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Title
Radiation gradient assessment at the CERN CHARM irradiation facility: FLUKA simulations and experimental measurements / Melanie Krawina
Additional Titles
Einfluss eines hochenergetisch gemischten Strahlenfeldes auf verschiedene Materialien
AuthorKrawina, Melanie
CensorVana, Norbert
PublishedWien, 2018
Descriptionxi, 124 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Institutional NoteTechnische Universität Wien, Diplomarbeit, 2018
Annotation
Abweichender Titel nach Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers
LanguageEnglish
Document typeThesis (Diplom)
Keywords (DE)FLUKA Simulationen / Strahleneffekte
Keywords (EN)FLUKA Simulations / Radiation effects
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-112112 Persistent Identifier (URN)
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Radiation gradient assessment at the CERN CHARM irradiation facility: FLUKA simulations and experimental measurements [23.49 mb]
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Abstract (German)

Die CERN CHARM Experimentier Halle ist eine Bestrahlungsanlage für die Qualifizierung großer elektronischer Systeme und Komponenten in einem gemischten radioaktiven Feld, das aus der Wechselwirkung eines 24GeV/c Protonenstrahls mit einem Kupfer- oder Aluminium-Target erzeugt wird. Die Anlage bietet eine einzigartige und komplexe gemischte Strahlungsumgebung, die durch Protonen, Neutronen, Pionen, Kaonen, Myonen, Elektronen, Positronen und Photonen gekennzeichnet ist. Die Energien reichen von einigen GeVs bis hin zu thermischen Energien. Teilchenspektren sind repräsentativ für Hochenergiebeschleuniger, Boden-, Avionik- und Weltraumanwendungen. Eine bewegliche Abschirmung aus Beton- und Eisenschichten ermöglicht die Veränderung der Härte und der Partikelpopulation an vordefinierten Testpositionen. Die beträchtliche Größe des verfügbaren Experimentierraumes, die unterschiedlichen Konfigurationsmöglichkeiten sowie der starke Gradient im Strahlenfeld, der in einigen der Testpositionen vorhanden ist, machen die Strahlungsüberwachung schwierig. Um eine vollständige Repräsentativität und Reproduzierbarkeit der Tests zu gewährleisten, ist daher eine genaue Untersuchung und Analyse der vorhandenen und interessanten makroskopischen Größen im Bereich R2E (Radiation to Electronics) erforderlich. In dieser Arbeit werden die Grundprinzipien der Wechselwirkung zwischen radioaktiver Strahlung und Elektronik, verschiedene Detektoren, die CHARM Halle und all ihre Eigenschaften, sowie die wichtigsten Errungenschaften einer Versuchskampagne erläutert, in der die Total Ionizing Dose, der High Energy Hadron und 1-MeV Neutronen Äquivalen Fluss an kritischen Testpositionen innerhalb der Anlage gemessen wurden. Die experimentellen Messungen mit RPL-Dosimetern und RadMON Systemen wurden mit FLUKA Monte-Carlo Simulationen verglichen. Die Ergebnisse dieser Kalibrierungskampagne verdeutlichen die wichtige Rolle von FLUKA im kontinuierlichen Kalibrierungsprozess der Einrichtung, zum besseren Verständnis des vorliegenden Strahlungsfeldes und zur Sicherstellung der Repräsentativität und Reproduzierbarkeit der Tests.

Abstract (English)

CERN CHARM facility is conceived to be an irradiation facility for the qualification of large electronic systems and components in a mixed field generated from the interaction of a 24GeV/c proton beam with a copper or aluminium target. The facility provides a unique and complex mixed radiation environment characterized by protons, neutrons, pions, kaons, muons, electrons and photons with energies varying from a few GeVs down to thermal energy. Particle spectra are representative of high-energy accelerators, ground, avionics and space applications. A movable shielding made of layers of concrete and iron allows changing the hardness and the particle population in predefined test locations. The significant size of the available test area, the multiple facility configurations as well as the strong radiation gradient present in some of the test locations make the radiation monitoring challenging. Therefore, to ensure a full representativeness and reproducibility of the tests, an accurate evaluation of macroscopic quantities of interest in the R2E (Radiation to Electronics) field is mandatory. This thesis present explains the basic principles of interaction between radiation and electronics, detectors used for the quantities of interest, the CHARM facility and all its features and the main achievements of an experimental campaign where the Total Ionizing Dose, the High Energy Hadron, and 1-MeV neutron equivalent fluence were assessed in critical test locations within the facility. The experimental measurements conducted with RPL dosimeters and RadMONs were further compared with FLUKA Monte Carlo simulations. The results of this benchmark highlight the important role of FLUKA in the continuous calibration process of the facility for the understanding of the radiation eld and for ensuring the representativeness and reproducibility of the tests.

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