CRITERI RADIOPROTEZIONISTICI PER LA PROGETTAZIONE, INSTALLAZIONE ED ESERCIZIO DI UN REPARTO PET-CICLOTRONE

La Tomografia con emettitori di positroni (PET) sta acquisendo un ruolo clinico-diagnostico sempre più importante, grazie alla disponibilità di moderni tomografi PET (o PET/CT) e alla produzione di radiofarmaci con ciclotroni compatti e di facile impiego. Le rilevanti problematiche radioprotezionistiche, correlate agli intensi campi di radiazione generati dalle interazioni delle particelle accelerate con i relativi target, trovano una efficace risposta in una stretta collaborazione tra esperti nei diversi settori, sia in fase di progettazione che di installazione del reparto. L’elaborazione e ottimizzazione delle soluzioni progettuali, orientate ad assicurare elevati livelli di sicurezza pe…

Misure spettrometriche gamma di concentrazioni radionuclidiche in campioni ambientali e alimentari in situazioni di emergenza

Studio di un dosimetro individuale per la misura delle variazioni temporali di intensità di campo magnetico in RM

A modular neutron irradiator based on 241Am-Be neutron sources

Neutron irradiator facilities with 241Am-Be sources are worldwide used in order to perform neutron activation analysis (NAA), to investigate materials in different research areas or to test and calibrate neutron detectors and environmental or personal dosemeters. The use of a neutron irradiator is advantageous because of its very stable neutron flux, even it is many orders of magnitude lower than the one of a nuclear reactor or a particle accelerator. Most of irradiators are realized with neutron sources located at fixed positions and accordingly the characteristics of neutron spectrum previously assessed do not change. Therefore, an interesting choice is to have a modular facility, capable…

Atmospheric dry deposition processes of particles on urban and suburban surfaces: Modelling and validation works

Abstract Dry deposition process is one of the important pathways for the removal of particles from atmosphere. It is the result of a combination of different environmental and physical factors as atmospheric conditions, particle properties, characteristics of the canopy. For this latter factor, urban canopy represents unevenly combinations of different types of surface elements that increases the complexity of deposition process phenomena. Therefore, particle dry deposition on urban surfaces is not easy to configure and, although empirical or semi-empirical models in literature have been developed to address this aspect, there is not standardized and commonly accepted criteria, especially f…

RPN safety analysis to reduce the risk of malpractices in high dose rate brachytherapy

A new fuzzy rule-based assessment model is proposed to evaluate the risk priority number in the Failure Mode, Effects, and Criticality Analysis (FMECA) method to rank component failures and human errors from the medical staff, leading to potential radiological over-exposure of patients during high-dose-rate brachytherapy treatment. The obtained results are relevant for a range of causes that have a reasonable probability of producing significant adverse outcomes. Thus, recommendations are provided for procedures and safety devices to reduce the occurrence of radiological over-exposure accidents. This method can solve the problems in conventional FMECA applications and improve the safety and…

A new approach for modeling dry deposition velocity of particles

Abstract The dry deposition process is recognized as an important pathway among the various removal processes of pollutants in the atmosphere. In this field, there are several models reported in the literature useful to predict the dry deposition velocity of particles of different diameters but many of them are not capable of representing dry deposition phenomena for several categories of pollutants and deposition surfaces. Moreover, their applications is valid for specific conditions and if the data in that application meet all of the assumptions required of the data used to define the model. In this paper a new dry deposition velocity model based on an electrical analogy schema is propose…

Uno studio per l’implementazione della strumentazione della stazione di prelievo di particolato atmosferico del DIN di Palermo

Testing and calibration of ESR response of Fricke gel dosimeters in mixed neutron-gamma fields

Una stazione per il monitoraggio on-line di radioattività atmosferica: criteri di progetto e valutazione dei costi

Presso la Sezione di Ingegneria Nucleare del Dipartimento dell’Energia (già Dipartimento di Ingegneria Nucleare, DIN) dell’Università di Palermo, è installato un sistema di aspirazione di particolato atmosferico ad altissimo volume (circa 1000 m3/h di aria). Costruito agli inizi degli anni ottanta del secolo scorso, risulta ormai datato in parte della strumentazione a corredo oltre che nella stessa struttura di protezione dagli agenti atmosferici che lo contiene. La stazione di prelievo è stata utilizzata fino a qualche anno addietro per il monitoraggio giornaliero di deboli concentrazioni di inquinanti radioattivi in aria, con livelli di Minima Attività Rivelabile (MAR) abbastanza ridotti …

