Performance study of a passive radiation detector for aviation purpose using the Monte carlo method

Abstract

Profissionais da área aeronáutica, como pilotos e comissários de bordo, são submetidos a doses de radiação de origem cósmica, que podem ser maiores do que as doses médias dos trabalhadores da indústria nuclear. A diversidade de partículas de altas energias presentes no campo de radiação a bordo das aeronaves torna complexa a mensuração da dose e requer cuidados especiais em relação aos sistemas de dosimetria a serem empregados nesta área. A Força Aérea Brasileira, por meio de seu Instituto de Estudos Avançados (IEAv /DCTA), em conjunto com o Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN / CNEN -SP) vem estudando o assunto desde 2008. Um protótipo de detector de radiação passivo para medições em aeronaves foi previamente construído e testado em condições de voo e de laboratório. O detector é capaz de medir a grandeza dosimétrica conhecida como dose absorvida (usando dosímetros passivos), que serão posteriormente correlacionados ao equivalente de dose ambiente e à dose efetiva recebidos por profissionais da área aeronáutica. Neste contexto, uma abordagem teórica por meio de simulações Monte Carlo com os códigos computacionais MCNP5 e MCNPX, foi usada para modelar e caracterizar a resposta do detector em determinadas condições experimentais. Este trabalho apresenta os resultados preliminares da modelagem computacional, com ênfase especial na comparação entre a grandeza fundamental dose absorvida (mensurada e simulada) e sua relação com o equivalente de dose ambiente e dose efetiva para este detector. Aircrews, as pilots and flight attendants, are subjected to cosmic ray doses which can be higher than the average doses on workers from the nuclear industry. The diversity of particles of high energies present in the radiation field on board of aircrafts, turns the determination of the incident dose and requires special care regarding dosimetric systems to be used in this kind of field. The Brazilian Air Force, through the Institute for Advanced Studies (Instituto de Estudos Avançados, IEAv/DCTA) in conjunction with the Institute of Energetic and Nuclear Research (Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares IPEN/CNEN-SP) are working on this subject since 2008. A prototype of a radiation detector for aircraft measurements was previously built and tested in flight and laboratory conditions. The detector is able of measuring a quantity known as absorbed dose (using passive dosimeters), which will subsequently be correlated to the ambient dose equivalent and the effective dose received by aircrews. In this context, a theoretical approach through Monte Carlo simulations with the computational codes MCNP5 and MCNPX was used to model and characterize the detector response at such experimental conditions. This work presents the preliminary results of the computational modeling, with special emphasis on the comparison between the absorbed dose quantity (measured and simulated) and its relationship with the ambient dose equivalent and the effective Dose for this detector.