ISOCS : characterization and performance analysis

This thesis work has been developed to give a consistent approach to gamma spectrometry using the ISOCS system, a powerful tool for performing radiological characterizations. This purpose has been achieved through the study of the ISOCS’s detector characterization process, exploring its capabilities and developing possible solutions to intrinsic difficulties related to in-situ radioactive assays. The first chapter is intended as a brief introduction on the radiological characterization in nuclear decommissioning, where in-situ measurements using an ISOCS system play a leading role, with reference to the ISO 19017 as a guidance for gamma spectrometry measurements. The second chapter is entirely devoted to the description of the ISOCS system through the analysis of its components and functionalities, in particular its innovative efficiency calibration procedure. In the third chapter an analysis is presented to verify the detector response characterization that primary determine the accuracy in the software efficiency calibration. The effect of the intrinsic variability associated to in-situ radiological characterization is analyzed in the fourth chapter for the case of a drum containing simulated waste and sources in a controlled situation to study ISOCS’s estimating capabilities. The fifth chapter presents a simplified tomographic method that is intended to reduce the estimation inaccuracy due to an unknown source position within the waste package. This tomographic code was developed and analyzed for the drum geometry used in chapter four. Finally, chapter six is devoted to draw the conclusions of this thesis work. Three appendixes containing one example of geometry definition process, the code developed for the tomography and the data used in chapter three are presented as complementary to previous chapters.

Questo lavoro di tesi è stato sviluppato per fornire un approccio consistente alla spettrometria gamma in-situ attraverso l’uso del sistema ISOCS che costituisce un sistema innovativo e potente per poter effettuare una caratterizzazione radiologica. Questo scopo è stato raggiunto attraverso lo studio del processo di caratterizzazione del detector utilizzato da ISOCS, esplorando le sue capacità di stima di attività e sviluppando soluzioni attuabili ai problemi relativi a una misura in-situ. Il primo capitolo fornisce una breve introduzione al ruolo della caratterizzazione radiologica nella fase di decommissioning, fase nella quale le misure in-situ basate su sistema ISOCS hanno un ruolo primario, con riferimento alla guida alla spettrometria gamma in-situ ISO 19017. Il secondo capitolo è interamente dedicato alla descrizione del sistema ISOCS attraverso l’analisi delle sue componenti e funzionalità, ed in particolare del suo innovativo processo di calibrazione composto sia dalla caratterizzazione del detector, sia dal processo matematico di calibrazione. Nel terzo capitolo è presentata un’analisi volta a caratterizzazione l’efficienza di rivelazione, dato che questa per prima determina l’accuratezza nel processo di calibrazione complessivo. L’effetto della variabilità intrinseca associata alla caratterizzazione radiologica in-situ è discusso nel quarto capitolo nel caso di un fusto contenente materiale di scarto simulato e sorgenti in una situazione controllata al fine di studiare le prestazioni del sistema ISOCS. Il quinto capitolo presenta un metodo tomografico semplificato pensato per ridurre le inaccuratezze nella stima di attività dovute a una posizione non nota della sorgente all’interno del volume di rifiuto. Il codice tomografico è stato sviluppato ed analizzato per la geometria del fusto usato nel capitolo 4. Infine, il sesto capitolo è dedicato alla stesura delle conclusioni derivate da questo studio. Tre appendici contenenti un esempio di processo di definizione della geometria, il codice sviluppato per la tomografia e i dati utilizzati nel capitolo tre sono presentati a complemento dei capitoli precedenti.