Islam M. Nabil;Moamen G. El-Samrah;Mahmoud Y. Zorainy;H.Y. Zahran;Ahmed T. Mosleh;Ibrahim S. Yahia
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.8
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pp.3335-3346
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2024
Due to the radiation released by commonly used isotopes, many nuclear, medical, and industrial facilities require proper radiation shielding. In this work, distinct copper borate glasses intercalated with varied aluminum and vanadium oxide (Al2O3 and V2O5) content have been synthesized and used against radiation (gamma rays and fast/thermal neutrons). The different percents were as follows: [60% B2O3 + 35% CuO + (5-x)% Al2O3 + xV2O5], where x = 0, 1, and 2.5 wt.%, which was coded as BCu(5-x)Al:xV. The synthesized glass samples were characterized using Fourier transforms, infrared, and X-Raydiffraction analysis. Experimentally, the radiation shielding possessions of the samples were established using an HPGe detector at the gamma energy lines 0.356 MeV, 0.661 MeV, 1.173 MeV, and 1.332 MeV. Also, the prepared glasses were investigated theoretically using the Monte Carlo code (MCNP5) at photon energies of 0.015-15 MeV. Also, the fast and thermal neutron macroscopic effective removal cross-sections were calculated using MRCsC and JANIS-4.1 software, respectively. The prepared sample BCu2.5Al:2.5V, which has a vanadium and aluminum content of 2.5%, has the highest linear attenuation coefficient as well as the highest removal cross-section for fast, and thermal neutrons.
Purpose : For the research of Boron Neutron Capture Therapy (BNCT), fast neutrons generated from the MC-50 cyclotron with maximum energy of 34.4 MeV in Korea Cancer Center Hospital were moderated by 70 cm paraffin and then the dose characteristics were investigated. Using these results, we hope to establish the protocol about dose measurement of epi-thermal neutron, to make a basis of dose characteristic of epi-thermal neutron emitted from nuclear reactor, and to find feasibility about accelerator-based BNCT. Method and Materials : For measuring the absorbed dose and dose distribution of fast neutron beams, we used Unidos 10005 (PTW, Germany) electrometer and IC-17 (Far West, USA), IC-18, ElC-1 ion chambers manufactured by A-150 plastic and used IC-l7M ion chamber manufactured by magnesium for gamma dose. There chambers were flushed with tissue equivalent gas and argon gas and then the flow rate was S co per minute. Using Monte Carlo N-Particle (MCNP) code, transport program in mixed field with neutron, photon, electron, two dimensional dose and energy fluence distribution was calculated and there results were compared with measured results. Results : The absorbed dose of fast neutron beams was $6.47\times10^{-3}$ cGy per 1 MU at the 4 cm depth of the water phantom, which is assumed to be effective depth for BNCT. The magnitude of gamma contamination intermingled with fast neutron beams was $65.2{\pm}0.9\%$ at the same depth. In the dose distribution according to the depth of water, the neutron dose decreased linearly and the gamma dose decreased exponentially as the depth was deepened. The factor expressed energy level, $D_{20}/D_{10}$, of the total dose was 0.718. Conclusion : Through the direct measurement using the two ion chambers, which is made different wall materials, and computer calculation of isodose distribution using MCNP simulation method, we have found the dose characteristics of low fluence fast neutron beams. If the power supply and the target material, which generate high voltage and current, will be developed and gamma contamination was reduced by lead or bismuth, we think, it may be possible to accelerator-based BNCT.
The sensitivity-based finite element model updating method has received increasing attention in damage detection of structures based on measured modal parameters. Finding an optimization technique with high efficiency and fast convergence is one of the key issues for model updating-based damage detection. A new simple and computationally efficient optimization algorithm is proposed and applied to damage detection by using finite element model updating. The proposed method combines the Gauss-Newton method with region truncation of each iterative step, in which not only the constraints are introduced instead of penalty functions, but also the searching steps are restricted in a controlled region. The developed algorithm is illustrated by a numerically simulated 25-bar truss structure, and the results have been compared and verified with those obtained from the trust region method. In order to investigate the reliability of the proposed method in damage detection of structures, the influence of the uncertainties coming from measured modal parameters on the statistical characteristics of detection result is investigated by Monte-Carlo simulation, and the probability of damage detection is estimated using the probabilistic method.
