Seminar der Abteilung Strahlenschutz und Sicherheit (ASI)

10:30 -11:30 Uhr, Auditorium (WHGA/001)

Radiation field monitoring with compact imaging trackers of Timepix type

Jan Jakubek, Advacam s.r.o.

Abstract: Semiconductor pixel detectors, originally being developed for high energy particle tracking, have demonstrated very interesting properties for applications out of the field of accelerator physics. After 3 decades of development the principle of “quantum counting” or “photon counting” imaging detectors became well established. This technology was elaborated and modified for a range of practical applications such as medical imaging, nondestructive testing, computed tomography,  electron microscopy, mineral analysis,  dosimetry or even space weather forecasting. The principle of the single quantum tracking detectors is a direct detection and digitization of the complete information for each quantum. The incident quanta generate signals in a cluster of pixels, from which one can recognize characteristics of the quantum including its energy (calibrated in keV), time of arrival, precise impact position. Different particle types such as X-ray or gamma photons, electrons, ions, etc. produce distinctive patterns allowing very effective reconstruction of the radiation field composition, potential dose and directionality or even reconstruction of the distribution of the radiation sources in the environment. The principles and several applications will be presented in this talk.

Zielpublikum für Fortbildung im ENSI-Aufsichtsbereich: Strahlenschutzsachverständige

13.02.2024

10:30 -11:30 Uhr, PSI Bildungszentrum EG6b

Investigation of the neutron radiation field inside the accelerator tunnel during operation of the Swiss Light Source (SLS)

Roman Galeev, Abteilung Strahlenschutz und Sicherheit, PSI

Abstract: The Swiss Light Source (SLS) is a 2.4 GeV third generation electron accelerator used for the production of synchrotron radiation. It consists of a linear accelerator, a booster and a storage ring providing light for various applications. The upgrade of the accelerator facility is in progress since October 2023. The long term investigation of the radiation fields at this accelerator facility can provide useful information for the residual activation studies and optimization of the shielding. This work describes the measurements of the neutron radiation fields inside the tunnel and results of this study.

Calibration of the Online Dose Monitoring System at the Free-Electron Laser SwissFEL

Eike Hohmann, Abteilung Strahlenschutz und Sicherheit, PSI

Abstract: The latest large scale research facility of the Paul Scherrer Institute, the free-electron laser SwissFEL, installed in a 740 m long building, consists of four main parts: Injector and electron source, linear accelerator, undulator line and several experimental areas. The facility accelerates electrons to a maximal energy of 5.8 GeV with repetition rates up to 100 Hz. The building is integrated in a regional recreation area with shielding of the accelerator vault dimensioned to tolerate temporary beam losses. An online dose monitoring system capable of shutting down SwissFEL ensures compliance with the legal requirements. Since areas adjacent to the accelerator vault are partially accessible to the public, the system measures the neutron dose inside the accelerator vault and calibrates it to the positions outside.

Zielpublikum für Fortbildung im ENSI-Aufsichtsbereich: Strahlenschutzsachverständige

12.03.2024

10:30-11:30 Uhr, PSI Bildungszentrum EG6b

Cluster-Based Alpha-Analysis using Timepix3 with Thick CdTe Sensors

Simon Procz, Abteilung Strahlenschutz und Sicherheit, PSI

Abstract: In the field of decommissioning nuclear facilities and radiation safety, knowledge of the presence of alpha emitters is important in deciding whether a material can be released or has to be treated as radioactive waste. Yet, the real-time measurement of materials with a low activity of alpha emitters is difficult because of the varying background of natural alpha emitters from Radon and its progenies. Therefore, samples of the material usually have to be taken and analysed by radioanalytics in a laboratory to decide whether a material can be released. This procedure makes the release process very time-consuming. For this reason, it was investigated whether a more efficient release process without sampling would be possible by the use of Timepix3 detectors with thick CdTe sensors. Thick sensors have a significantly higher detection efficiency but need a correction for charge sharing. If a cluster analysis is applied, both a higher spatial resolution and a better energy information can be achieved than using thin sensors. To investigate whether a spectroscopic distinction between Radon and its progenies and other relevant alpha nuclides is possible, a cluster-based per-pixel calibration of the detector was developed. The analysis of first alpha spectra will be presented here.