Early-design improvement of human reliability in an experimental facility: A combined approach and application on SPES

Abstract SPES (Selective Production of Exotic Species) is a second-generation Isotope Separation On-Line (ISOL) facility for advanced nuclear physics applications, currently under construction at INFN (National Institute of Nuclear Physics) of Legnaro, Italy. Despite the potentially important safety implications of human errors for ISOL facilities, only a limited number of studies addressing this issue have been performed worldwide. This paper tries to address this need by means of an integrated approach of Hierarchical Task Analysis (HTA) and three human error quantification methods: HEART (in an enhanced version), SPAR-H, and CREAM. The application of multiple Human Reliability Analysis (…

FMECA Application in Tomotherapy: Comparison between Classic and Fuzzy Methodologies

Accident analysis in radiotherapy highlighted the need to increase quality assurance (QA) programs by the identification of failures/errors with very low probability (rare event) but very severe consequences. In this field, a Failure Mode, Effects and Criticality Analysis (FMECA) technique, used in various industrial processes to rank critical events, has been met with much interest. The literature describes different FMECA methods; however, it is necessary to understand if these tools are incisive and effective in the healthcare sector. In this work, comparisons of FMECA methodologies in the risk assessment of patients undergoing treatments performed with helical tomotherapy are reported. …

Fuzzy environmental analogy index to develop environmental similarity maps for designing air quality monitoring networks on a large-scale

All activities aimed at studying the primary causes and effects of air pollution cannot disregard the fact that it is necessary to have an optimal air quality monitoring network for assessing population exposure to air pollution and predicting the magnitude of the health risks. In the framework of a cooperation between the ARPA Sicilia Organization and the Department of Engineering, University of Palermo, research was performed to develop an innovative methodology useful for defining environmental similarity maps aimed at supporting the design of air quality monitoring networks at the regional scale. This approach is based on a new index called the fuzzy environmental analogy index (FEAI) b…

A new tool to process forecast meteorological data for atmospheric pollution dispersion simulations of accident scenarios: A Sicily-based case study

Emergency response plans to mitigate the severity of the accidental release of hazardous compounds in the air have become a primary concern in view of the many adverse events occurred over the years in high-risk plants. To do this, an accurate estimate of forecast meteorological data to be used in dispersion models can be very useful to respond in advance to emergency situations. In this field, FORCALM is a new tool developed to elaborate European Centre for Medium-Range Weather Forecasts data on a 3D computational domain with a high-resolution grid. FORCALM data can be used to perform predictive simulations of impacts on local and regional levels by using CALPUFF modelling system. A case s…

MELCOR per lo Studio Integrale di Sequenze Incidentali su Reattori PWR da 900 MWe e valutazioni preliminari d'impatto a breve e medio raggio

Il presente documento è stato preparato nel corso della seconda annualità dell'AdP ENEA-MSE nell'ambito dell'obiettivo B-Task B_1 (Sviluppo di una Metodologia per Valutazioni di Sicurezza in Condizioni Incidentali o di Pre-Emergenza) della Linea Progettuale 1 (Sviluppo competenze scientifiche nel campo della sicurezza nucleare). Esso riporta i principali risultati della simulazione MELCOR di un transitorio del tipo “short term Station Blackout (SBO)” con possibile rottura dei tubi a U del GV (Steam Generator Tube Rupture - SGTR) indotta da stress termici e un lavoro preliminare di raccolta di informazioni sulle potenzialità presentate da alcune piattaforma di simulazione ad oggi utilizzate …

MISURE SPETTROMETRICHE GAMMA DI IMPUREZZE RADIONUCLIDICHE IN PRODOTTI RADIOFARMACEUTICI IMPIEGATI IN MEDICINA NUCLEARE

La recente approvazione e pubblicazione dell’edizione aggiornata della Farmacopea ufficiale (Decreto del 30 marzo 2005) e l’introduzione di requisiti di purezza dei radiofarmaci, ha condotto a sviluppare una serie di studi e di metodiche per la verifica della purezza radionuclidica di un prodotto radioafarmaceutico. Le Norme di buona preparazione di radiofarmaci in Medicina Nucleare individuano alcune procedure di accertamento e di garanzia della qualità di un prodotto tramite l’impiego di una serie di prove predisposte per valutare parametri fisici, chimici, biologici essenziali per la somministrazione in sicurezza a pazienti. La purezza radionuclidica del radiofarmaco è solitamente valuta…

