OBBIETTIVI DI RIPROGETTAZIONE DEL CANALE PROTONICO

Dallo studio condotto in (1) è emerso, come anticipato al paragrafo 1.1, che per mantenere la dose di radiazione massima concessa di 100µSv/h sono necessari alcuni provvedimenti da attuare all’intero front-end. In questo paragrafo sarà riassunto lo studio di attivazione del solo canale protonico di interesse pratico in questa tesi.

Lato sinistro

Lato destro

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6.4.1.2 Analisi del canale protonico preesistente

Dall’analisi delle radiazioni all’interno del bunker presentata in (1)tramite simulazioni con il codice di calcolo MCNPX è emerso il campo di radiazioni visibile in figura 6.16 valido per il canale protonico preesistente.

Fig. 6.16: Vista orizzontale del canale protonico senza gli accorgimenti di radioprotezione. La mesh colorata rappresenta l’effettiva dose in aria di radiazione gamma dopo 10 cicli e 15 giorni di raffreddamento. La scala rappresenta la radiazione in scala logaritmica dal valore di 230 µSv/h fino a 100

mSv/h. Questa soluzione prevede già l’uso di un disco di alluminio posto in corrispondenza del numero 6 che limita l’attivazione del soffietto lato destro poco prima della camera target. Le etichette numerate indicano: 1. Il complesso dei collimatori, 2. La box di diagnostica, 3. Il complesso valvola VAT, 4. Isolatore

in allumina. E atri componenti non appartenenti al canale protonico studiato. La zona verde indica la zona con associata una dose elevata di 1 mSv/h. (1)

Dopo 10 cicli e 15 giorni di funzionamento si può osservare in generale come a 40 cm distanza dalle superfici di contaminazione le dosi sono maggiori di 100-200 µSv/h rispetto a quelle concesse di 100 µSv/h. In particolare le maggiori criticità sono:

 Il complesso valvola VAT con rateo di dose di 3,5 mSv/h;  Il complesso collimatori con rateo di dose di 1,7 mSv/h;  Il soffietto sinistro in acciaio inossidabile con 0,9 mSv/h.

Questi elementi possiedono un elevato livello di attivazione causata dalla attivazione protonica indotta. In particolare il collimatore è attivato a causa del suo principio di funzionamento mentre il soffietto e la valvola VAT sono attivati perché costituiti da acciaio inossidabile che soffre molto più di attivazione rispetto all’alluminio. Il resto del canale, essendo costituito da alluminio, è meno soggetto ad attivazione.

6.4.1.3 Soluzioni adottate per ridurre l’attivazione nel canale protonico

Per ridurre il rateo di dose nella zona in prossimità del canale protonico e portarlo su valori definiti in precedenza sono stati presi in considerazione i seguenti provvedimenti:

 Per ridurre l’attività residua del complesso valvola VAT, un disco in grafite è introdotto nella box di diagnostica immediatamente prima della valvola VAT per assorbire i protoni di scattering. Con questo metodo si è stimata una riduzione delle dosi di due ordini di grandezza;

159  Per ridurre l’attività residua indotta sui soffietti è stata proposta la sostituzione del materiale da acciaio inossidabile a titanio riducendo così la radiazione in prossimità di questi di un ordine di grandezza;

 Per ridurre la dose residua di raggi gamma nella zona circostante il colmatore è stata prevista una protezione di piombo di spessore 10 mm che circonda interamente i collimatori. Con questo provvedimento si è ridotto di un ordine di grandezza la dose assorbita.

Si possono concludere i risultati di queste operazioni attraverso la seguente elaborazione numerica e riassunti in tabella 6.3:

Figure 6.17: Vista orizzontale dello SPES bunker dopo 10 cicli e 15 giorni di raffreddamento. La mesh rappresenta l’effettiva radiazione associata a ciascuna voce della scala in colore. Questa figura rappresenta

la soluzione finale del canale protonico con tutte le strategie di riduzione dell’attivazione incluse. Le dimensioni del front-end sono in centimetri. La scala rappresenta la radiazione in scala logaritmica dal valore di 100 µSv/h fino a 100 mSv/h. All’interno del box in piombo è presente una radiazione di 10 mSv/h.

Ed è una delle zone più attive del bunker. (1)

Tempo di raffreddamento 15 gg 30 gg

Rateo di dose µSv/h µSv/h

Collimatori 148 125

Valvola VAT 281 237

Soffietto sinistro canale protonico 166 110

Tab. 6.3: Radiazioni calcolate a 40 cm dalla superficie radioattiva dei principali componenti del canale protonico. È possibile vedere come aumentando i tempi di raffreddamento la radiazione cali. (1)

Con questi provvedimenti, come è possibile vedere dalla tabella 6.3, si stima che la radiazione nella zona in prossimità del collimatore sia di circa 100-300 µSv/h. In questo modo sono possibili interventi di manutenzione all’interno del bunker dopo naturalmente avere rimosso la camera target e atteso almeno 15 giorni. E si stima che nel caso per esempio di manutenzione delle pompe da vuoto della durata di 20 minuti la dose assorbita sia di 100 µSv.

Questi valori di dose sono associati per manutenzioni ordinarie del bunker. Bisogna quindi considerare per esempio l’imprevisto malfunzionamento del canale protonico che causerebbe l’impossibilità di effettuare manutenzioni per tempi molto più lunghi di 20 minuti. Quindi è

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necessario assicurare una progettazione attenta del canale protonico che rendi possibile una rapida manutenzione potendo sostituire rapidamente i soli componenti guasti. In particolare questo è valido per il collimatore che è la parte più critica del canale. Quindi nel complesso i lavori che sono stati eseguiti sono:

 Progettazione della protezione in piombo per il collimatore;

 Progettazione di un sistema di sgancio rapido del collimatore e di appositi strumenti per lo stoccaggio in zona sicura all’interno del bunker;

 Creazione di una procedura dettagliata per la rimozione del canale protonico e stima della dose assorbita per la rimozione del collimatore;

 Riprogettazione dei soffietti in titanio;

 Progettazione dei supporti dei componenti del canale che consentano la rimozione singola di ogni componente.

6.4.2 Modifiche inerenti alla progettazione strutturale del canale protonico

Oltre alle modifiche inerenti a rendere più sicuro il canale protonico dal punto di vista radioprotezionistico, si sono resi necessari altri lavori di progettazione che comprendono:

 La progettazione del banco di supporto del canale;

 La progettazione del sistema di allineamento del canale protonico;  La risoluzione del problema delle connessioni idrauliche.

6.5 PROGETTAZIONE DEL SISTEMA DI COPERTURA IN PIOMBO