Ein neuer inaktiver Vergussmörtel zum Vergiessen von radioaktivem Abfall

Alexander Wällisch, Abteilung Strahlenschutz und Sicherheit, PSI

Abstract: In der Schweiz wurde ab dem Jahr 1991 ein Vergussmörtel mit vergleichsweise niedrigem pH-Wert zum Vergiessen von radioaktivem Abfall verwendet. Für das geologische Tiefenlager wären jedoch zementhaltige Materialien mit einem gewissen Puffervorrat an Calciumhydroxid sinnvoller. Ausserdem enthielt der Verflüssiger des alten Vergussmörtels gesundheitsschädliche Produkte, so dass ein Ersatz geboten ist. Diese und andere Gründe führten dazu, dass ein neuer Vergussmörtel entwickelt wurde. Der neu entwickelte Vergussmörtel hat verschiedene Varianten, die auf einem einzigen Trockenmörtel beruhen und sich nur im Wasser- und Verzögerergehalt unterscheiden. In an der Praxis orientierten oder der Praxis entsprechenden Tests konnte gezeigt werden, dass die Zwilag-Variante zur Herstellung von Fass-Inlinern geeignet ist. Präsentiert werden die Mörtelentwicklung und die Praxis-Tests. 

Zielpublikum für Fortbildung im ENSI-Aufsichtsbereich: Strahlenschutzsachverständige

10:30-11:30 Uhr, PSI Bildungszentrum EG6b

Towards Monte Carlo based Full Spectrum Modeling of Airborne Gamma-Ray Spectrometry Systems

David Breitenmoser, Abteilung Strahlenschutz und Sicherheit, PSI

Abstract: By mounting large radiation detectors in an aircraft, airborne gamma-ray spectrometry (AGRS) allows the rapid identification and quantification of natural and man-made radionuclides over large areas. This method has proven to be essential in a broad range of applications including emergency response to severe nuclear accidents, orphan source location or nuclear facility monitoring, among others. In the first part, the seminar will provide an overview about the history and current state of AGRS in Switzerland and abroad, along with an analysis of persisting questions and challenges in calibration and data evaluation. In the second part, we will discuss how we can tackle these challenges by adopting advanced simulation codes and machine learning methods. The seminar will close with a brief discussion about the new opportunities the developed methodology might provide, especially in face of the recent tensions in Ukraine or Israel and the related risks of nuclear incidents.

Zielpublikum für Fortbildung im ENSI-Aufsichtsbereich: Strahlenschutzsachverständige

10:30-11:30 Uhr, PSI Areal West, WBGB/019

Herausforderungen bei der Stilllegung von Betonabschirmung am PSI

Malgorzata Sliz, Abteilung Strahlenschutz und Sicherheit, PSI

Abstract: Beim Rückbau der alten Einrichtungen der Grossforschungsanlagen am PSI-West werden Abfälle verschiedener Materialien erzeugt, z.B. die Betonabschirmung eines rückgebauten Protonenbeschleunigers. Für die Bestimmung der spezifischen Aktivität der Abfälle, und somit deren Frei- bzw. Entscheidungsmessung, werden am PSI die Freimessanlagen (FMA) verwendet. Die Betonabschirmung wurde mit der HWM-1800 FMA (Ludlum GmbH, Hamburg) gemessen, deren Kalibrierung stellte einige Herausforderungen dar: 1) Anstatt den Beton als Schuttgut zu messen, sollte das Material als Blöcke gemessen werden; 2) Die Kalibrierungen des Herstellers unterschätzen die Aktivitäten für die spezifische Kombination aus Messgut-Geometrie, Nuklidvektor (100 % ¹⁵²Eu) und Messposition der Blöcke; 3) Bei der Kalibrierung muss das in den Blöcken enthaltene Armierungseisen berücksichtigt werden. In diesem Seminar werde ich präsentieren, wie die aufgeführten Herausforderungen durch den Einsatz eines speziellen vom Eich- und Kalibrierlabor entwickelten Kalibrierphantoms gemeistert wurden, was zur Etablierung eines neuartigen Kalibrierungsverfahrens für die HWM-1800 FMA für unkonventionelle Geometrien führte.

