A review of the documentation and an interpretation of the NEA-1517/74 and NEA-1517/80 shielding benchmarks (measurements of photon leakage flux from a hollow sphere with a central 14 MeV neutron source) from the SINBAD database with the Monte Carlo code MCS and the most up-to-date ENDF/B-VIII.0 neutron data library are conducted. The two analyzed benchmarks describe satisfactorily the energy resolution of the photon detector and the geometry of the spherical samples with inner beam tube, tritium target and cooling water circuit, but lack information regarding the detector geometry and the distances of shields and collimators relatively to the neutron source and the detector. Calculations are therefore conducted for a sphere model only. A preliminary verification of MCS neutron-photon calculations against MCNP6.2 is first conducted, then the impact of modelling the inner beam tube, tritium target and cooling water circuit is assessed. Finally, a comparison of calculated results with the libraries ENDF/B-VII.1 and ENDF/B-VIII.0 against the measurements is conducted and shows reasonable agreement. The MCS and MCNP inputs used for the interpretation are available as supplementary material of this article.
Yihong Yan ;Xinjian Tan;Xiufeng Weng ;Xiaodong Zhang ;Zhikai Zhang ;Weiqiang Sun ;Guang Hu ;Huasi Hu
Nuclear Engineering and Technology
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제55권10호
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pp.3591-3598
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2023
Photoneutron background spectroscopy observations at linac are essential for directing accelerator shielding and subtracting background signals. Therefore, we constructed a Bonner Sphere Spectrometer (BSS) system based on an array of BF3 gas proportional counter tubes. Initially, the response of the BSS system was simulated using the MCNP5 code. Next, the response of the system was calibrated by using neutrons with energies of 2.86 MeV and 14.84 MeV. Then, the system was employed to measure the spectrum of the 241Am-Be neutron source, and the results were unfolded by using the Gravel and EM algorithms. Using the validated system, the undesirable neutron spectrum of the 120 MeV electron linac was finally measured and acquired. In addition, it is demonstrated that the equivalent undesirable neutron dose at a distance of 3.2 m from the linac is 19.7 mSv/h. The results measured by the above methods could provide guidance for linac-related research.
$^{93}Nb(n,n{\alpha})^{89m}Y$, $^{93}Nb(n,{\alpha})^{90m}Y$과 $^{93}Nb(n,2n)^{92m}Nb$의 14.6MeV 중성자 반응단면적을 $^{27}Al(n,p)^{27}Mg$과 $^{27}Al(n,{\alpha})^{24}Na$ 반응 단면적과 비교하여 측정하였다. $T(D,n)^4He$ 반응을 이용하는 소규모 가속기를 중성자 원으로 사용하였으며 시료에서의 중성자 에너지 퍼짐은 0.4MeV 정도였다. 생성된 방사능은 모두 같은 기하학적 조건에서 70cc HPGe 검출기로 측정하였다.
High energy neutron irradiations impact on structural and electrical properties of alumina are studied with particular emphasis on real time in-situ radiation induced conductivity measurement in low flux region. Polycrystalline Al2O3 samples are subjected to high energy neutrons produced from D-T neutron generator and Am-Be neutron source. 14 MeV neutrons from D-T generator are chosen to study the role of fast neutron irradiation in the structural modification of samples. Real time in-situ electrical measurement is performed to investigate the change in insulation resistance of Al2O3 due to radiation induced conductivity at low flux regime. During neutron irradiation, a significant transient decrease in insulation resistance is observed which recovers relative higher value just after neutron exposure is switched off. XRD results of 14 MeV neutron irradiated samples suggest annealing effect. Impact of relatively low energy neutrons on the structural properties is also studied using Am-Be neutrons. In this case, clustering is observed on the sample surface after prolonged neutron exposure. The structural characterizations of pristine and irradiated Al2O3 samples are performed using XRD, SEM, and EDX. The results from these characterizations are analysed and interpreted in the manuscript.
Pyeon, Cheol Ho;Yamanaka, Masao;Kim, Song-Hyun;Vu, Thanh-Mai;Endo, Tomohiro;Van Rooijen, Willem Fredrik G.;Chiba, Go
Nuclear Engineering and Technology
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제49권6호
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pp.1234-1239
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2017
Basic research on the accelerator-driven system is conducted by combining $^{235}U$-fueled and $^{232}Th$-loaded cores in the Kyoto University Critical Assembly with the pulsed neutron generator (14 MeV neutrons) and the proton beam accelerator (100 MeV protons with a heavy metal target). The results of experimental subcriticality are presented with a wide range of subcriticality level between near critical and 10,000 pcm, as obtained by the pulsed neutron source method, the Feynman-${\alpha}$ method, and the neutron source multiplication method.
Deuterium-tritium reaction is the most promising one in term of the highest nuclear fusion cross-section for the reactor. So it is one of urgent issues to develop materials and components that are simultaneously resistant to high heat flux and high energy neutron flux in realization of the fusion energy. 2.45 MeV neutron production was reported in D-D reaction in KSTAR and regarded as beam-target is the dominant process. The feasibility study of KSTAR to wide area neutron source facility is done in term of D-D and D-T reactions from the empirical scaling law from the mixed fast and thermal stored energy and its projection to cases of heating power upgrade and DT reaction is done.
