To predict the details of flow in industrial process unit, single photon emission computed tomography (SPECT) is a promising technique. Recently, industrial SPECT based on medical system has developed by researchers of the Korea Atomic Energy Research Institute (KAERI) and Hanyang University. In the present study, to confirm the effect of the number of detectors on image quality, and determine the optimal number of detectors in industrial SPECT, industrial SPECT system with various geometries were evaluated by the Monte Carlo simulation. CsI(Tl) detectors ($12mm{\times}12mm{\times}20mm$) with collimators (the geometric resolution of collimator $R_g$ was 4 cm at the center of the 30 cm diameter cylindrical vessel object) were modeled in a hexagonal array, and the point sources of $^{99m}Tc$, $^{68}Ga$, and $^{137}Cs$ were simulated at the center of the cylindrical vessel object using the MCNPX code. Then, the reconstruction images of each geometry were reconstructed using the expectation maximization (EM) algorithm. In this study, the reciprocity theorem was used to improve computation time required for system matrix of the EM algorithm. The result shows that the resolution of the reconstructed image was significantly improved by increasing the number of detectors in industrial SPECT system and more than 60 detectors will be required for the resolution of the reconstructed image.
The detector suffers from pulse pileup by overlapping of the signals when it was used in high radiation fields. The pulse pileup deteriorates the energy spectrum and causes count losses due to random co-incidences, which might not resolve within the resolving time of the detection system. In this study, it is aimed to propose a new pulse pileup correction method. The proposed method is to correct the start point of the pileup pulse. The parameters are obtained from the fitted exponential curve using the peak point of the previous pulse and the start point of the pileup pulse. The amplitude at the corrected start point of the pileup pulse can be estimated by the peak time of the pileup pulse. The system is composed of a NaI (Tl) scintillation crystal, a photomultiplier tube, and an oscilloscope. A 61 μCi 137Cs check-source was placed at a distance of 3 cm, 5 cm, and 10 cm, respectively. The gamma energy spectra for the radioisotope of 137Cs were obtained to verify the proposed method. As a result, the correction of the pulse pileup through the proposed method shows a remarkable improvement of FWHM at 662 keV by 29, 39, and 7%, respectively.
Moonhyung Cho;Jisung Hwang;Sangho Lee;Kilyoung Ko;Wonku Kim;Gyuseong Cho
Nuclear Engineering and Technology
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제56권7호
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pp.2690-2697
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2024
With advancements in machine learning technologies, artificial neural networks (ANNs) are being widely used to improve the performance of gamma-ray spectroscopy based on NaI(Tl) scintillation detectors. Typically, the performance of ANNs is evaluated using test datasets composed of actual spectra. However, the generation of such test datasets encompassing a wide range of actual spectra representing various scenarios often proves inefficient and time-consuming. Thus, instead of measuring actual spectra, we generated virtual spectra with diverse spectral features by sampling from categorical distribution functions derived from the base spectra of six radioactive isotopes: 54Mn, 57Co, 60Co, 134Cs, 137Cs, and 241Am. For practical applications, we determined the optimum counting time (OCT) as the point at which the change in the Kullback-Leibler divergence (ΔKLDV) values between the synthetic spectra used for training the ANN and the virtual spectra approaches zero. The accuracies of the actual spectra were significantly improved when measured up to their respective OCTs. The outcomes demonstrated that the proposed method can effectively determine the OCTs for gamma-ray spectroscopy based on ANNs without the need to measure actual spectra.
In the radiation protection application, the metal-polymer composites have been developed for their radiation shielding properties. In this research, the elastomer composites doped by 10 ㎛ and 100nm size of lead, bismuth and tungsten particles as filler with 30 and 60 wt percentages were prepared. To survey the shielding properties of the polymer composites using gamma-ray emitted from 152Eu and 137Cs sources, the gamma flux was measured by using NaI(Tl) detector, then the linear attenuation coefficient was calculated. Also, the Monte Carlo simulation (MCs) method was used. The results showed a direct relationship between the linear attenuation coefficients of the absorbent and filler ratio. Also, the decrease in the particle size of the shielding material in each weight percentage improved the radiation shielding features. When the dimension of the particles was in the order of nano-size, more attenuation was achieved. At low energies used for medical diagnostic X-ray applications due to the predominance of the photoelectric effect, bismuth and lead were suitable selection as filler.
