using dosimeters worn by Vascular Surgeons and Interventional Cardiologists during patient procedures at a hospital in Ireland. Our preliminary results from this feasibility study show acceptable differences of the order of 40% between calculated and measured staff doses, in terms of the personal dose equivalent quantity Hp(10), however there is a greater deviation for more complex cases and improvements are needed. The challenges of using the system in busy interventional rooms have informed the future needs and applicability of PODIUM. The availability of an online personal dosimetry application has the potential to overcome problems that arise from the use of current dosimeters. In addition, it should increase awareness of radiation protection among staff. Some limitations remain and a second phase of development would be required to bring the PODIUM method into operation in a hospital setting. However, an early prototype system has been tested in a clinical setting and the results from this two-year proof-of-concept PODIUM project are very promising for future development.Peer ReviewedPostprint (published version

Improvement of early warning monitoring using gamma spectrometry

The present thesis is focused on the improvement of radiological surveillance networks using gamma spectrometry. Tipically they are equipped with gamma dose rate monitors, while they do not have gamma spectrometry monitors. These measure the effects of gamma radiation, but do not provide any nuclide-specific information. Nowadays new materials have been developed in the spectrometry research field and the implementation of gamma spectrometry detectors is being actively considered in European gamma-dose stations (more than 5000). In this thesis the lanthanum bromide, LaBr3(Ce), detector has been selected as the reference instrument to study the possibility of installing it in early warning networks. The reasons for its choice were its resolution, which improves from 7 % to 3 % at 662 keV, its availability and the fact that these detectors are already being used at institutions such as STUK, the nuclear safety authority in Finland. Selected monitors have been characterized by irradiation at a reference laboratory at the Institute of Energy Technologies (INTE). Furthermore, the study of their inherent background and the influence of cosmic radiation have been investigated by means of exposures in lakes, underground laboratories and the use of Monte Carlo (MC) simulations. In addition to its main function, gamma spectroscopy, these detectors allow the possibility of calculating values of ambient dose equivalent H*(10). In this thesis two different methods have been developed and applied to spectra measured using LaBr3(Ce) crystals in long-term measurements and intercomparison campaigns, the stripping method and the conversion coefficients method. The first is based on obtaining the external flux that reaches the monitor and involves the subtraction of all partial absorptions produced by scatterings in the monitor itself. This methodology, which has been already studied and usually applied to HPGe detectors, proved that it can also offer good results in LaBr3(Ce) detectors. The second methodology is based on splitting the spectra into several energy regions, and a coefficient to "convert" from measured counts to H *(10) values for each region is defined. Results obtained have been compared with classical dose rate monitor values. The long-term measurements were performed at surveillance stations in Barcelona and Madrid. Since, fortunately, there were no radiological emergencies during research for this thesis, H*(10) diurnal and seasonal variations at these stations are studied from the viewpoint of the influence of cosmic radiation and variations of 222Rn daughter concentration. Intercomparison campaigns were performed at Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) facilities to study both detector sensibility and the accuracy of H*(10) calculated values. Use of new technological advances in the determination of high levels of H*(10) led us to study the viability of installing gamma radiation detectors on an unmanned aerial vehicle. In this thesis a drone prototype has been developed which uses a 3'' x 3'' NaI installed in an RPAS helicopter. The first flights took place at different altitudes and over a pond in order to study detector sensitivity. Although the prototype it is still at an initial stage and more flights are required, preliminary results obtained are promising, showing that the system is able to detect variations in terrestrial radioactivity.La present tesis se centra en la millora de les estacions de radiovigilància ambiental a partir de l'ús de l'espectrometria gamma. Típicament aquestes estacions estan equipades amb monitors de mesura de dosis, però no disposen d'equips d'espectrometria. Això significa que es poden prendre mesures dels efectes de la radiació, la dosis, però no es pot obtenir informació sobre els radionúclids que produeixen aquesta radiació. Avui en dia s'han desenvolupat nous materials en el camp de l'espectrometria i la implementació d'aquest tipus de detectors s'està considerant activament per part de les estacions de radiovigilància europees (més de 5000). A la tesis el detector de bromur de lantà, LaBr3(Ce), s'ha seleccionat com a instrument de referència per estudiar la viabilitat de ser instal·lat a les estacions anomenades "early warning", és a dir, que està previst donin el primer avís en cas d'emergència radiològica. Les raons d'escollir aquest detector són la seva resolució, que millora del 7 % al 3 % als 662 keV, la seva disponibilitat i el fet que aquests detectors ja s'han començat a utilitzar per institucions com l'STUK, l'autoritat de seguretat nuclear a Finlàndia. Els monitors seleccionats s'han caracteritzat mitjançant irradiacions al laboratori de referència de l'Institut de Tècniques Energètiques (INTE). També s'han realitzat estudis sobre la seva contaminació interna i la influència de la radiació còsmica a través de mesures en llacs, laboratoris subterranis i l'ús de simulacions Monte Carlo (MC). A més de la seva principal funcionalitat, l'espectrometria gamma, també tenim la possibilitat de calcular valors de dosis equivalent ambiental H*(10) a partir dels espectres registrats. En aquesta tesis dues metodologies diferents s'han desenvolupat i aplicat als espectres mesurats amb cristalls de LaBr3(Ce), en mesures de llarga durada i en campanyes d'intercomparacions: la metodologia de l'"stripping" i la de "conversion coefficients". La primera es basa en obtenir el flux real que arriba al detector i implica restar totes aquelles absorcions parcials que es produeixen per "scatterings" en el monitor mateix. Aquesta metodologia, que ja s'ha estudiat i usualment s'aplicava a detectors de HPGe, ha mostrat bons resultats també amb els detectors de LaBr3(Ce). La segona metodologia es basa en dividir l'espectre en diferents regions energètiques i definir per cadascuna d'elles un coeficient per passar de número de comptes mesurats a valors de H*(10). Els resultats obtinguts amb els dos mètodes s'han comparat amb els que proporcionaria un monitor de taxa de dosis. Les mesures de llarga durada es van dur a terme en estacions de vigilància de Barcelona i Madrid. Com que, afortunadament, no va haver-hi cap emergència radiològica mentre s'estava realitzant la tesis, les variacions diürnes i estacionals de H*(10) en aquestes estacions s'han estudiat des del punt de vista de la influència de la radiació còsmica i les variacions en la concentració dels descendents del 222Rn. Les campanyes d'intercomparació es van dur a terme a les instal·lacions del Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) per estudiar tant la sensibilitat com la precisió dels valors de H*(10) calculats. L'ús dels nous avenços tecnològics en la determinació d'alts nivells de H*(10) ens han permès estudiar la viabilitat d'instal·lar detectors gamma en vehicles aeris no tripulats. En aquesta tesis s'ha desenvolupat un prototip de dron que utilitza un detector de 3" x 3" de NaI instal·lat en un helicòpter RPAS. Els primers vols es van realitzar a diferents alçades i sobrevolant un estany per tal de veure la seva sensibilitat. Malgrat que el prototip encara es troba en una fase inicial i caldran molts més vols de prova, els resultats inicials han estat prometedors, ja que han mostrat que el sistema és sensible a les variacions de la radioactivitat natural