A compact tokamak reactor concept as a 14 MeV neutron source is desirable from an economic viewpoint for a fusion-driven transmutation reactor. LAR (Low Aspect Ratio) tokamak allows a potential of high "see full txt" operation with high bootstrap current fractions and can be used for a compact fusion neutron source. For the optimal design of a reactor, a radial build of reactor components has to be determined by considering the plasma physics and engineering constraints which inter-relate various reactor components and are constrained to use ITER physics and technology. In a transmutation reactor, the blanket should produce enough tritium for tritium self-sufficiency and the neutron multiplication factor, keff should be less than 0.95 to maintain sub-criticality. The shield should provide sufficient protection for the superconducting toroidal field (TF) coil against radiation damage and heating effects of the fusion neutrons, fission neutrons, and secondary gammas. In this work, characteristics of transmutation reactor based on LAR tokamak is investigated by using the coupled system analysis.
본 연구에서는 중성자-감마 스펙트럼검층 존데 설계를 목적으로 Monte Carlo 시물레이션을 이용하여 열중성자 반응의 우세한 영역 파악 및 포획감마 스펙트럼의 에너지피크 값에 기초한 지층 구성 원소 구분을 수행하였다. 14 MeV 에너지준위의 중성자를 방출하는 중성자발생장치를 선원으로 이용하여 선원으로부터 10 cm 간격으로 12개의 중성자 검출기들을 배열함으로써 거리에 따른 열중성자 양을 측정하였다. 시추공 영향 저감을 위해 존데모형에 차폐재를 적용하여 보다 정확한 열중성자 측정을 수행하여 열중성자 반응이 우세한 위치를 분석한 뒤, 이 위치에서 검출된 포획감마 에너지 스펙트럼을 분석하여 지층을 구성하는 주요 원소 및 그 양을 확인하였다. 본 연구 결과는 중성자-감마 스펙트럼검층 존데의 신호대잡음 비 향상과 포획감마 검출기 최적 위치 선정에 도움이 될 것으로 판단된다.
Excellent thermal neutron absorption performance of boron expands the potential use of boron rich slag to prepare epoxy resin matrix nuclear shielding composites. However, shielding attenuation behaviors and mechanism of the composites against gamma rays are unclear. Based on the radiation protection theory, Phy-X/PSD, XCOM, and 60Co gamma ray source were integrated to obtain the shielding parameters of boron rich slag/epoxy resin composites at 0.015-15 MeV, which include mass attenuation coefficient (µt), linear attenuation coefficient (µ), half value thickness layer (HVL), electron density (Neff), effective atomic number (Zeff), exposure buildup factor (EBF) and exposure absorption buildup factor (EABF).µt, µ, HVL, Neff, Zeff, EBF and EABF are 0.02-7 cm2/g, 0.04-17 cm-1, 0.045-20 cm, 5-14, 3 × 1023-8 × 1023 electron/g, 0-2000, and 0-3500. Shielding performance is BS4, BS3, BS3, BS1 in descending order, but worse than ordinary concrete. µ and HVL of BS1-BS4 for 60Co gamma ray is 0.095-0.110 cm-1 and 6.3-7.2 cm. Shielding mechanism is main interactions for attenuation gamma ray by BS1-BS4 are elements with higher content or higher atomic number via Photoelectric Absorption at low energy range, and elements with higher content via Compton Scattering and Pair Production in Nuclear Field at middle and higher energy range.
고(高)에너지 방사선(放射線) 치료(治療)에 있어서 정상조직(正常組織)의 완전차폐(完全遮蔽)를 위하여 $5{\sim}8cm$ 납두께의 부정형(不定形) 차폐(遮蔽)벽돌을 제작(製作)해야하는 난점(難點)이 있었다. 저자(著者)들은 납 30.0%, 주석 11.5% 비스므스 48.5%, 카드미늄 10.0%를 사중(四重) 공정결합(共晶結合)시켜 밀도(密度)가 $9.8g/cm^3$ 용융온도(熔融溫度)가 $68^{\circ}C$인 저용융(低熔融) 차폐물질(遮蔽物質)을 개발(開發)하여 이를 Lead Y라고 명명(名命)하였다. 제작(製作)된 Lead Y Block을 $68^{\circ}C$에서 용융(熔融)시켜 보호(保護)해야할 중요(重要)한 장기(臟器)의 형태(形態)대로 제작(製作)된 styrofoam 음형(陰形)에 부어서 차폐효과(遮蔽效果)가 큰 차폐(遮蔽)벽돌을 쉽고 안전(安全)하게 제작(製作)할 수 있었고 납보다 더 단단하고 재현성(再現性)이 크며 저렴(低廉)한 가격(價格)으로 구입(購入)이 가능(可能)하므로 방사선(放射線) 치료효과(治療效果)에 큰 도움을 줄 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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