Forschung am Departement für Strahlenschutz und Sicherheit (ASI)

Forschung ist ein untrennbarer Teil unserer Kompetenz. Um Fachwissen, qualitativ hochwertige Dienstleistungen und Unterstützung auf dem neuesten Stand von Wissenschaft und Technik anbieten zu können, führen mehrere Gruppen der Abteilung Forschung und Entwicklung zu Themen durch, die in direktem Zusammenhang mit dem Auftrag der Abteilung stehen. Das ermöglicht uns nicht nur, das erforderliche Fachwissen zu entwickeln und aufrechtzuerhalten, sondern hilft uns auch, die Talente anzuziehen, die für die effiziente Bewältigung der immer komplexeren Aufgaben am PSI benötigt werden. Darüber hinaus tragen wir durch die Ausbildung von Studierenden und Doktoranden sowie Postdocs zur Ausbildung hochqualifizierter Arbeitskräfte in der Schweiz bei. Der Forschungsoutput wird nicht nur durch die Qualität unserer Dienstleistungen, sondern auch durch wissenschaftliche Publikationen und Konferenzbeiträge, darunter auch eingeladene Vorträge, belegt.

Die Neutronendosimetrie und die Kalibrierung sind nach wie vor die anspruchsvollsten Bereiche im Strahlenschutz. Das Departement verfügt über ein einzigartiges Fachwissen und bietet einen wesentlichen Service in diesem Bereich an: Das Dosimetrie-Labor des Departements bietet den einzigen akkreditierten Neutronendosimetrie-Service in der Schweiz an, und das Kalibrierlabor ist das einzige Labor in der Schweiz, das Bestrahlungen, akkreditierte Kalibrierungen und gesetzliche Überprüfungen in Neutronen-Referenzstrahlungsfeldern anbietet. Die unterstützende Forschung umfasst die Untersuchung neuer Neutronendetektoren, die Entwicklung und Charakterisierung von Neutronendetektionstechnologien, die Einrichtung von Neutronen-Referenzkalibriereinrichtungen und die Charakterisierung von Neutronenfeldern mit passiven und aktiven Systemen, einschließlich eines Bonner Sphere Spectrometer-Systems.

Lumineszenzdosimetrietechniken, einschließlich Thermolumineszenz (TL), Optisch Stimulierte Lumineszenz (OSL) und Radiophotolumineszenz (RPL), gehören zu den am häufigsten verwendeten Techniken bei der individuellen Überwachung im Strahlenschutz. RPL ist die Technik, die vom akkreditierten Dosimetrie-Labor des Departements für die Personen- und Umgebungsdosimetrie verwendet wird. Diese Techniken bieten auch eine hohe Präzision und viele Möglichkeiten für andere Anwendungen, einschließlich medizinischer Anwendungen, z. B. zur Unterstützung der Entwicklung neuer Strahlentherapiemodalitäten und neuer Bildgebungsverfahren. Das Dosimetrie-Labor ist nicht nur gut ausgerüstet, um diese Techniken zur Unterstützung der Forschung am PSI und an kooperierenden Institutionen einzusetzen, sondern verfügt auch über das Fachwissen und die Ausrüstung für die Entwicklung und Charakterisierung neuer lumineszierender Materialien. Die Gruppe Dosimetrie arbeitet auch mit mehreren Institutionen an der Entwicklung gleichzeitiger Messungen von Dosis und linearem Energietransfer (LET) in der Ionenstrahltherapie unter Verwendung von Lumineszenzdetektoren zusammen.

