Study of the radiation field of the ALFA station at ELI Beamlines

Precise dosimetry is critical to ensure safety and optimize operational efficacy in laser-driven accelerator settings. This thesis investigates the secondary radiation field produced by a laser-driven electron accelerator, specifically focusing on the ALFA experimental station at the ELI Beamlines facility in the Czech Republic. The research employs a combination of dosimetric measurements and Monte Carlo simulations to analyze the secondary radiation produced during the acceleration process. The three adopted dosimeters were tested under conditions characterized by high charge per bunch, short temporal duration, and a repetition frequency of 1 kHz, which pose significant challenges for conventional radiation detection devices. The analysis of the collected data revealed notable discrepancies in neutron radiation measurements between the Lupin and Pandora dosimeters, with differences reaching four orders of magnitude. Further investigation indicated that these discrepancies were linked to the high-energy neutron channel of the Pandora dosimeter, while the Lupin dosimeter's results remained within an acceptable range when compared to the low-energy neutron channel of the Pandora. In terms of gamma radiation, the Nausicaa dosimeter recorded doses 1.5 times higher than those of the Pandora, which was consistent with expectations given the operational context. The findings suggest that the anomalous behavior of the Pandora dosimeter is not due to device malfunction but is likely associated with high dose rate levels. The study highlights the importance of further research to understand these phenomena, including controlled experiments and a detailed examination of the dosimeter's electronics.

Una dosimetria precisa è fondamentale per garantire la sicurezza e ottimizzare l'efficacia operativa negli ambienti degli acceleratori laser-driven. Questa tesi indaga il campo di radiazione secondaria prodotto da un acceleratore di elettroni a laser-driven, concentrandosi in particolare sulla stazione sperimentale ALFA presso la struttura ELI Beamlines in Repubblica Ceca. La ricerca impiega una combinazione di misurazioni dosimetriche e simulazioni Monte Carlo per analizzare la radiazione secondaria prodotta durante il processo di accelerazione. I tre dosimetri adottati sono stati testati in condizioni caratterizzate da un'alta carica per impulso, una breve durata temporale e una frequenza di ripetizione di 1 kHz, che pongono sfide significative per i dispositivi di rilevamento della radiazione convenzionali. L'analisi dei dati raccolti ha rivelato notevoli discrepanze nelle misurazioni della radiazione neutronica tra i dosimetri Lupin e Pandora, con differenze che raggiungono quattro ordini di grandezza. Ulteriori indagini hanno indicato che queste discrepanze erano collegate al canale di neutroni ad alta energia del dosimetro Pandora, mentre i risultati del dosimetro Lupin rimanevano all'interno di un intervallo accettabile se confrontati con il canale di neutroni a bassa energia del Pandora. In termini di radiazione gamma, il dosimetro Nausicaa ha registrato dosi 1,5 volte superiori a quelle del Pandora, il che era coerente con le aspettative date le condizioni operative. I risultati suggeriscono che il comportamento anomalo del dosimetro Pandora non è dovuto a un malfunzionamento del dispositivo, ma è probabilmente associato a livelli elevati di dose. Lo studio evidenzia l'importanza di ulteriori ricerche per comprendere questi fenomeni, inclusi esperimenti controllati e un esame dettagliato dell'elettronica del dosimetro.