This paper presents a laboratory experiment on data acquisition technique that applied to the gamma radiation scanning coupled with computed tomography (CT) technique for inspection of broken nozzle inside the vertical vessel. The acquisition technique was developed to inspect a large diameter vessel when suspicious problem location is not easily accessed. This technique allows the installation of gamma radiation source (Cesium 137, Cs-137), and detectors (Sodium Iodine. NaI(Tl)) from the accessible location to the required location and performs the scanning by designed pattern. To demonstrate the designed technique, top opened tank which installed with six cut steel pipes diameter of 76.2 mm (3") at a certain position was selected. They were assumed to be a gas riser pipes inside the vessel. Three studied cases were performed, (a) projection of well installed six pipes, (b) projection of one out of six broken pipe and (c) one of nozzle was assumed to be failure and fell down until one out of six pipes was broken and obstructed by nozzle. Results clearly indicated the capability of developed technique to distinguish between normal situation case and abnormal situation cases.
Jae Hyung Park;Siwon Song;Seunghyeon Kim;Taeseob Lim;Jinhong Kim;Bongsoo Lee
Nuclear Engineering and Technology
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제55권3호
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pp.1045-1051
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2023
In this study, we fabricated a liquid light-guide-based radiation sensor with a LaBr3:Ce scintillator for remote gamma-ray spectroscopy. We acquired the energy spectra of Cs-137 and Co-60 using the proposed sensor, estimated the energy resolutions of the full energy peaks, and compared the scintillation light output variations. The major peaks of the radionuclides were observed in each result, and the estimated energy resolutions were similar to that of a general NaI(Tl) scintillation detector without a liquid light guide. Moreover, we showed the relationships of energy resolution and analog-to-digital channel regarding the number of photoelectrons produced and confirmed the effects of light guide length on remote gamma-ray spectroscopy. The proposed sensor is expected to be utilized to perform remote gamma-ray spectroscopy for distances of 3 m or more and would find application in many fields of nuclear facilities and industry.
Fluid pipelines, commonly utilized in the oil industry, often face efficiency and reliability issues due to sediment buildup causing erosion, corrosion, and pipe wall thinning. Traditional assessment methods involve disruptive measures like cutting or creating holes and temporarily taking pipelines out of service. A non-destructive alternative, Limited-Number-Detector Computed Tomography (LNDCT), proves cost-effective and superior. Our proposed algorithm enhances data acquisition and projections using discrete detectors, employing Co-60 as a gamma-ray source and thallium-doped sodium iodide, NaI(Tl), detectors in an arc configuration. Monte Carlo simulations aligned closely with experimental data. Optimization involved adjusting the detector aperture angle based on a primary-to-scatter ratio of gamma-ray photons. We investigated the utility of various isotopes (Co-60, Cs-137, Am-241, Ir-192) to determine optimal projection signal amplitude. The algorithm generates a large sinogram matrix, and a filtered back-projection algorithm with a Hamming filter maximizes image quality while ensuring acceptable calculation volume and time. Using four phantoms, including pipelines filled to different scales, our study evaluates LNDCT configuration, performance, and validation. The results highlight its potential for efficiently evaluating sediment in pipelines, confirming the correctness and accuracy of our proposed algorithm.
