Evaluación cuantitativa del uso de módulos de blindaje VeriShield® para abordar el problema del desmantelamiento de instalaciones de terapia de protones.
Evaluación cuantitativa
Departamento de Física del Blindaje contra la Radiación y Radioprotección
Veritas Medical Solutions, Harleysville, PA USA
www.veritas-medicalsolutions.com
por El Hassane Bentefour, PhD.
Director de Física
hassane.bentefour@veritasmedicalsolutions.com
Robert J. Farrell
Consejero Delegado
Introducción
El desmantelamiento de una instalación de terapia de protones es un reto debido a la activación inducida por neutrones del blindaje, la estructura y el equipo de la instalación. La activación está causada por una serie de reacciones nucleares que producen isótopos radiactivos con vidas medias que oscilan entre horas y muchos años. Los isótopos de larga vida, como 152Eu, 133Ba, 134Cs, 60Coy 22Na, presentes habitualmente en el hormigón, son especialmente problemáticos porque, además de su larga vida media, requieren un índice de desclasificación (CI) muy bajo para ser considerados residuos no nucleares.
OBJETIVO
Revisar las características de atenuación del blindaje neutrónico de VeriShield, un material de blindaje de ingeniería de alta densidad. A continuación, explorar el grado de activación neutrónica de estos módulos cuando se fabrican con diferentes proporciones de cemento, reducidas a tan solo un 2%.
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MÉTODOS
Revisión de la atenuación de neutrones VeriShield®:
Hemos estudiado más de media docena de diferentes materiales de blindaje Veritas utilizando un blanco delgado de cobre como fuente de neutrones mientras era bombardeado por protones de 230 MeV. Un detector de neutrones WENDI, operado en modo de integración, estaba blindado por 5 lados por una cueva blindada especialmente construida con un lado abierto para detectar neutrones procedentes de la fuente en un ángulo determinado a medida que pasaban a través de la pila de blindaje. Algunos de los materiales del estudio presentaban elementos de alta densidad en combinación con aditivos especiales diseñados para aumentar su eficacia de atenuación.
Cómo abordar el problema de la activación neutrónica de la terapia de protones:
Para minimizar el problema de la activación neutrónica de la terapia de protones, experimentamos con dos enfoques:
(i) Creación de una nueva generación de VeriShield que utiliza un bajo contenido de cemento
y agentes aglutinantes alternativos.
(ii) Explorar la viabilidad del concepto de capa de sacrificio de la empresa para
aumentar la longevidad de las instalaciones de terapia de protones.
Figura 1: (a) Esquema del montaje de prueba, (b) firma del haz de protones clínicos sobre un blanco de cobre, (c) detector de neutrones protegido de los neutrones rebotados en las paredes de la bóveda, (d) estructura típica de la barrera VeriShield.
RESULTADOS
Blindaje VeriShield comparado con el hormigón
Los resultados experimentales, apoyados por los cálculos de Monte Carlo; como se ilustra en las Fig. 2a, 2b, 2c y 2d, muestran que la barrera VeriShield tiene una mayor eficiencia acumulativa de blindaje comparada con el hormigón. Esta eficiencia acumulada, junto con la profundidad de blindaje, aumenta a medida que aumenta la energía del haz de protones (es decir, la energía de neutrones). Según la Figura 2d, se puede ver que para un haz de protones clínico de 230 MeV, se necesitarían 6,4 pies de VeriShield® V300 para reducir la dosis de neutrones al 0,01% en comparación con 10,7 pies de hormigón. Así pues, se ahorraría aproximadamente un 40% del espacio que de otro modo cubriría el hormigón en masa si se utilizara para el blindaje.
VeriShield y activación de neutrones
Se ha desarrollado una nueva generación de VeriShield que utiliza un agente aglutinante alternativo con un contenido mínimo de cemento, sólo el 3% (un 77% menos que en el VeriShield actual). La Fig. 3a muestra algunas muestras con un contenido de cemento que varía del 5% al 0%. Con estos nuevos módulos, el problema de la activación a largo plazo se reduce significativamente, ya que la presencia de elementos de vida media larga como 152Eu, 133Ba, 134Cs, 60Coy 22Naes prácticamente inexistente.
Se han realizado estudios de activación Monte Carlo en módulos VeriShield y hormigón. Los resultados preliminares, en la Fig. 3b, muestran una activación neutrónica similar a la del hormigón, pero con dos ventajas:
-El VeriShield actual tiene la ventaja de poder utilizarse como capa de sacrificio, ya que se trata de una estructura seca que permite eliminar y sustituir las barreras de forma selectiva.
-El nuevo módulo VeriShield presenta la promesa de reducir los problemas de activación a largo plazo. Se justifica la realización de estudios adicionales.
CONCLUSIONES
La evaluación cuantitativa de VeriShield es un medio para ahorrar espacio y tiempo a la hora de diseñar una instalación de terapia de protones, ya que ofrece un mayor grado de eficacia de blindaje contra neutrones. A diferencia del hormigón en masa, permite una mejor gestión de la activación neutrónica, ya que puede utilizarse como capa sacrificial de blindaje. Es probable que una nueva generación prospectiva de VeriShield, que utiliza un agente aglutinante alternativo al cemento, mejore su rendimiento real y su idoneidad para la terapia de protones.
REFERENCIAS
1. Datos experimentales del informe de pruebas VeriShield® de Veritas-MIT, V. Nazaryan et al. Sin publicar.
2. Tomaž Žagar, Matjaž Ravnik, "MEASUREMENT OF NEUTRON ACTIVATION IN CONCRETE SAMPLES". Conferencia Int., Nuclear Energy in Central Europe 2000