Auswirkung der Masse und Selbstabsorption in Messungen von Kupferteilen mit Freimessanlagen am PSI

Federico Geser, Abteilung Strahlenschutz und Sicherheit, PSI

Abstract: Die Bestimmung der spezifischen Aktivität zwecks Freimessung potenziell radioaktiver Abfälle, die in den Grossforschungs- oder Kernanlagen am PSI generiert werden, erfolgt in der Regel mit Freimessschränken (FMS). Die FMS erfordern eine situationsabhängige Kalibrierung, die die unterschiedlichen Eigenschaften der gemessenen Materialien berücksichtigt (Nuklidgemisch, Masse, Dichte, Form usw.). FMS werden nur für eine beschränkte Anzahl von Nukliden kalibriert. Die Effizienz anderer Nuklide können mittels des sogenannten Leitnuklidskorrelationsfaktors (LNC‑Faktor) bestimmt werden, der der Kalibrierfaktor eines Leitnuklids mit dem Kalibrierfaktor anderer Nuklide in Beziehung setzt. In diesem Vortrag wird erklärt, wie sich die Masse und Selbstabsorption im Material auf die LNC‑Faktoren auswirken, und ob ein einziger LNC‑Faktor ausreichend ist, um alle möglichen Szenarien in Bezug auf Geometrie und Material abzudecken. Die Abhängigkeit der LNC-Faktoren von der Masse des gemessenen Materials wurde für die folgende Messkonfiguration untersucht: Kupferteile in einem 30-Liter-Fass mit einer variablen Masse von 10.0 kg bis 40.0 kg. Monte-Carlo-(MC)-Simulationen sowie experimentelle Messungen mit Referenzprüfquellen wurden durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Verwendung eines einzelnen LNC-Faktors im Fall von Radionukliden, die Gammastrahlung in einem breiten Energiebereich emittieren (z.B. ¹⁵²Eu), möglich ist, da die Masseabhängigkeit dieser Faktoren gering ist. Im Gegensatz dazu kann die Verwendung eines einzelnen LNC-Faktors für monoenergetische Radionuklide (z.B. ¹³⁷Cs) zu einer Über- oder Unterschätzung der Aktivität der gemessenen Materialien führen. Diese Erkenntnisse tragen dazu bei, die Genauigkeit von Kalibrierverfahren und Freimessungen von Abfällen aus dem Rückbau zu verbessern, was potenziell logistische und wirtschaftliche Auswirkungen hat.

Zielpublikum für Fortbildung im ENSI-Aufsichtsbereich: Strahlenschutzsachverständige und - techniker

10:30-11:30 Uhr, PSI Bildungszentrum EG6b

Optimization of pancreatic cancer therapy - Potential and challenges of treatment approaches

Christina Stengl, Medical Physics in Radiation Oncology, Deutsches Krebsforschungszentrum

Abstract: Pancreatic cancer ranks as the seventh leading cause of cancer-related deaths globally, with very limited effective treatment options available. Consequently, there is a pressing demand for expanding the range of treatment alternatives. Recently two emerging treatment methods in the field of radiotherapy have been proposed to improve cancer treatment: carbon-ion radiotherapy and mini-beam irradiation. This seminar aims to offer an insight into both techniques, focusing on the design and construction of a versatile mini-beam collimator and an anthropomorphic pancreas phantom equipped with breathing feature. Various dosimeters, including an ionization chamber, gafchromic films, and optically stimulated luminescence detectors (OSLDs) were used inside the phantom to measure the dose within the pancreas and its organs at risk under different conditions.  During the seminar, results obtained from carbon ion irradiations conducted at the Heidelberg Ion Beam Therapy Center (HIT; Heidelberg, Germany) will be presented, giving insight into the motion management strategy gating to compensate for breathing-induced motion in the organs of the phantom.