Journal of Korean Institute of Industrial Engineers
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v.34
no.1
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pp.98-107
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2008
The purpose of this paper is to present an optimization scheme that aims at minimizing the expected cost per unittime. This study considers a linear connected-(r, s)-ouI-of-(m, n):f lattice system whose components are orderedlike the elements of a linear (m, n)-matrix. We assume that all components are in the state 1 (operating) or 0(failed) and identical and s-independent. The system fails whenever at least one connected (r, s)-submatrix offailed components occurs. To find the optimal threshold of maintenance intervention, we use a simulatedannealing(SA) algorithm for the cost optimization procedure. The expected cost per unit time is obtained byMonte Carlo simulation. We also has made sensitivity analysis to the different cost parameters. In this study,utility maintenance model is constructed so that minimize the expense under full equipment policy throughcomparison for the full equipment policy and preventive maintenance policy. The full equipment cycle and unitcost rate are acquired by simulated annealing algorithm. The SA algorithm is appeared to converge fast inmulti-component system that is suitable to optimization decision problem.
First, methods of numerical analysis of gas-particle flows is classified into micro, meso and macro scale approaches based on the concept of multi-scale mechanics. Next, the explanation moves on to discrete particle simulation where motion of individual particles is calculated numerically using the Newtonian equations of motion. The author focuses on the cases where particle-to-particle interaction has significant effects on the phenomena. Concerning the particle-to-particle interaction, two cases are considered: the one is collision-dominated flows and the other is the contact-dominated flows. To treat this interaction mathematically, techniques named DEM(Distinct Element Method) or DSMC (Direct Simulation Monte Carlo) have been developed DEM, which has been developed in the field of soil mechanics, is useful for the contact -dominated flows and DSMC method, developed in molecular gas flows, is for the collision-dominated flows. Combining DEM or DSMC with CFD (computer fluid dynamics), the discrete particle simulation becomes a more practical tool for industrial flows because not only the particle-particle interaction but particle-fluid interaction can be handled. As examples of simulations, various results are shown, such as hopper flows, particle segregation phenomena, particle mixing in a rotating drum, dense phase pneumatic conveying, spouted bed, dense phase fluidized bed, fast circulating fluidized bed and so on.
Essential ideas, successes, and difficulties of Areal Density Analysis (ADA) for color-magnitude diagrams (CMD's) of resolved stellar populations are examined, with explanation of various algorithms and strategies for optimal performance. A CMD-generation program computes theoretical datasets with simulated observational error and a solution program inverts the problem by the method of Differential Corrections (DC) so as to compute parameter values from observed magnitudes and colors, with standard error estimates and correlation coefficients. ADA promises not only impersonal results, but also significant saving of labor, especially where a given dataset is analyzed with several evolution models. Observational errors and multiple star systems, along with various single star characteristics and phenomena, are modeled directly via the Functional Statistics Algorithm (FSA). Unlike Monte Carlo, FSA is not dependent on a random number generator. Discussions include difficulties and overall requirements, such as need for fast evolutionary computation and realization of goals within machine memory limits. Degradation of results due to influence of pixelization on derivatives, Initial Mass Function (IMF) quantization, IMF steepness, low Areal Densities ($\mathcal{A}$), and large variation in $\mathcal{A}$ are reduced or eliminated through a variety of schemes that are explained sufficiently for general application. The Levenberg-Marquardt and MMS algorithms for improvement of solution convergence are contained within the DC program. An example of convergence, which typically is very good, is shown in tabular form. A number of theoretical and practical solution issues are discussed, as are prospects for further development.
