Commissioning characterization and exploitation of the CERN Shielding Benchmark Facility (CSBF)
Authors: Ηλιοπούλου Ελπίδα 
Published: September 2021

Μία από τις κύριες εφαρμογές του κώδικα προσομοιώσεων FLUKA Monte Carlo, είναι ο σχεδιασμός νέων εγκαταστάσεων ιοντίζουσας ακτινοβολίας. Ένα αναπόσπαστο κομμάτι της διαδικασίας ανάπτυξης του κώδικα FLUKA, είναι η συγκριτική αξιολόγηση προγνωστικών για νέα χαρακτηριστικά έναντι πειραματικών δεδομένων, για παράδειγμα, συγκριτική αξιολόγηση της διείσδυσης σε βαθιά θωράκιση από σωματίδια που προέρχονται από επιταχυντή πρωτονίων υψηλής ενέργειας εν λειτουργία. Για το λόγο αυτό, το CERN High Energy Accelerator Mixed Field Facility (CHARM) και το CERN Shielding Benchmark Facility (CSBF) σχεδιάστηκαν ειδικά για την απόκτηση πειραματικών δεδομένων για μελέτες διείσδυσης σωματιδίων σε βαθιά θωράκιση. Οι κύριοι στόχοι αυτής της διατριβής, είναι ο σχεδιασμός και ο χαρακτηρισμός του CSBF, τόσο με προσομοιώσεις των φασμάτων ακτινοβολίας με FLUKA Monte Carlo, όσο και με την επικύρωση τους με πειράματα ενεργοποίησης. Το πρώτο πρωτότυπο του CSBF εγκαταστάθηκε, μαζί με ολόκληρη τη θωράκιση της εγκατάστασης CHARM, κατά τη διάρκεια του Long Shut-down 1 (LS1) το 2013/2014. Η εγκατάσταση CHARM λειτουργεί με δέσμη πρωτονίων 24GeV/c από τον Σεπτέμβριο του 2014. Ένας πρώτος χαρακτηρισμός της εγκατάστασης CSBF πραγματοποιήθηκε τον Ιούλιο του 2015, με την πραγματοποίηση πειραμάτων ενεργοποίησης ανιχνευτών βισμουθίου και αλουμινίου στο CSBF. Οι προσομοιώσεις Monte Carlo με τον κώδικα FLUKA, πραγματοποιήθηκαν για την εκτίμηση των αποδόσεων παραγωγής ισοτόπων βισμουθίου και νατρίου, για αυτά τα δείγματα. Οι αποδόσεις παραγωγής που εκτιμήθηκαν από τις προσομοιώσεις FLUKA Monte Carlo, συγκρίθηκαν με τις αποδόσεις παραγωγής που λήφθηκαν από τις μετρήσεις της γ-φασματοσκοπίας των δειγμάτων, λαμβάνοντας υπόψη το προφίλ της έντασης δέσμης. Με την εμπειρία που αποκτήθηκε κατά τη διάρκεια της εκστρατείας ενεργοποίησης το 2015, το CSBF αναβαθμίστηκε σημαντικά κατά τη διάρκεια της εκτεταμένης τεχνικής διακοπής στο τέλος του έτους 2016. Συνεπώς, τον Σεπτέμβριο του 2016 πραγματοποιήθηκε μια δεύτερη εκστρατεία πειραμάτων με ενεργοποίηση δειγμάτων βισμουθίου, αλουμινίου και ινδίου, που τοποθετήθηκαν στο CSBF, για να χαρακτηρίσουν την αναβαθμισμένη έκδοση του CSBF. Οι προσομοιώσεις Monte Carlo με τον κώδικα FLUKA, πραγματοποιήθηκαν για την εκτίμηση των ειδικών αποδόσεων παραγωγής των ισοτόπων βισμουθίου, νατρίου και ινδίου, για τα δείγματα αυτά, στη νέα εγκατάσταση και έπειτα συγκρίθηκαν με τις αποδόσεις παραγωγής που λήφθηκαν από τις μετρήσεις γ-φασματοσκοπίας των δειγμάτων, λαμβάνοντας υπόψη το προφίλ της έντασης δέσμης. Παράλληλα με την εκστρατεία ενεργοποίησης το 2016, πραγματοποιήθηκε μια σειρά μετρήσεων με θάλαμο ιονισμού υδρογόνου υπό υψηλή πίεση 20 bar, βαθμονομημένο για τη μέτρηση ρυθμού ισοδύναμης δόσης περιβάλλοντος, στo shielding material test location. Με τη σύγκριση του ρυθμού δόσης που μετρήθηκε σε διαφορετικές θέσεις, υπολογίζεται ο μέσος όρος του μήκους εξασθένησης φάσματος νετρονίων των διάφορων, συνήθως, χρησιμοποιούμενων υλικών θωράκισης. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν για τις εκστρατείες ενεργοποίησης το 2015 και το 2016 έδειξαν ότι τα πεδία ακτινοβολίας στο CSBF είναι τώρα καλά κατανοητά και καλά περιγραφόμενα από την FLUKA. Αυτά τα αποτελέσματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως κατευθυντήριες γραμμές για παρόμοιες μελέτες σε μελλοντικούς επιταχυντές πρωτονίων και σε ιατρικές εγκαταστάσεις.