Characterization of neutron beams of LVR-15 research reactor by means of Fricke gel layer dosimeters

This work focuses on the characterization of neutron beams of LVR-15 research reactor (Řež), for which it is necessary to determine the thermal neutron fluence rate and gamma and fast neutron dose rates. To this aim, Fricke gel layer dosimeters (FGLDs) have been employed. The FGLDs are based on Fricke solution with the addition of Xylenol Orange. With suitable changes of isotopical composition it is possible to evaluate a spatial distribution of the various dose contributions. The analysis is carried out by placing dosimeters on a plain uniform light source and acquiring with a CCD camera light transmittance images at a proper wavelength. By means of pixel-to-pixel manipulation of the acquired grey level images, the difference of optical density (ODD) is evaluated. This procedure is carried out with the development of suitable softwares able to get ODD and dose images and to separate the various dose components of the absorbed dose. Dedicated Matlab codes have been developed for dosimeters with layer geometry. The first part is aimed to get ODD distribution on whole dosimeter. A second part contains the suitable algorithms necessary to get dose images and to separate the various dose components. Also a software has been developed to get ODD values for dosimeters of little dimensions, such as cylinders and cuvettes, because they could be hypothetically used at the experimental campaign. In order to separate gamma dose and fast neutron dose, some dosimeters have been prepared with heavy water. For both standard and heavy water dosimeters, gamma equivalent dose distributions are obtained and applying suitable algorithm, gamma dose and fast neutron dose are finally achieved. In order to evaluate thermal neutron fluence, dosimeters containing 40ppm of ^10B are prepared. From the analytical comparison of dose images in borated and standard dosimeters, the boron dose was obtained and through the kerma factor, the thermal neutron fluence distribution was determined. Studies of trends in time for these kinds of dosimeters have been carried out simulating the travel conditions. Dose and fluence values were corrected for the time effect. The measurements were performed in the epithermal column of the BNCT facility and in the horizontal column HK1. The gamma dose has been compared with TLDs in the same configuration and the agreement has shown to be very satisfactory.

L'oggetto di questo lavoro è la caratterizzazione dei fasci neutronici del reattore di ricerca LVR-15 (Řež), per il quale è necessario determinare la fluenza dei neutroni termici e i ratei di dose neutronica e gamma. A tal scopo, sono stati utilizzati Fricke gel layer dosimeters (FGLDs). I FGLDs sono costituiti dalla soluzione di Fricke con l'aggiunta dello Xylenol Orange. Con adeguati cambiamenti della composizione isotopica, è possibile valutare la distribuzione spaziale dei vari contributi di dose. L'analisi è stata condotta posizionando i dosimetri su un illuminatore di luce piace e acquisendo, con una camera CCD ad una appropriata lunghezza d'onda, immagini di transmittanza. Per mezzo di una manipolazione pixel a pixel delle immagini acquisite in scala di grigio, si è valutata la differenza di densità ottica (ODD). La procedura è stata realizzata con lo sviluppo di adeguati software in grado di acquisire immagini di dose e ODD e per separare i vari contributi di dose della dose assorbita. Programmi in codice Matlab sono stati sviluppati per dosimetri a forma di layer. La prima parte ha lo scopo di ottenere la distribuzione di ODD dell'intero dosimetro. Una seconda parte contiene gli adeguati algoritmi necessari per ottenere immagini di dose e di separare i vari contributi di dose. Un software è stato creato anche per ottenere valori di ODD per dosimetri di piccole dimensioni, come i cilindretti e le cuvette, perché sarebbero potuti ipoteticamente essere usati alla campagna sperimentale. Per separare la dose gamma e la dose dei neutroni veloci, alcuni dosimetri sono stati preparati con acqua pesante. Per dosimetri standard e d'acqua pesante, le distribuzioni di dose gamma equivalente sono state ottenute applicando adeguati algoritmi, per valutare la dose neutronica veloce e dose gamma. Dosimetri contenenti 40ppm di 10B sono stati preparati per calcolare la fluenza dei neutroni termici. La dose da boro è stata ottenuta dalle immagini di dose dei dosimetri borati e standard, così, attraverso il fattore di kerma si è potuto determinare la distribuzione della fluenza dei neutroni termici. Studi degli andamenti nel tempo per questo genere di dosimetri sono stati effettuati simulando le condizioni di viaggio. I valori delle fluenze e della dose sono stati pertanto corretti per l'effetto nel tempo. Le misure sono state realizzate alla colonna epitermica della struttura BNCT e alla colonna orizzontale HK1. La dose gamma è stata confrontata con dei TLDs nella stessa configurazione e l'accordo si è rilevato essere molto soddisfacente.