Die zunehmend strengeren Strahlenschutzvorschriften in Verbindung mit immer komplexeren Messgeräten zur Erfüllung dieser Anforderungen stellen eine ständige Herausforderung für die korrekte Kalibrierung der Geräte, die Bewertung der Unsicherheiten sowie die Einhaltung der internationalen Normen dar. Diese Herausforderungen haben auch langfristige finanzielle Auswirkungen für das PSI und andere Institutionen weltweit, da die Fähigkeit, Messgeräte richtig zu kalibrieren, zu erheblichen Einsparungen führen kann. Ein Beispiel ist die Klassifizierung radioaktiver Abfälle, die für die Lagerung bestimmt sind. Die Entwicklung und Anwendung fortschrittlicher Monte-Carlo-Techniken zur Berechnung von Kalibrierfaktoren unter verschiedenen Bedingungen und für eine Vielzahl von Radioisotopen ist heutzutage für die effiziente und präzise Kalibrierung von Strahlenschutzmessgeräten, einschließlich Freimessanlagen und Monitore für die Aeroradiometrie, unerlässlich. Mit diesem Ziel vor Augen entwickelt das Kalibrierlabor kontinuierlich Monte-Carlo-basierte Kalibriermethoden zur Unterstützung seiner Aktivitäten und Dienstleistungen.

Die steigende Nachfrage nach komplexer Radioanalyse für die Überwachung der Umweltradioaktivität und die Materialcharakterisierung für Freigabemessungen bedeutet, dass die Methoden ständig weiterentwickelt werden müssen, um die Analyseeffizienz zu erhöhen, die Nachweisgrenzen zu verbessern und neue Probentypen verarbeiten zu können. Proben, die sowohl radioaktive Elemente als auch Asbest enthalten, wie sie in Proben von Rückbau von Kernanlagen vorkommen können, sind ein Beispiel für schwierige Proben, da Laboratorien in der Regel für eine der beiden Gefahren ausgerüstet sind, aber nicht für beide. Das akkreditierte Radioanalytik-Labor des Departements konzentriert sich auf die Entwicklung und Untersuchung neuer Methoden, um diese Herausforderungen zu bewältigen.

Das Departement bot im Laufe der Jahre Forschungsmöglichkeiten für verschiedene Masterarbeiten und Dissertationen. Die jüngsten sind:

• Silvia Motta, “Dose Rate Effects on Luminescence Detectors”. PhD in Physics, ETH Zürich (2020 – 2024)
• Paul Dutheil, “Development of Electrochemical Radioanalysis Methods”. PhD in Physics, ETH Zürich (2020 – present)
• David Breitenmoser, “Calibration of an aeroradiometry system using Monte-Carlo”. PhD in Physics, ETH Zürich (2020 – present)
• Alberto Stabilini, “Development and Modelling of Innovative Techniques for Neutron Dosimetry”. PhD Dissertation in Physics, University of Basel (2021) https://edoc.unibas.ch/83023/
• Roman Galeev. “Characterization of neutron stray fields for residual activation estimation around high-energy accelerators using spectrometric and Monte Carlo methods”. PhD Dissertation, University of Basel (2021)  https://edoc.unibas.ch/82878/
• Anja Pregler. “The fate of geogenic uranium in the environment: An example from the Swiss Plateau”. PhD Dissertation, University of Bern (2020) https://boristheses.unibe.ch/3275/
• Alberto Stabilini. “Methodological improvements in neutron dosimetry using PADC detectors”). MS Thesis in Nuclear Engineering, Politecnico di Milano (2017)
• Roman Galeev, “Comparison of the neutron dose rate at work place fields indicated by commercial radiation protection survey instruments with evaluation of the spectral neutron distribution”. MS Thesis in Nuclear Engineering, ETH Zürich (2016).

• Die Forschung des Departements wurde ganz oder teilweise durch die folgenden Stipendien und Partnerschaften finanziert:
• Vertrag zwischen dem PSI und dem Eidgenössischen Nuklearsicherheitsinspektorat ENSI für Forschung im Strahlenschutz (laufend)
• Vertrag zwischen dem PSI und dem Bundesamt für Gesundheit (BAG) im Rahmen des Aktionsplans zur Stärkung der radiologischen Sicherheit in der Schweiz "Radiss".
• PSI-Forschungsstipendium, Principal Investigators: Dariusz Jakub Gawryluk (NUM) / Lily Bossin (ASI) (2023-2024)
• SPARK-Stipendium des Schweizerischen Nationalfonds, Principal Investigator: Lily Bossin (2020)
• R'Equip-Stipendium des Schweizerischen Nationalfonds, Principal Investigator: Eduardo Yukihara (2017)