Espectrometria gamma amb detector de HPGe per a la detecció a baixes energies

La determinació de l’activitat gamma en mostres radioactives per part dels detectors HPGe es realitza a partir de les corbes d’eficiència en energia, determinades prèviament a partir de fonts patró. Aquest patrons, que tenen activitats conegudes d’una sèrie de radioisòtops permeten ajustar la corba que s’utilitzarà a posteriori, per conèixer l’eficiència de qualsevol radioisòtop en tot el rang energètic. A baixes energies però, degut a l’atenuació de les gammes en el material, les corbes d’ajust no serveixen i és necessari tenir en els patrons mostres del radioisòtop d’interès. Degut a la diversitat de matrius de mostres que arriben al laboratori, tenir patrons per totes elles és inviable, de manera que en el present projecte s’establirà una metodologia alternativa

Espectrometria gamma amb detector de HPGe per a la detecció a baixes energies

La determinació de l’activitat gamma en mostres radioactives per part dels detectorsHPGe es realitza a partir de les corbes d’eficiència en energia, determinades prèviament apartir de fonts patró. Aquest patrons, que tenen activitats conegudes d’una sèrie deradioisòtops permeten ajustar la corba que s’utilitzarà a posteriori, per conèixer l’eficiència dequalsevol radioisòtop en tot el rang energètic. A baixes energies però, degut a l’atenuació deles gammes en el material, les corbes d’ajust no serveixen i és necessari tenir en els patronsmostres del radioisòtop d’interès. Degut a la diversitat de matrius de mostres que arriben allaboratori, tenir patrons per totes elles és inviable, de manera que en el present projectes’establirà una metodologia alternativa

Ambient dose estimationH*(10) from LaBr3(Ce) spectra

The stripping method for ambient dose estimation has been used for detectors such as high-purity Ge (HPGe). This method strips the spectrum from the partial absorptions produced in the detector leaving only the events corresponding to the full absorption of a gamma ray. In the present study, this method is applied to a 1 '' x 1 '' LaBr3(Ce) detector using the PENELOPE/penEasy Monte Carlo code to obtain both the partial absorptions and detector full peak efficiency. The stripping method has been validated from a set of gamma fluxes carried out at the accredited laboratory of the Institute of Energy Technologies of the Technical University of Catalonia and results were obtained with differences <5 %. After validation, the LaBr3(Ce) monitor was installed on the roof of the institute premises working in parallel with a photon equivalent dose monitor, model FHZ 601A from the FAG Company. The derived H*(10) values from the LaBr3(Ce) detector show good agreement with those derived from the dose monitor

Intelligent occupant protection system 'IOPS' -Adaptive load limiter-

Available from British Library Document Supply Centre- DSC:DXN060587 / BLDSC - British Library Document Supply CentreSIGLEGBUnited Kingdo

Fast Monte Carlo codes for occupational dosimetry in interventional radiology

Interventional radiology techniques cause radiation exposure both to patient and personnel. The radiation dose to the operator is usually measured with dosimeters located at specific points above or below the lead aprons. The aim of this study is to develop and validate two fast Monte Carlo (MC) codes for radiation transport in order to improve the assessment of individual doses in interventional radiology. The proposed methodology reduces the number of required dosemeters and provides immediate dose results.Peer ReviewedObjectius de Desenvolupament Sostenible::3 - Salut i BenestarPostprint (published version