dosimetria nei voli spaziali dosimetria sui voli aerei
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USO DEL FANTOCCIO ANTROPOMORFO PER DOSIMETRIA INTERNA IN ATMOSFERA
APPLICAZIONI
Popolazioni residenti in alta quota Dosimetria sui voli aerei
Dosimetria nei voli spaziali
Obiettivo della tesiEstensione dell’uso del fantoccio antropomorfo Jimmy,
per dosimetria neutronica agli organi, in campi neutronicidi alta energia:
misure sperimentali e confronto con codici di simulazione Monte Carlo
• Misura di spettri neutronici a varie quoteSpettrometro BDS
• Valutazione della dose agli organi in termini di equivalente di dose ambientale neutronica H*(10)
Misure:BD-100R
Simulazionecodici Monte CarloMCNP-4B, MCNPX
Motivazioni
1. Residenti in alta quota (sopra i 4000 m)2. Dosimetria voli commerciali3. Voli militari ad alta quota (Tornado 20000 m)4. Permanenza sulla ISS
ICRP 60
Utilizzo di fantocci specificiper la dosimetria neutronica
Neutroni componente rilevante della dose totale
Necessità di una valutazione accurata della dose assorbita:le sorgenti naturali sono incluse nell’esposizione professionale
Raccomandazioni radio-protezionistiche
Art.42 Consiglio direttivo Euratom (13/05/1996):Devono essere effettuate campagne di misura per gli equipaggi esposti a più di 1mSv/anno.
ICRP 60:
Sorveglianza fisica dell’ambiente di
lavoro
<6Lavoratori esposti di
categoria B
Valutazione sistematica della dose
individuale
<100 in 5 annidi cui al max. 50
in 1 anno
Lavoratori esposti
categoria A
Nessuna<1Popolazione
Valutazioni dosimetriche
Esposizione (mSv/anno)
Soggetti
1-5Piloti e assistenti di volo
3.34Tecnici di radiografia industriale
4.76Addetti centrali nucleari
1.22Personale reparti medicina nucleare
Esposizione annua (mSv/anno)
Occupazione
��������������� ����������
���������������������� �����
�������� ����������
��� �� �������������� �������
Esposizioni in quota
1. Cervinia, Laboratorio Testa Grigiah=3480 m, 45° 56’ 03’’ N, 7° 42’ 28’’ E
2. Voli Alitalia AZ784/11, AZ784/12Roma-Tokyo-Romah=11500m,35° 45’ 9’’ N, 14° 23’ 2’’ E68° 30’ 5’’ N, 7° 33’ 4’’ E
3. Volo ASI BIRBA1,h=38000m,36° N
Codici di simulazione:MCNP4B-GN
(sviluppato dall’INFN di Torino)trasporto di elettroni, fotoni E < 100MeV;neutroni E < 30 MeV
MCNPXtrasporto di elettroni, fotoni e neutroni E < 5 GeV
GEANT 3trasporto delle cascate adronica ed elettromagnetica10 keV<E<10 TeV
Misure sperimentali:
Spettrometro abolle (BDS)
rivelatori integraliBD-100R
•Valutazione degli spettri neutronici a varie quote
•Valutazioni dosimetriche agli organi critici (ICRP 60)
Fantoccio:
Fantoccioantropomorfo
JIMMY
• Tessuto equivalente• Cavità in
corrispondenza degliorgani critici
• Conservativo rispetto ai fantoccistandard
(intercalibrazione rispettoalla sfera ICRU e alfantoccio ad acquapresso il JRC, Ipra)
Strumentazione
MCNPX
Nuovi dati nucleari valutati per neutroni e protoni fino a 150 MeVSezioni d’urto valutate per le interazioni fotonucleari
Proprietà delle subroutine inserite:• Basse energie MCNP4B• Alte energie FLUKA
Modelli fisici per energie fino a 5 GeV1. Interazione particella-nucleo:
modellizzata utilizzando sezioni d’urto particella incidentesingolo nucleone (INC)
2. diseccitazione del nucleo:frammentazione nuclei leggerispallazione e fissione nuclei pesanti (A>17)
TEST MAX-LAB(Lund, Svezia)
Microtrone iniettore e- fino a 100MeV
Anello di accumulazione Emax 550 MeV
•Esposizione del fantoccio ad un campo diretto di fotoni •Esposizione ad un campo misto di fotoni e neutroni
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 doseequivalent conversion coefficients for high energy radiationcalculated using the FLUKA code”, Rad.Prot.Dos. 88,4 (2000).
