Neutron spectrometry using artificial neural networks for a bonner sphere spectrometer with a ³He detector

 

J.M. Ortíz–Rodríguez^a,c,*, M.R. Martínez–Blanco^b, H.R. Vega–Carrillo^b, E. Gallego Díaz^d, A. Lorente Fillol^d, R. Méndez Villafañe^e, J.M. Los Arcos Merino^e, and J.E. Guerrero Araque^e

 

^a Unidad Académica de Ingeniería Electrica, Universidad Autónoma de Zacatecas, *e–mail: morvymm@yahoo.com.mx

^b Unidad Académica de Estudios Nucleares, Universidad Autónoma de Zacatecas, Apartado Postal 336, Zacatecas, 98000, México.

^c Depto. de Electrotecnia y Electrónica Escuela Politécnica Superior, Avda. Menéndez Pidal s/n, Córdoba, España.

^d Universidad Politécnica de Madrid, Depto. de Ingeniería Nuclear, ETSI Industriales, C. José Gutiérrez Abascal, 2, 28006, Madrid, España.

^e CIEMAT, Laboratorio de Metrología de Radiaciones Ionizantes, Avda. Complutense, 22, 28040, Madrid, España.

 

Recibido el 10 de marzo de 2010
Aceptado el 31 de agosto de 2010

 

Abstract

Neutron spectra unfolding and dose equivalent calculation are complicated tasks in radiation protection, are highly dependent of the neutron energy, and a precise knowledge on neutron spectrometry is essential for all dosimetry–related studies as well as many nuclear physics experiments. In previous works have been reported neutron spectrometry and dosimetry results, by using the ANN technology as alternative solution, starting from the count rates of a Bonner spheres system with a ⁶LiI(Eu) thermal neutrons detector, 7 polyethylene spheres and the UTA4 response matrix with 31 energy bins. In this work, an ANN was designed and optimized by using the RDANN methodology for the Bonner spheres system used at CIEMAT Spain, which is composed of a ³He neutron detector, 12 moderator spheres and a response matrix for 72 energy bins. For the ANN design process a neutrons spectra catalogue compiled by the IAEA was used. From this compilation, the neutrons spectra were converted from lethargy to energy spectra. Then, the resulting energy ?uence spectra were re–binned by using the MCNP code to the corresponding energy bins of the ³He response matrix before mentioned. With the response matrix and the re–binned spectra the counts rate of the Bonner spheres system were calculated and the resulting re–binned neutrons spectra and calculated counts rate were used as the ANN training data set.

Keywords: Neutron spectrometry; neutron dosimetry; neural networks.

 

Resumen

La reconstrucción de espectros de neutrones y el cálculo de los equivalentes de dosis dependen de la energía de los neutrones, y por ello es esencial un conocimiento preciso de la espectrometría de los neutrones para realizar los estudios relacionados con la disimetría, así como para la realización de muchos experimentos de la física nuclear. Estos no son problemas triviales y los investigadores han mencionado la necesidad de desarrollar técnicas de medición adicionales para ampliar los actuales sistemas de monitoreo del personal laboral. En trabajos previos se han reportado resultados relacionados con la espectrometría y la disimetría de neutrones, utilizando la tecnología de redes neuronales como solución alternativa a partir de las tasas de conteo de un sistema de esferas Bonner con un detector de neutrones térmicos de ⁶LiI(Eu), 7 esferas de polietileno y la matriz de respuesta conocida como UTA4, expresada en 31 grupos de energía. En este trabajo, se diseño y optimizo una red neuronal para el sistema de esferas Bonner del CIEMAT en España, utilizando la metodología de diseño conocida como RDANN, el cual esta compuesto de un detector de neutrones térmicos de ³He, 12 esferas moderadoras y una matriz de respuesta expresada en 72 grupos de energía. Para el proceso de diseño de la red neuronal se utilizó un catalogo de espectros de neutrones compilado por la IAEA. A partir de esta compilación, los espectros de neutrones se convirtieron de letárgia a energía. Posteriormente, estos espectros se rebobinaron utilizando el código MCNP de acuerdo con los grupos de energía de la matriz de respuesta del detector de ³He. Con la matriz de respuesta y los espectros rebobinados se calcularon las tasas de conteo del sistema de esferas Bonner y de esta forma, los espectros rebobinados resultantes y las cuentas calculadas se utilizaron como el conjunto de datos de entrenamiento de la red neuronal.

Descriptores: Espectrometría de neutrones; dosimetría de neutrones; redes neuronales.

 

PACS: 29.30.Hs, 07.05.Mh, 29.40–n

 

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References

1. H.R. Vega–Carrillo, E. Manzanares Acuna, J.M. Ortiz Rodríguez, and T. Arteaga Arteaga, Radiation Protection Dosimetry 126 (2007) 408.         [ Links ]

2. J.M. Ortiz–Rodríguez, M.R. Martínez–Blanco, and H.R. Vega–Carrillo, Electronics, Robotics and Automotive Mechanics Conference 2 (2006) 131.         [ Links ]

3. H.R. Vega–Carrillo, E. Manzanares–Acuna, V.M. Hernández–Davila, R. Barquero, M.R Iñiguez, R. Mendez, F. Palacios, A. Arteaga–Arteaga, T. and J.M. Ortiz–Rodriguez, Radiation Measurements 41 (2006) 425.         [ Links ]