Activation study for future decommissioning of proton therapy and boron neutron capture therapy facilities at CNAO with FLUKA simulations

The National Center of Oncological Hadrontherapy (CNAO) is a hospital and research center dedicated to hadrontherapy based in Pavia, Italy. An expansion is programmed for 2023 at CNAO, involving a new synchrotron for Proton Therapy, provided by Hitachi, and a new Boron Neutron Capture Therapy (BNCT) facility, installed by TAE Life Sciences and Neuboron Therapy System, for the treatment of tumours exploiting the (n,α) reaction on 10B. Nuclear decommissioning is the administrative and technical process whereby a nuclear facility is dismantled to the point that it no longer requires measures for radiation protection. As part of a facility’s initial authorization, a decommissioning plan that demonstrates the feasibility of decommissioning is developed. Therefore, the purpose of the thesis is to provide the data obtained in the case study of two facilities with the same technology as those that will be installed at CNAO. In particular, this work aims to understand which are the radionuclides generated and their specific activities as a result of different irradiation times, for both the facilities considered. Different irradiation times of 30 minutes, 12 hours and 20 years are taken into account. For each simulation, the following results are offered: specific activity maps in Bq/g; activity tables (presenting the radionuclides and their specific activity) for each of the main activated components; ambient dose equivalent H*(10) present after the end of irradiation at different cooling times. This analysis is performed employing the Monte-Carlo software FLUKA, which is able to simulate the different scenarios.

Il Centro Nazionale di Adroterapia Oncologica (CNAO) è un ospedale e centro di ricerca dedicato all’adroterapia con sede a Pavia, Italia. Per il 2023 è prevista un’espansione del CNAO che prevede un nuovo sincrotrone per la protonterapia, fornito da Hitachi, e una nuova struttura per la Terapia a Cattura Neutronica del Boro (BNCT), fornita da TAE Life Sciences e Neuboron Therapy System, per il trattamento dei tumori sfruttando la reazione (n,α) su 10B. Il decommissioning nucleare è il processo amministrativo e tecnico con cui un impianto nucleare viene smantellato fino al punto in cui non richiede più misure per la radioprotezione. Come parte dell’autorizzazione iniziale di un impianto, viene sviluppato un piano di decommissioning che dimostra la realizzabilità dello smantellamento. Pertanto, lo scopo della tesi è quello di fornire i dati ottenuti nel caso di studio di due impianti con la stessa tecnologia di quelli che saranno installati al CNAO. In particolare, questo lavoro mira a capire quali sono i radionuclidi generati e le loro attività specifiche a seguito di diversi tempi di irraggiamento, per entrambi gli impianti considerati. Sono presi in considerazione tempi di irraggiamento di 30 minuti, 12 ore e 20 anni. Per ogni simulazione, vengono offerti i seguenti risultati: mappe di attività specifica in Bq/g; tabelle di attività (che presentano i radionuclidi e la loro attività specifica) per ciascuno dei principali componenti attivati; dose ambientale equivalente H*(10) presente dopo la fine dell’irraggiamento a diversi tempi di raffreddamento. L’analisi viene effettuata utilizzando il software Monte-Carlo FLUKA, che è in grado di simulare i diversi scenari.