Confronto con i dati pubblicati
0.271.100.300.21Altro (µµµµSv/h)
1.01.0 0.84*0.0140.010Fotoni (µµµµSv/h)
4.02.2 2.8* 0.0240.014Protoni (µµµµSv/h)
2.85.1 4.2*0.310.16Neutroni (µµµµSv/h)
38 km12 km5.2 km3.6 km
* A. Ferrari, M.Pelliccioni, T. Rancati,“ Calculation of the Radiation Environment caused by Galactic Cosmic Raysfor 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
PERCENTUALI IN DOSE DELLE COMPONENTI DELLA RADIAZIONE COSMICA A QUOTE DIVERSE
SPETTRI NEUTRONICI A VARIE QUOTE
(A. Zanini, C. Ongaro, C. Manfredotti, L. Tommasino, P. Miranda Losa)
PERCENTUALI DI DOSE NEUTRONICA A QUOTE DIVERSE
Laboratorio Testa Grigia
Cervinia,Laboratorio Testa Grigiah=3480 m, 45° 56’ 03’’ N, 7° 42’ 28’’ E
3480 m
gonadi
vesc
icaes
ofago
colon dx
colon sx
stomac
opolm
one dx
polmone s
xtiro
ideren
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rene d
xco
lonnacen
tro
0.000
0.005
0.010
0.015
0.020
0.025
0.030
Cervinia, Laboratorio Testa Grigiaconfronto dati sperimentali e simulazioni
equi
vale
nte
di d
ose
ambi
enta
le n
eutro
nica
( µµ µµSv
/h)
MCNP4B BD 100R
media misure 4/4/2002 1/5/2002
VOLI AZ 746/11 AZ 746/12Voli Alitalia AZ784/11, AZ784/11Roma-Tokyo-Romah=11500m,35° 45’ 9’’ N, 14° 23’ 2’’ E68° 30’ 5’’ N, 7° 33’ 4’’ E
11500 m
gona
dive
scica
fegato
colon
dxco
lon sx
stomac
opo
lmon
e dx
polm
one s
xtiro
ide milzaren
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colon
na ba
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x
colon
na ce
ntro
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8 e
quiv
alen
te d
i dos
e am
bien
tale
neu
troni
ca ( µµ µµ
Sv/h
)
Volo Roma-Tokio-Romah = 11500m confronto tra dati sperimentali e calcolo
MCNP-4B BD 100R
VOLO ASI BIRBA1
Progetto IORD,h=38000m,36° N
38000 m
gona
dives
cica
esofa
goco
lon dx
colon
sxsto
maco
polm
one d
xpo
lmon
e sx
tiroide
cerve
llo
milzaren
e sx
rene d
x
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
MCNP-4B BD 100R
equ
ival
ente
di d
ose
neut
roni
ca ( µµ µµ
Sv/h
)
Birba 1volo Trapani Siviglialuglio 2001h = 38000 m
DOSE EFFICACE :������������������������������������ �� �������� �������� �������� ���������������������������������������������� ����������������������������
TT
T HwE ∑=
0.120.016Midollo
0.050.019Fegato
0.050.03Rimanenti organie tessuti
0.010.012Pelle
0.010.018Superficieossea
0.050.019Vescica
0.050.015Esofago
0.060.017Colon sx
0.060.016Colon dx
0.060.011Polmone sx
0.060.011Polmone dx
0.120.013Stomaco
