Development of a triage monitoring programme for the intake of radionuclides at CERN

Professionals working with unsealed radioactive sources and/or in the presence of contaminated materials are at risk of incorporation of radionuclides. In 2018, this risk has increased for some workers at the European Organization for Nuclear Research (CERN) with the commissioning of the CERN-MEDICIS facility. This facility produces novel radioisotopes to be used in medical research. The workers of the facility handle high activities of these short-lived and exotic radionuclides for which internal monitoring strategies are not yet defined by international standards and guidelines. This results in the need to review the internal monitoring programme at CERN. The purpose of this PhD project was to develop an in vivo internal monitoring programme for the CERN workers that is inspired by the Swiss radiation protection regulation and that aims to ensure the detection of intakes leading to an annual committed effective dose E50 > 1 mSv. The Swiss internal monitoring approach consists in rapid and simple screening measurements that aim to assess whether an intake requiring further evaluation has taken place. If a radionuclide-specific threshold is exceeded during a screening measurement, the worker must then undergo an incorporation measurement to quantify the incorporated activity and thus the E50. The first part of the project aimed to determine if and how the Swiss approach could be adapted to perform in vivo screening measurements of CERN workers. A procedure was elaborated to help the local Radiation Protection Officers (RPO) determine whether conventional radiation protection instruments would be suitable to perform screening measurements. Seven instruments widely used at CERN were characterised according to this procedure. The results were used to elaborate screening measurement protocols for some radionuclides of interest by taking into account CERN specific constraints. In the second part of the project, the existing procedure was extended to two portable gamma spectrometers that, as opposed to conventional radiation protection instruments, allow to identify the incorporated radionuclides. The feasibility of the monitoring with these portable spectrometers was determined for a selection of 21 exotic and conventional radionuclides. Finally, the influence of the measuring geometry on the minimum detectable activity associated to an in vivo measurement was numerically investigated with the help of Monte Carlo simulations. This was done by adopting a graded approach and considering four different phantoms: a simplified and easily reproducible torso phantom, a commercial anthropomorphic whole body phantom and two numerical phantoms (male and female). This work demonstrates that the Swiss internal monitoring approach can be successfully adapted to CERN requirements. The methodology developed during this project paved the way to the setting up of the new internal monitoring programme for the CERN workers, which can be adapted to other research centres, industries and hospitals where exotic radionuclides may be handled. -- Les professionnels travaillant avec des sources radioactives non scellées et/ou en présence de matériel contaminé courent le risque d’incorporer des substances radioactives. Ce risque a significativement augmenté en 2018 pour certains travailleurs de l’Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire (CERN), avec la mise en service de l’installation CERN-MEDICIS. Cette installation produit des radioisotopes exotiques (i.e. non conventionnels) à des fins de recherche médicale. Les travailleurs manipulent de hautes activités de ces radionucléides, pour lesquels des approches de surveillance de la contamination interne ne sont pas encore définies par des normes et directives internationales. Une mise à jour du programme de surveillance de la contamination interne du CERN est donc nécessaire. Le but de ce projet de doctorat était de développer un programme pour la surveillance de la contamination interne pour les travailleurs du CERN par des mesures in vivo. Ce programme s’inspire de la règlementation suisse en matière de radioprotection et vise à assurer la détection de toute incorporation pouvant mener à une dose efficace engagée E50 > 1 mSv/an. En Suisse, la surveillance de l’incorporation se base sur des mesures de tri simples et rapides, dont le résultat détermine si des analyses supplémentaires sont nécessaires. Si un seuil spécifique à chaque radionucléide est dépassé lors de la mesure de tri, le travailleur doit se soumettre à une mesure d’incorporation, qui permettra de quantifier l’activité incorporée et ainsi la valeur de E50. La première partie de ce projet visait à déterminer si et comment l’approche suisse pouvait être adaptée pour effectuer des mesures de tri in vivo pour les travailleurs du CERN. Une procédure a été élaborée afin de permettre aux experts de radioprotection locaux de déterminer quels instruments de radioprotection étaient adaptés pour effectuer ces mesures de tri. Sept instruments communément utilisés au CERN ont été caractérisés en suivant cette procédure. Les résultats de l’étude ont été utilisés pour établir des propositions de mesures de tri selon les exigences des experts locaux, en tenant compte des contraintes particulières du CERN. Dans la deuxième partie de ce projet, la procédure existante a été étendue à deux spectromètres gamma portables qui, contrairement aux instruments de radioprotection conventionnels, permettent l’identification des radionucléides potentiellement incorporés. La faisabilité d’une surveillance à l’aide de ces spectromètres portables a été étudiée pour une sélection de 21 radionucléides exotiques et conventionnels. Pour finir, l’impact de la géométrie de mesure dans l’évaluation de l’activité minimale détectable lors d’une mesure in vivo a été investigué à l’aide de simulations Monte Carlo. Pour ce faire, quatre fantômes différents ont été considérés en adoptant une approche graduée: un fantôme simplifié et facilement reproductible représentant un tronc humain, un fantôme anthropomorphe disponible sur le marché et deux fantômes numériques (homme et femme). Ce travail démontre que l’approche suisse pour la surveillance de la contamination interne peut être efficacement adaptée aux exigences du CERN. La méthodologie développée pendant ce projet pose les bases de l’établissement du nouveau programme de surveillance pour les travailleurs du CERN. Ce programme peut également être adapté aux besoins d’autres centres de recherche, industries et hôpitaux où des radionucléides exotiques pourraient être manipulés.