Environmental Radioactivity Monitoring for Earth Sciences - Uranium ERMES - U Environmental Radioactivity Monitoring for Earth Sciences - Uranium P. Bernardini July 7, 2011

Programma scientifico di ERMES-U monitorare e caratterizzare le concentrazioni di Uranio in acqua aumentare il numero dei siti di captazioni arrivando a coprire l’intera area dei LNGS caratterizzare ciascun sito con indagini geognostiche (georadar) al fine di misurare lo spessore di cemento e la geometria delle pareti di roccia caratterizzare ciascun sito con piezometri per conoscere gli spessori d’acqua e quindi stimarne il contributo alla moderazione dei neutroni simulazioni di Monte Carlo del fondo dei neutroni indotto

Caratterizzazione dei siti di misura Attività a Lecce Caratterizzazione dei siti di misura Sopralluogo e permessi Corso per la sicurezza nei laboratori Misure col geo-radar Analisi dei dati (necessaria l’analisi chimico-fisica delle carote) Simulazione del flusso di neutroni Acquisto del codice MCNP (Monte Carlo N-Particle) prodotto a Los Alamos, per simulare il trasporto dei neutroni Studio del codice (aiuto da S. Bortolussi) Definizione dei parametri di input (geometria, densità …) Calcolo delle normalizzazioni Riproduzione dei risultati di Wulandari et al. (2004) Simulazione assumendo una percentuale variabile di acqua (e quindi di uranio) nel cemento

Different neutron sources cosmic rays spontaneous fission (mainly 238U) (a,n) reaction on light elements (Li, F, Na …) 8Li (a,n)11B Take into account experimental environment (detector, lab facilities) concrete rock water (not only for neutron moderation) Simulation is crucial neutron measurements require knowledge of detector efficiency and neutron spectrum some inconsistency in Wulandari paper (more than 20% error)

Simulation input parameters by Wulandari Rock : mainly CaCO3 and MgCO3 ( 2.71 g /cm3 ) Concrete : O Ca C Si … ( 2.3-2.5 g /cm3 ) Water in concrete : 8 – 16 % Nuclides in rock and concrete Families of 238U and 232Th, in secular equilibrium with daughters spontaneous fission only for 238U a-particles from U and Th families neutrons from (a,n) reactions

Radius (m) Air 5.00 Concrete 5.35 Rock 6.35 air concrete rock air Controllare le distanze limite 140 m air concrete rock

Neutron yield (neutrons/year) Material i = rock, concrete Humidity H = 0, 0.08, 0.12, 0.16

Fission neutron yield

(a,n) neutron yield

Estimate of water (a,n) neutron yield

Concrete Water Concrete Water

Conclusioni La misura dell’uranio disciolto in acqua sembra inessenziale Solo la misura di una certa variabilità della quantità d’acqua nella roccia e nel cemento potrebbe essere interessante (moderatore e bersagli a,n) Misure relative all’acqua : piezometri, igrometro presenza di radio e radon Lecce Paolo Bernardini Tatiana Quarta Sergio Negri Giovanni Buccolieri (totale 2.1 FTE) Richieste : 7 mila euro MI 2 mila euro consumo 2 mila euro inventariabile (igrometro)