1

Radiation Protection at SPSRadiation Protection at SPS

D. Forkel-Wirth (TIS-RP-SL)M. J. Mueller (TIS-RP)

I. Brunner, N. Conan, J.C. Gaborit, G. Grobon, S. Roesler, H. Vincke

(TIS-RP-SL)

10 December 2003

2

ContentContent

Events at the SPS complex in 2003 TDC2/TCC2: vacuum and water leaks during

proton run Radioactive water in DP540 BA1: release of slightly radioactive air Ejection tests in TT40

Upgrades of ECA4 and ECA5 for 2004

3

The SPS ComplexThe SPS Complex

TDC2/TCC2ECA4

ECA5

TT40BA1

4

A Summer in A Summer in TDC2/TCC2…TDC2/TCC2…

Doses intégrées avant et après le 18 juin par les groupes concernés

3072652%

2887448%

Avant

Après

Doses en µSv

Répartition des doses intégrées en µSv lors des interventions depuis le 18 juin 2003

1821

19624

11024652698

3164

câble T6

Vide

aimants

géomètres

transport

RP

Dose totale 28,874 mSv

Water leaks

Vacuum leaks

Electrical inst.

Consolidation

5

Water sampling Water sampling campaigncampaign

DP540

6

Water Sampling Water Sampling CampaignCampaign

#Sample

location

SampleSampling

date

Tritium

Gamma-emitting radionuclidesActivity [Bq/l]Activity

in Bq/l]Uncertinty [%]

1 DP521North area, TT20 sampled in tunnel

(point bas)11-Nov-02 < 3.5 None

2 DP522North area, TT20 sampled in tunnel

(point haut)11-Nov-02 16 20 None

3 DP523 North area, upper tube, sac de contrôle 6-Nov-02 19 21 None

4 DP523North area, lower tube,

sampled out of the tube, sac de contrôle6-Nov-02 27 16 Na-22 just below DL of 1.7

5 DP529 North area, EHN1 22-Nov-02 < 3.5 None

6 DP530 North area, EHN1 22-Nov-02 < 3.5 None

7 DP531 North area, EHN1 22-Nov-02 < 3.5 None

8 DP532 North area, Pont de Lion, South 22-Nov-02 < 3.5 None

9 DP538 North area, TDC2 int., sac de contrôle 6-Nov-02 21 19 Na-22: 46 (4%)

10

DP538 North area, TDC2 int., sampled in tunnel 11-Nov-02 13900 4 Na-22: 46 (4%)

11

DP540 North area, TCC2 int., sac de contrôle 6-Nov-02 17000 4 Na-22: 10.4 (16%)

12

DP540North area, TCC2 int., water was pumped,

sampled out of the tube, sac de contrôle

6-Nov-02 17000 4Na-22: 10.6 (17%),Sb-124: 2 (29%)

13

DP540 North area, TCC2 int., sampled in tunnel 11-Nov-02 28700 4Be-7: 14 (49%), Na-22: 20 (5%),Sb-124: 3.1 (12%)

7

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

26/0

8/03

29/0

8/03

1/9/

03

4/9/

03

7/9/

03

10/9

/03

13/0

9/03

16/0

9/03

19/0

9/03

22/0

9/03

25/0

9/03

28/0

9/03

1/10

/03

4/10

/03

7/10

/03

10/1

0/03

13/1

0/03

16/1

0/03

19/1

0/03

22/1

0/03

25/1

0/03

28/1

0/03

31/1

0/03

3/11

/03

6/11

/03

9/11

/03

12/1

1/03

15/1

1/03

18/1

1/03

21/1

1/03

24/1

1/03

27/1

1/03

30/1

1/03

3/12

/03

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000Activité des échantillons prelevés au DP540ext (Bq/l) Eau extraite par la pompes 540 int. (en L)

Periode Ions Setup du 22/09/03 au 01/10/03

Intervention TCC2 AT/VAC

Fuite d'eau importante au TCC2

En Len Bq/L

Coupure de l’arrive d’eau

week end du 6.09.

Puzzle: 3H in DP540

Radioactivity in DP540

8

Air Releases in BA1Air Releases in BA1

PAM11Gate monitor

PCM11Picomur

PMS1215.10. – 16.10.