석유 및 정유관련 산업에서 다중상(multi-phase flow) 유체의 배관 내 흐름은 일반적인 현상의 하나이다. 그러나 각각의 상에 대한 정확한 유량측정은 항상 정확한 결과획득을 얻는데 장애의 근원으로 작용하였다. 일반 상업용 유량계는 일정 이상의 기포가 포함된 유체 흐름의 경우 유량계측에 상당한 오차를 유발한다. 본 연구에서는 ${\gamma}$-ray attenuation 기법을 이용하여 clamp-on 타입으로 배관 외부에서 다중상 유체흐름의 유량 측정을 수행하였다. 사용된 밀봉 감마선원으로는 $^{137}Cs$ 20 mCi와 17 mCi 두 개의 동위원소를 사용하였으며, 감마선 검출기로는 $2"{\times}2"$ NaI(Tl) 섬광계수관을 이용하였다. 방사선 검출기로부터 데이터를 수집하고 각각의 데이터에 대해 푸리에 변환과 필터링을 통해 노이즈를 최소화하였다. 복원된 신호에 대해 상호상관함수(cross correlation function)를 적용하여 두 검출기 사이의 통과시간(transit time)을 측정함으로써 유량을 산정하였다. 배관 내 기포함량 측정을 통해 유량을 보정해줌으로써 측정유량의 정확도를 높였다. 두 선원간의 거리가 4D(D; inner diameter) 그리고 본 실험의 측정조건(N/S: $0.12{\sim}0.15$, sampling time ${\Delta}\;t$: 4msec) 하에서 기포량(단면적 대비 $6.1\;%{\sim}9.2\;%$) 보정을 통해 산정된 유량은 계측오차가 실제 평균유량 대비 1.7 % 이하인 정확도를 보였다. 또한 두 밀봉 감마선원 간의 거리가 가까울수록 통과시간 측정에 정확도가 향상되므로 보다 정확한 유량측정이 가능하였다. 본 연구를 통해 다중상 혼합유체의 유량을 밀봉감마선원과 상호상관 기법으로 이용하여 계측할 수 있음을 확인하였다. 방사성동위원소의 선택 및 계측시스템의 최적화 조건 등에 대한 추가연구가 수행된다면 석유화학 산업과 같은 장치산업의 유지관리 측면에 경제적으로 크게 기여할 수 있을 것으로 판단된다.
Investigations were conducted on the addition of barium's impact on the radiation shielding and physical attributes of five different glasses, designated S1-S5, with varying BaO contents. Using two point sources namely Co60 and Cs137 along with a scintillation detector [NaI(TL)], experimental measurements were made of the shielding parameters of γ-rays, namely the effective atomic number (Zeff), electron density (Nel), half-value layer (HVL), linear attenuation coefficient (μ), mass attenuation coefficient (μm), mean free path (λ), and radiation protection effectiveness at the energies of 0.664, 1.177, and 1.334 MeV, and comparisons made with recently considered glasses as well as frequently employed materials for γ-ray shielding. The results show that the examined glasses' physical and radiation shielding qualities are improved by the addition of BaO. The μ values increased from 0.245 to 0.275 cm-1 (0.662 MeV), from 0.174 to 0.198 cm-1 (1.173 MeV), and from 0.161 to 0.189 (1.332 MeV). The observed values of HVL decreased from 2.83, 3.98, and 4.3 cm to 2.5, 3.5, and 3.62 cm at 0.662, 1.173, and 1.332 MeV, respectively, for the samples S1 and S5. In addition, the S5 glass sample was determined to have the best protection against photon among all the samples that were evaluated, as well as against recently considered glasses and those materials often utilized for gamma-ray shielding purposes.
As a microimaging device detecting gamma rays emitted from small lesions or tumors during operation, the intraoperative surgical probe has been proposed and is now under development. We have designed a multipurpose portable gamma prove system and evaluated the performance both for the absolute counting purpose of residual radioactivities and for the localizing capability of gamma events using the NaI(Tl) crystal and two types of photomultiplier tubes(PMTs). Counting efficiencies in the range of routine clinical use of radiation dose were measured using the assembly of single channel PMTs and 0.5 inch thick NaI(Tl) crystal of 1 inch diameter. The positioning of gamma events for imaging purpose requires the multiple channel PMTs with appropriate positioning electronics. We have designed a simple and reliable positioning circuit based on the concept of modified Anger. In preliminary experiments using the multiple channel PMT of 3 inch diameter and the dim lighth source, we were able to trace and localize the correct position with reduced positioning error by the use of two multiplier/divider chipset and simplified peripherals. The energy resolutions for the counting gamma probe measured as full width at half maximum(FWHM) for Cs-137, F-18, Tc-99m were 12%, 13%, and 36%, respectively. The spatial resolution for the imaging gamma probe measured as FWHM for green LED was 2.9 mm. The results indicate that the currently developing probe is very promising and could be very useful for many applications in nuclear medicine. Future studies will include developing collimators, improving interface hardwares, and evaluating the system with clinical data.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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