Zielpublikum für Fortbildung im ENSI-Aufsichtsbereich: Strahlenschutzsachverständige

20.08.2024

10:30-11:30 Uhr, PSI Bildungszentrum EG6b

Erneuerung der Neutronen- und Photonenbestrahlungsanlagen im Kalibrierlabor des PSI

Alberto Stabilini, Abteilung Strahlenschutz und Sicherheit, PSI

Abstract: Das Paul Scherrer Institut (PSI) betreibt ein Kalibrierlabor mit Photonen- und Neutronenreferenzfeldern. Das Labor ist von der Schweizerischen Akkreditierungsstelle (SAS) akkreditiert und vom Eidgenössisches Institut für Metrologie (METAS) für Eichungen ermächtigt. Der Vortrag präsentiert das umfassendes Projekt der Inbetriebnahme einer hochmodernen Bestrahlungsanlage, mit dem Ziel, die Fähigkeiten des Labors zu verbessern und sicherzustellen, dass es führend in der Präzisionsmess- und Kalibriertechnik bleibt. Die Projektphasen werden zusammen mit den jeweiligen Herausforderungen vorgestellt: Optimierung des Layouts und der Fähigkeiten der neuen Anlage, Rückbau der früheren Anlagen, Transport der hochradioaktiven Neutronenquellen und das Einmessen der Felder nach der Installation. Fachwissen und die vielseitige Expertise in der ASI trugen dazu bei, das Projekt erfolgreich abzuschliessen. Im Vortrag wird die neue Anlage, welche die neuesten Fortschritte in der Bestrahlungstechnologie, Automatisierung und Fernsteuerungsmöglichkeiten integriert, vorgestellt sowie ein Überblick über die neu verfügbaren Neutronen- (²⁴¹AmBe, ²⁵²Cf) und Photonenreferenzfelder (¹³⁷Cs) gegeben.

Zielpublikum für Fortbildung im ENSI-Aufsichtsbereich: Strahlenschutzsachverständige, -techniker und -fachkräfte

14:00-15:00 Uhr, PSI Bildungszentrum EG6b

Hubschrauber- und flugzeuggestützte Messungen beim BfS zur Ermittlung der Umweltradioaktivität bzw. zur Validierung von Ausbreitungsmodellen

Christopher Strobl , Bundesamt für Strahlenschutz

Abstract: Bemannte sowie unbemannte luftgestützte Messungen ionisierender Strahlung ermöglichen eine schnelle und großräumige Darstellung der radiologischen Lage in kontaminierten Gebieten.  Nach einem Unfall in einem Kernkraftwerk oder nach Vorfällen mit terroristischen Absichten können mit dieser Methode sehr schnell detaillierte Kontaminationskarten erstellt, und gefährdete Gebiete lokalisiert und eingegrenzt werden. Diese Erstabschätzung dient den Einsatzkräften am Boden als Grundlage zur Fokussierung ihrer Tätigkeiten auf relevante Bereiche im Messgebiet. Die Aero-Gammaspektrometrie wird darüber hinaus zur Ermittlung von Strahlungsanomalien natürlicher Radionuklide infolge industrieller oder bergbaulicher Tätigkeiten sowie zum Aufspüren bzw. Lokalisieren von hochradioaktiven Quellen eingesetzt.

Im Rahmen dieses Vortrags werden folgende Aspekte eingehender beleuchtet:

• Einsatz der Aero-Gammaspektrometrie bei den Tailingflächen der Wismut im Nachgang von Sanierungsmaßnahmen.

• Messungen des BfS aus dem Jahr 2021 rund um den verunfallten Reaktor in Tschornobyl.

• Einsatz der Aero-Gammaspektrometrie bei Notfallschutzübungen

• Einsatz von unbemannten Trägersystemen – Erkenntnisse aus dem EMPIR Projektes „Preparedness“

• Internationale Zusammenarbeit auf dem Gebiet der Aero-Gammaspektrometrie. 

• Wissenschaftliche Forschungsprojekte.

Neben der Aero-Gammaspektrometrie wird in diesem Vortrag zusätzlich darauf eingegangen, wie Flugzeugmessungen in unterschiedlichen Flughöhen zur Validierung von Ausbreitungsmodellen beitragen können.