3.5.1013 ppp, 450 Gev

FB: increased radiation levels during waste bin control

9

Air Releases in BA1Air Releases in BA1

Nom du moniteur

Données maximales mesurées

Données moyennes mesurées

PCAM11 2.5mSv/h 1.4mSv/h

PAM11 200nSv/h net * 104nSv/h*

PMS12 80nSv/h net ** 46nSv/h net**

PMVG11R 16GBq/h *** 8.84GBq/h ***

PAMTUNN 49nSv/h net **** 24nSv/h net ****

PMIU105 473mSv/h (saturation)

PAM11Gate monitor

PCM11Picomur

PMS12

Not adapted to the measuring problem

close to TIDV

10

TT40 testTT40 test

Extraction from SPS into TED just downstream. 2 * 24 hours 8-9th September 2003

24 hours with 5 to 10 x 109 protons per extraction

Total 1.3 x 1013

8-9th October 2003 24 hours with 5 to 10 x 109 proton per extraction and for a period 12 bunch extraction Total 1.4 x 1014

Careful measurements performed before and after by RP group

11

•Dose rate in Sv/h

Debits de dose du 22.09.03 (2 weeks cooling)

Debits de dose du 11.11.03 (~ 4 weeks cooling)

1.8

80.5

1

TT40 Ejection Tests

12

Results of TT40 testsResults of TT40 testsBEAM TT40

BEAM TT40

TT40

TJ8

TI8

TT41

TED 400354 F4 400368 QTL 400034 MBSG 410010 MBSG 410017

MBSG 410024

QTLD 400018

888

2

4

3

5

6

1

8 7

9

10

11

12

13

14

15

PPG 400490

Date de mesure

24Na 42K 152mEu 153Sm

10/09/03 5000 ± 400

745 ±104 127 ± 36

64 ±13

17/09/03 < 5 < 30 < 45 < 9

Specific activity in mBq/g of the “carrotte”

Specific activity in mBq/g (No. 1 – 15)

Echantillons 1 à 15

24Na 54Mn

Lot entier 1-15 < 2 1.1 ± 0.7

7 5 ± 1 < 4

8 < 6 < 3

Negligible!

13

SPS to LHC/CNGS beam extraction/injection facility

SPS protons (450 GeV/c) are extracted from the SPS (at ECX/ECA4) into the transfer tunnel TT40 to be routed into the TI8 tunnel (LHC) or into the TT41 tunnel (CNGS).

ECX4

ECA4

protons

protons

LHC intensity: 4.0E12 p/s CNGS intensity: 1.2E13 p/s

14

ECX4

Septummagnets

Dummy

Chicane to ECA4

ECA4

SPS tunnel

Cable tubes

ECX4

Beam loss rate = 0.1 %

15

Shielding wallChicane entrance

to SPS

SPS tunnel

Access gallery

ECX4

Additional shielding

slit

Shielding of corners

Cable tubes

ECA4

click here to proceed

16

Radiation studies for ECA4 under LHC/CNGS beam extraction conditions

High losses in ECX4 High dose in ECA4

1.0E+01

4.6E+00

2.2E+00

1.0E+00

4.6E-01

2.2E-01

1.0E-01

4.6E-02

2.2E-02

1.0E-02

4.6E-03

2.2E-03

1.0E-03

4.6E-04

2.2E-04

1.0E-04

4.6E-05

2.2E-05

1.0E-05

4.6E-06

2.2E-06

1.0E-06

Sv/h

ECA4

ECA4

Weakest area

Upgrade

ECX4

ECX4

Septummagnets

Dummy

Chicane to ECA4

ECA4

SPS tunnel

Cable tubes

ECX4

Beam loss rate = 0.1 %

Dose rates after upgrade of major weak points:

ECA4 floor level: ~ 5 Sv/h (almost acceptable)

upper levels: > 10 Sv/h (not acceptable)Local beam shielding or reinforcement of the whole shielding wall required to achieve “Simple Radiation Controlled” conditions.

CNGS intensity: 1.2E13p/s

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SPS5SPS5

TheTheUA1 UA1

PlacePlace

CERN TIS – RP 10.12.2003

18

SPS5SPS5

WeakWeakPointsPoints

forforRadiationRadiationProtectioProtectio

nn

Shielding

Shielding Block

Gap between Blocks

CERN TIS – RP 10.12.2003

19

SPS5SPS5

WeakWeakPointsPoints

forforRadiatioRadiatio

nnProtectiProtecti

onon

CERN TIS – RP 10.12.2003

Upstream

Downstream

Crossings

20

SPS5SPS5

Monte Monte CarloCarlo

SimulatioSimulation to find n to find the worst the worst

case case scenarioscenario

CERN TIS – RP 10.12.2003

21

SPS5SPS5

CERN TIS – RP 10.12.2003

Weak Points

Crossings

&Shielding

Gaps

Vertical ShaftsElevator

&Spiral Staircase

Gap between Blocks

Spiral staircase

Elevator-Shaft

22

SPS5SPS5

Future Future OptionsOptions

&&OutlookOutlook

CERN TIS – RP 10.12.2003

Shielding improvements are necessary to assure radiation protection limits for future experimental installations (e.g.: roman pots, LHC collimator tests during 2004)