Uncertainty and sensitivity analyses with respect to nuclear data are performed with depletion calculations for BWR and PWR fuel assemblies specified in the framework of the UAM-LWR Benchmark Phase II. For this, the GRS sampling based tool XSUSA is employed together with the TRITON depletion sequences from the SCALE 6.1 code system. Uncertainties for multiplication factors and nuclide inventories are determined, as well as the main contributors to these result uncertainties by calculating importance indicators. The corresponding neutron transport calculations are performed with the deterministic discrete-ordinates code NEWT. In addition, the Monte Carlo code KENO in multi-group mode is used to demonstrate a method with which the number of neutron histories per calculation run can be substantially reduced as compared to that in a calculation for the nominal case without uncertainties, while uncertainties and sensitivities are obtained with almost the same accuracy.
In this study, two original spectral representations of stationary stochastic fields, say the continuous proper orthogonal decomposition (CPOD) and the frequency-wavenumber spectral representation (FWSR), are derived from the Fourier-Stieltjes integral at first. Meanwhile, the relations between the above two representations are discussed detailedly. However, the most widely used conventional Monte Carlo schemes associated with the two representations still leave two difficulties unsolved, say the high dimension of random variables and the incompleteness of probability with respect to the generated sample functions of the stochastic fields. In view of this, a dimension-reduction model involving merely one elementary random variable with the representative points set owing assigned probabilities is proposed, realizing the refined description of probability characteristics for the stochastic fields by generating just several hundred representative samples with assigned probabilities. In addition, for the purpose of overcoming the defects of simulation efficiency and accuracy in the FWSR, an improved scheme of non-uniform wavenumber intervals is suggested. Finally, the Fast Fourier Transform (FFT) algorithm is adopted to further enhance the simulation efficiency of the horizontal stochastic wind velocity fields. Numerical examplesfully reveal the validity and superiorityof the proposed methods.
Small animal PET using a dual layer phoswich detector has been developed to obtain high and uniform spatial resolution. In this study, a simple analytic model to optimize the lengths of a dual layer phoswich detector was derived and validated by Monte Carlo simulation. For a small animal PET scanner with a 10㎝ ring diameter, the optimal length of the phoswich detector consisting of various crystal materials, such as LSO and LuYAP, were calculated analytically and validated using GATE. The detector module consisted of 8×8 arrays of crystals, with each phoswich detector element having a 2㎜×2㎜ sensitive area. The total crystal length was fixed to 20㎜. The optimal lengths of the phoswich detector layers, as functions of the crystal materials and order, conveniently derived by the analytic equation, showed good agreement with those estimated by the time consuming simulation. The simple analytical model can be used for the fast and accurate design of an optimal phoswich detector for small animal PET to achieve high spatial resolution and uniformity.
To explore protein folding mechanism, we simulated a folding pathway in a simplified 3×3×3 cubic lattice. In the lattice folding Monte Carlo simulations, each of the 28 possible native packing pairs that exist in the native conformation was used as a conformational restraint. The native packing restraints in the lattice model could be considered as a disulfide linkage restraint in a real protein. The results suggest that proteins denatured with a small disulfide loop can, but not always, fold faster than proteins without any disulfide linkage and than proteins with a larger disulfide loop. The results also suggest that there is a rough correlation between loop size of the native packing restraint and folding time. That is, the order of native residue-residue packing interaction in protein folding is likely dependent on the residue-residue distance in primary sequence. The strength of monomer-monomer pairwise interaction is not important in the determination of the packing order in lattice folding. From the folding simulations of five strong folding lattice sequences, it was also found that the context encoded in the primary sequence, which we do not yet clearly understand, plays more crucial role in the determination of detailed folding kinetics. Our restrained lattice model approach would provide a useful strategy to the future protein folding experiments by suggesting a protein engineering for the fast or slow folding research.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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