A Monte Carlo-aided design of a modular 241Am-Be neutron irradiator

Monte Carlo studies aimed at designing a modular 241Am-Be neutron irradiator for testing neutron detectors and personal dosimeters and processing large volume samples are reported in this study. The evaluation of the shapes and thicknesses of the moderator and shielding materials was carried out by a MCNP5 Monte Carlo simulation code. The reliability of the simulation was experimentally verified by the activation of gold foils and TLD dosimeter measurements in an irradiation cell placed at the center of the test configuration.

Cyclotron –PET/CT: radioprotection aspects, check and tests

Fuzzy FMECA analysis of radioactive gas recovery system in the SPES experimental facility

Abstract Selective Production of Exotic Species is an innovative plant for advanced nuclear physic studies. A radioactive beam, generated by using an UCx target-ion source system, is ionized, selected and accelerated for experimental objects. Very high vacuum conditions and appropriate safety systems to storage exhaust gases are required to avoid radiological risk for operators and people. In this paper, Failure Mode, Effects, and Criticality Analysis of a preliminary design of high activity gas recovery system is performed by using a modified Fuzzy Risk Priority Number to rank the most critical components in terms of failures and human errors. Comparisons between fuzzy approach and classic…

Design of Am-Be neutron irradiator by Monte Carlo simulation

Neutron irradiator facilities with Am-Be sources are worldwide available in order to perform neutron activation analysis (NAA), to investigate materials in different research areas or to test and calibrate neutron detectors and dosemeters. The use of a neutron irradiator is advantageous because have a very stable neutron flux, even it is many orders of magnitude lower than the one of a nuclear reactor or a particle accelerator. Many of irradiators are realized with neutron sources located at fixed positions and accordingly the characteristics of neutron spectrum previously assessed do not change [1]. However, an interesting chance is to have a modular facility, capable of varying conditions…

Experiences of radioactivity measurement in various environmental samples

An overview on our activity of environmental radioactivity measurement is reported. Radionuclide concentration have been evaluated in the particulate air, soils and rocks, drinking and surface water, wastewater, marine sediments and so on. Most of radionuclide concentration evaluation were performed using facilities of DEIM Department of Palermo University. In particular, particulate collection was performed by suction of atmospheric air through 45x45 Sofiltra-Poelman HYN-75 (Bleu type) cellulose filter paper using a high-volume air sampler located on the roof of our department building (20 m above ground-level), located within an undisturbed large park area in the city of Palermo (latitude…

Linguistic Approach to Support Human Reliability Analysis and Validation Work in Advanced Radiotherapy Technologies

An integrated methodology, that combines Hierarchical Task Analysis (HTA), Cognitive Task Analysis (CTA) and a modified Human Error Assessment and Reduction Technique (HEART), is proposed to identify safety-relevant human actions in innovative and advanced facilities. It is suggested to use in HEART the concept of linguistic expressions for proportion assessment factors. To prove its applicability, a case study is presented. The validation work has related to safety analyses of accidental events that can involve radiological over-exposure of patients during proton therapy treatments carried out by CATANA (Centro di AdroTerapia Applicazioni Nucleari Avanzate) centre, Italy. CATANA is the fir…

Education and Research in Nuclear Engineering and Radiological Protection at Nuclear Engineering Department of Palermo University

Dry deposition of particle on urban areas

Abstract Dry deposition process is recognized as an important pathway among the removal processes of radioactive pollutants in atmosphere. There is not a unique and accepted theoretical description of involved dry deposition phenomena due to the complexity of the fluid-dynamic processes that influence the deposition flux, but also because there is a lack of experimental data covering all scenarios of interest. In this paper, that is the result of a National Research Program a research activity conducted by DEIM Department of the University of Palermo and ENEA and funded by the Italian Minister of Economic Development, a new schema for parameterization of particle dry deposition velocity on …