0.200.018Gonadi
wTHT (µµµµSv/h)
Organo wTHT (µµµµSv/h)
Organo
0.120.79Midollo
0.050.75Fegato
0.051.5Rimanenti organie tessuti
0.010.82Pelle
0.010.79Superficieossea
0.050.85Vescica
0.050.74Esofago
0.060.79Colon sx
0.060.73Colon dx
0.060.87Polmone sx
0.060.62Polmone dx
0.120.71Stomaco
0.200.67Gonadi
wTHT (µµµµSv/h)
Organo
0.120.6Midollo
0.05032Fegato
0.051.8Rimanenti organie tessuti
0.010.5Pelle
0.010.6Superficieossea
0.050.32Vescica
0.050.44Esofago
0.060.45Colon sx
0.060.57Colon dx
0.060.37Polmone sx
0.060.49Polmone dx
0.120.41Stomaco
0.200.64Gonadi
E= 0.027 µµµµSv/h E= 0.7 µµµµSv/h E= 0.49 µµµµSv/h
(100 keV<En<20MeV)
CALCOLO PERCENTUALE DI DOSE AGLI ORGANI
gona
dives
cica
fegato
esofa
goco
lon dx
colon
sxsto
maco
polm
one d
xpo
lmon
e sx
tiroide
cerve
llomilza
rene s
xco
lonna
bass
aren
e dx
colon
nace
ntro
0
10
20
30
40
50
60
70
80
3600 m (Hess 700 gr/cm2):trasporto spettro pubblicatodentro il fantoccio Jimmy
perc
entu
ale
di e
uiva
lent
e di
dos
e am
biel
tale
neu
troni
ca
Intervalli di dose: E<0.1MeV 0.1 - 20MeV 20 - 400MeV 400MeV - 5GeV
gona
dive
scica
fegato
esofa
goco
lon dx
colon
sxsto
maco
polm
one d
xpo
lmon
e sx
tiroide
cerve
llomilza
rene s
xco
lonna
bass
aren
e dx
colon
nace
ntro
0
10
20
30
40
50
60
70
12000 m (Hess 200 gr/cm2:)trasporto spettro pubblicatodentro il fantoccio Jimmy
perc
entu
ale
di e
uiva
lent
e di
dos
e am
biel
tale
neu
troni
ca
Intervalli di dose: E<0.1MeV 0.1 - 20MeV 20 - 400MeV 400MeV - 5GeV
gona
dives
cica
fegato
esofa
goco
lon dx
colon
sxsto
maco
polm
one d
xpo
lmon
e sx
tiroide
cerve
llomilza
rene s
xco
lonna
bass
aren
e dx
colon
nace
ntro
0
10
20
30
40
50
60
70
38000 m (Hess 0 gr/cm2): trasporto spettro pubblicatodentro il fantoccio Jimmy
perc
entu
ale
di e
uiva
lent
e di
dos
e am
biel
tale
neu
troni
ca
Intervalli di dose: E<0.1MeV 0.1 - 20MeV 20 - 400MeV 400MeV - 5GeV
0.751.190.035Totale0.040.080.002400 MeV<En<5 GeV0.140.290.00420 MeV<En<400 MeV
0.490.70.027100 keV<En<20 MeV0.080.120.002En<100 keV
BIRBA 1Volo Roma-Tokyo-
Roma
Testa Grigia
Dosi efficaci (µSv/h)
3600m 11500m 380000m0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
tot. = 0.035 µµµµSv/h
tot. = 0.75 µµµµSv/h
tot. = 1.19 µµµµSv/h
:10
dose
effi
cace
( µµ µµSv
/h)
0< En <100 keV 100 keV< En <20 MeV 20 MeV< En < 400 MeV 400 MeV< En < 5 GeV
2.3 (700 h)0.8 (700 h)Voli commerciali
0.9 (anno)0.3 (anno)Cervinia
Equivalentedi dose
ambientale (mSv)
Dose efficace (mSv)
Valutazione dell’esposizione annua