Access to elevator and spiral staircase shafts have to be controlled – not at least, because of the given problem on two interlinked fronts: decreasing dose limits on one hand side and rising design source intensities on the other.

Additional shielding

23

……2004 and onwards2004 and onwards

Let’s prepare for LHC and CNGS TT40 irradiation tests TI8 injection tests CNGS beam tests into TT40

Besides the daily routine Extremely busy shut-down (e.g. consolidation

of TDC2 and TCC2) ….North area modifications Follow up of BA1, activated water…. Surprises….

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Sv/h

Chicane

TED

TT40

For beam extraction tests protons are stopped in the beam dump “TED”

High E muons All muons Hadrons

Radiation components (high E muons, all muons, hadrons) seen at the beginning of the tunnels leading to CNGS and LHC in case of highest beam intensity.

Radiation levels in the injection tunnel system in case of beam extraction tests

Sv/h

CNGS intensity: 1.2E13p/s

25

Dose rates from hadrons () and muons () together with the total dose rate () as a function of depth in the curved sections of TT41 (left) and TI8 (right) due to protons

(highest intensity) interacting in the TED.

Tunnel depth in mTunnel depth in m

Interlock doors and radiation monitors will be installed at a depth of about 350 m inside the curved tunnel sections to keep dose rate on personnel below to 10 nSv/h .

26

French Radiation French Radiation Protection LegislationProtection Legislation

Décret n° 2003-296 du 31 mars 2003 relatif à la protection des travailleurs contre les dangers des rayonnements ionisants

Lorsque le chef de l'entreprise utilisatrice fait intervenir une entreprise extérieure ou un travailleur non salarié, il assure la coordination générale des mesures de prévention

Il transmet les consignes particulières applicables en matière de radioprotection dans l'établissement aux chefs des entreprises extérieures

27

French Radiation French Radiation Protection LegislationProtection Legislation

En particulier, lors d'une opération se déroulant dans la zone contrôlée le chef d'établissement, en collaboration, avec le chef d'établissement de l'entreprise extérieure ou le travailleur non salarié

fait procéder à une évaluation prévisionnelle de la dose collective et des doses individuelles que les travailleurs sont susceptibles de recevoir lors de l'opération. A cet effet, les responsables de l'opération apportent leur concours à la personne compétente. Ces objectifs sont fixés au niveau le plus bas possible compte tenu de l'état des techniques et de la nature de l'opération à effectuer

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French Radiation French Radiation Protection LegislationProtection Legislation

Les travailleurs susceptibles d'intervenir en zone surveillée ou en zone contrôlée bénéficient d'une formation à la radioprotection organisée par le chef d'établissement.

Cette formation porte sur les risques liés à l'exposition aux rayonnements ionisants. Elle est adaptée aux procédures particulières de radioprotection touchant au poste de travail occupé ainsi qu'aux règles de conduite à tenir en cas de situation anormale.

Le chef d'établissement remet à chaque travailleur avant toute intervention dans une zone contrôlée, une notice rappelant les risques particuliers liés au poste occupé ou à l'intervention à effectuer, les règles de sécurité applicables, ainsi que les instructions à suivre en cas de situation anormale.

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French Radiation French Radiation Protection LegislationProtection Legislation

Les entreprises qui assurent des travaux de maintenance, d'intervention ou de mise en oeuvre des appareils émettant des rayonnements ionisants doivent avoir obtenu un certificat de qualification justifiant de leur capacité à effectuer des travaux sous rayonnements ionisants. Les entreprises de travail temporaire qui mettent à disposition des travailleurs pour la réalisation de tels travaux sont soumises aux mêmes obligations. 

Les certificats de qualification sont délivrés par des organismes accrédités dans des conditions fixées par arrêté des ministres chargés du travail, de l'industrie et de l'agriculture pris après avis de l'Institut de radioprotection et de sûreté nucléaire.