UN IRRADIATORE NEUTRONICO MODULARE CON SORGENTI DI 241Am-Be PER IL TEST DI DOSIMETRI NEUTRONICI PERSONALI

Irradiatori neutronici basati su sorgenti radionuclidiche sono impiegati in diversi paesi per l’analisi per attivazione di vari campioni, per studiare le caratteristiche dei materiali sottoposti a irradiazione, ma anche per studiare la risposta di rivelatori e/o dosimetri personali sensibili alla componente neutronica. Per quest’ultima applicazione, l’uso di un irradiatore con sorgenti risulta molto vantaggioso per la stabilità nel tempo del flusso neutronico, mentre è relativamente poco importante il valore assoluto del flusso neutronico, di qualche ordine di grandezza inferiore a quello di reattori o di acceleratori di particelle. Per l’effettuazione di test su rivelatori e/o dosimetri pe…

Analisi di sicurezza nella procedura di protonterapia oculare applicata presso i Laboratori del Sud dell’INFN di Catania

A partire dal 2002, l’Azienda Ospedaliera Universitaria “Policlinico Vittorio Emanuele” di Catania ha effettuato il trattamento di circa 350 pazienti affetti da neoplasie oculari mediante fasci di protoni prodotti con il ciclotrone disponibile presso i Laboratori nazionali del Sud (LNS). Tale impianto viene utilizzato per attività di ricerca nell’ambito della fisica sperimentale, per cui è stato necessario modificare le caratteristiche del fascio, rendendolo idoneo alle applicazioni cliniche. Il lavoro di ricerca ha riguardato lo svolgimento della analisi del rischio volto ad individuare possibili fallimenti nelle procedure adottate per il trattamento del paziente sottoposto a cicli di prot…

Dry deposition models for radionuclides dispersed in air: a new approach for deposition velocity evaluation schema

In the framework of a National Research Program funded by the Italian Minister of Economic Development, the Department of Energy, Information Engineering and Mathematical Models (DEIM) of Palermo University and ENEA Research Centre of Bologna, Italy is performing several research activities to study physical models and mathematical approaches aimed at investigating dry deposition mechanisms of radioactive pollutants. On the basis of such studies, a new approach to evaluate the dry deposition velocity for particles is proposed. Comparisons with literature experimental data show that the proposed dry deposition scheme allows to capture the main phenomena involved in the dry deposition process…

Progettazione e realizzazione di un irradiatore neutronico modulare basato su sorgenti Am-Be

Irradiatori neutronici basati su sorgenti radionuclidiche sono impiegati in diversi paesi per studiare le caratteristiche dei materiali sottoposti a irradiazione e/o la risposta di rivelatori e/o dosimetri personali sensibili alla componente neutronica. Per quest’ultima applicazione, l’uso di un irradiatore con sorgenti radionuclidiche risulta molto vantaggioso per la stabilità nel tempo del flusso neutronico, mentre è relativamente poco importante il valore assoluto del flusso neutronico, che può anche essere di qualche ordine di grandezza inferiore a quello di reattori o di acceleratori di particelle. Per l’effettuazione di test su rivelatori e/o dosimetri personali neutronici risulta mol…

OTTIMIZZAZIONE DI SISTEMI DI RADIOPROTEZIONE IN UN REPARTO PER LA PRODUZIONE DI RADIOFARMACI PER DIAGNOSTICA P.E.T.

In questo lavoro è riportata l’attività di verifica della realizzazione e ottimizzazione delle tecniche, dei dispositivi di protezione e delle procedure operative adottate in un moderno impianto di Diagnostica PET, dotato di ciclotrone per la produzione di radiofarmaci con accelerazione di protoni fino a 16,5 MeV di energia. Con riferimento alla realizzazione di un insediamento all’interno di una Azienda Ospedaliera della città di Palermo, inserita in un contesto cittadino, una analisi approfondita dei sistemi di sicurezza insieme alla identificazione di alcune criticità ha consentito di riconsiderare alcuni dispositivi, anche alla luce di più moderne tecnologie, e di riesaminare l’effettiv…

Sulla ottimizzazione dei sistemi di sicurezza in un impianto per la produzione di radiofarmaci con ciclotrone