Zielpublikum für Fortbildung im ENSI-Aufsichtsbereich: Strahlenschutzsachverständige, -techniker und -fachkräfte

10:30 -11:30 Uhr, PSI Bildungszentrum EG6b

3D Dosimetry for Radiation Therapy Using Optically Stimulated Luminescence 

Mads Jensen, Abteilung Strahlenschutz und Sicherheit, PSI

Abstract: Dosimetry is an indispensable part of radiotherapy (RT), providing quality assurance of treatment facilities and the of complex fields of ionizing radiation delivered to patients. Modern RT utilizes variations of a large parameter space to realize complex three-dimensional (3D) treatment plans, and an emerging requirement for dosimetry systems is the ability to read out doses in 3D. A few dosimetry systems with 3D capabilities are available, but their application in a clinical workflow is limited for various reasons, primarily originating from their chemical nature. This talk presents a novel dosimetry system with 3D capabilities of a clinically relevant size based on the physical mechanism known as optically stimulated luminescence (OSL). Unlike chemically based dosimeters, OSL-based dosimeters offer reusability, a highly desirable feature in clinical settings. The functionality of the presented system is demonstrated using both photon and proton irradiations, retrieving 3D dose maps from irradiations consisting of multiple fields, both overlapping and spatially separated.

Zielpublikum für Fortbildung im ENSI-Aufsichtsbereich: Strahlenschutzsachverständige

10:30 -11:30 Uhr, PSI Bildungszentrum EG6b

Radionuclide Mobility in Natural Environments – Investigating Radionuclide Migration Scenarios in the Grimsel Test Site and the Mont Terri Rock Laboratory

Andrew Martin, NAGRA

Abstract: The Grimsel Test Site (GTS) and Mont Terri Underground Rock Laboratory (MT) are being used to study in-situ migration of radionuclides under repository relevant boundary conditions. The GTS, in particular, is very unique world-wide in that its infrastructure includes one tunnel that is either a level B or C radiation-controlled zone depending on the radionuclide activity and/or types of experiments with radioactive sources being carried out. Performing radiation-protection below ground is also a very unique aspect of both underground laboratories, as most radiation-controlled zones are located on the surface in man-made buildings. In the case of the GTS, the ‘wall’ of the radiation-controlled zone is the Aare-Granite. Many in-situ radionuclide migration experiments have been performed at the GTS almost continuously since the late 1980’s, all the time ensuring that radiation protection measures were adhered to. This seminar will provide a short background and overview of the past and present in-situ experiments using radionuclides carried out, why such experiments are needed, what scenarios are being simulated, as well as providing an outlook on future experiments.

Zielpublikum für Fortbildung im ENSI-Aufsichtsbereich: Strahlenschutzsachverständige

10:30-11:30 Uhr, PSI Bildungszentrum EG6b

Aktuelle Entwicklungsprojekte der Strahlungsmesstechnik in der Sektion Expertisen und Analysen

Dominik Werthmüller, Abteilung Strahlenschutz und Sicherheit, PSI

Abstract: Die Sektion Expertisen und Analysen bietet ein breites Spektrum an Dienstleistungen in diversen Bereichen an, weiterhin betreibt sie auch Forschung und Entwicklung. In diesem Vortrag sollen einige aktuelle Projekte der Strahlungsmesstechnik vorgestellt werden: Die Automatisierung von Messungen gewinnt in Anbetracht grosser Mengen an zu charakterisierendem Material aus Rückbauprojekten immer mehr Bedeutung. In zwei Projekten werden Roboter verschiedener Bauart eingesetzt, um die menschliche Arbeit zu erleichtern und gleichzeitig eine erhöhte Genauigkeit und Stabilität der Messergebnisse sicherzustellen. Mit dem Projekt SpectR wurde eine universelle Software zur Gammaspektrometrie entwickelt, die optimal auf die Bedürfnisse der ASI zugeschnitten und Herstellerunabhängig eingesetzt werden kann. Schliesslich wird im Projekt MuppetG4 ein vielseitig einsetzbares, Geant4-basiertes Framework für verschiedene Probleme des Strahlenschutzes entwickelt, die nur mit Monte Carlo Simulationen gelöst werden können.

Zielpublikum für Fortbildung im ENSI-Aufsichtsbereich: Strahlenschutzsachverständige, -techniker und -fachkräfte