Il numero di impianti per la produzione di radiofarmaci con ciclotrone è in continuo aumento, grazie alla disponibilità sul mercato di macchine acceleratrici con costi accessibili e di facile installazione e impiego. Un aspetto non secondario, per un utilizzo sicuro di tali impianti, riguarda la predisposizione di sistemi di sicurezza, attiva e passiva, per la tutela dei lavoratori e della popolazione anche verso possibili incidenti. E’ interessante ed attuale lo studio di ottimizzazione dei sistemi di sicurezza sia per una più efficace logica di intervento e prevenzione, sia per tenere conto delle nuove possibilità di realizzazione consentite dai progressi tecnologici. Nel presente lavoro …

Uno studio per l’implementazione della strumentazione della stazione di prelievo di particolato atmosferico del DIN di Palermo

Effetto della distribuzione della densità di potenza sulle analisi della composizione finale del combustibile di un PWR effettuate con Origen2

Previsione, mediante codice di calcolo, della composizione finale del combustibile utilizzato in un reattore tipo PWR, in relazione al suo tempo di funzionamento ed alla densità di potenza impiegata.

RELAP5-3D thermal hydraulic analysis of the target cooling system in the SPES experimental facility

The SPES (Selective Production of Exotic Species) experimental facility, under construction at the Italian National Institute of Nuclear Physics (INFN) Laboratories of Legnaro, Italy, is a second generation Isotope Separation On Line (ISOL) plant for advanced nuclear physic studies. The UCx target-ion source system works at temperature of about 2273 K, producing a high level of radiation (10^5 Sv/h), for this reason a careful risk analysis for the target chamber is among the major safety issues. In this paper, the obtained results of thermofluid-dynamics simulations of accidental transients in the SPES target cooling system are reported. The analysis, performed by using the RELAP5-3D 2.4.2 …

Passive safety systems in view of sustainable development

Impiego di un sistema spettrometrico gamma portatile basato su uno scintillatore LaBr3(Ce)

La risoluzione energetica di uno scintillatore LaBr3(Ce) è decisamente superiore (<3% a 662 keV) rispetto a quella di un più tradizionale scintillatore NaI(Tl) anche se ancora decisamente non comparabile con quella dei rivelatori a Ge. Questa caratteristica del rivelatore, oltre il ridotto tempo di risposta, lo rende adatto per misure “in situ” specialmente quando è importante l’individuazione rapida in uno spettro gamma di manifestazioni fotoelettriche con energia molto prossime tra loro (individuazione di sorgenti o rifiuti radioattivi, misure nel campo delle salvaguardie nucleari, …). Una significativa limitazione nel suo impiego è tuttavia rappresentata dalla elevata radioattività intri…

Attivita’ di misura delle concentrazioni di radionuclidi naturali gamma-emittenti nel particolato atmosferico a Palermo

Piani di Sicurezza per il trasferimento di sorgenti di radiazioni gamma e neutroni ad alta attività

La movimentazione di sorgenti ad alta attività, sia che si tratti dell’acquisizione, trasporto e collocazione di nuove sorgenti in impianti di irraggiamento, o del trasferimento di sorgenti all’interno della stessa struttura, deve essere pianificata nei minimi dettagli con un piano di lavoro. Ciò è fondamentale per l’analisi di tipo radioprotezionistico ma anche dal punto di vista della valutazione dei rischi di altra natura, non ultima la movimentazione dei carichi. Tale analisi preventiva viene effettuata avvalendosi sinergicamente di un gruppo di esperti con diverse competenze e varie figure di responsabilità (Responsabile delle sorgenti, RSPP, Esperto Qualificato, Medico Autorizzato, …)…

Application of Monte Carlo simulation to design a modular 241Am-Be neutron irradiator

Most of neutron irradiators are realized with neutron sources located at fixed positions and accordingly the characteristics of neutron spectrum previously assessed do not change. However, an interesting chance is to have a modular facility, capable of varying conditions of irradiation and setting the prevalence of fast or thermal neutron spectrum components. In this work we report the Monte Carlo studies devoted to design a modular 241Am-Be neutron irradiator making use of different moderators (water, graphite, polyethylene and so on) in order to obtain a neutron energy distribution useful to test neutron detectors or personal dosemeters. The optimization of thicknesses and shape of the mo…

Monitoraggio campi elettromagnetici: dalla teoria alla pratica - caso studio di utilizzazione contemporanea di apparecchiature dichiarate conformi dal fabbricante