Purpose: Since I-125 emits low energy (27-35 keV) radiation, thinner crystal and collimator could be employed and, hence, it is favorable to obtain high quality images. The purpose of this study was to derive the optimized parameters of I-125 SPECT using a new simulation tool, GATE (Geant4 Application for Tomographic Emission). Materials and Methods: To validate the simulation method, gamma camera developed by Weisenberger et al. was modeled. Nal(T1) plate crystal was used and its thickness was determined by calculating detection efficiency. Spatial resolution and sensitivity curves were estimated by changing variable parameters for parallel-hole and pinhole collimator. Peformances of I-125 SPECT equipped with the optimal collimator were also estimated. Results: in the validation study, simulations were found to agree well with experimental measurements in spatial resolution (4%) and sensitivity (3%). In order to acquire 98% gamma ray detection efficiency, Nal(T1) thickness was determined to be 1 mm. Hole diameter (mm), length (mm) and shape were chosen to be 0.2:5:square and 0.5:10:hexagonal for high resolution (HR) and general purpose (GP) parallel-hole collimator, respectively. Hole diameter, channel height and acceptance angle of pinhole (PH) collimator were determined to be 0.25 mm, 0.1 mm and 90 degree. The spatial resolutions of reconstructed image of the I-125 SPECT employing HR:GP:PH were 1.2:1.7:0.8 mm. The sensitivities of HR:GP:PH were 39.7:71.9:5.5 cps/MBq. Conclusion: The optimal crystal and collimator parameters for I-125 Imaging were derived by simulation using GATE. The results indicate that excellent resolution and sensitivity imaging is feasible using I-125 SPECT.
Kim, Ji-Hee;Roh, Soon-Young;Ryu, Dong-Su;Kang, Hye-Sung;Kasahara, Katuaki;Kido, Eiji;Taketa, Akimichi
The Bulletin of The Korean Astronomical Society
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v.35
no.2
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pp.58.1-58.1
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2010
Telescope Array (TA) experiment in Utah, USA, observes ultrahigh-energy cosmic rays (UHECRs); UHECRs refer cosmic rays with energy above $10^{18}eV$. Using COSMOS and CORSIKA, we have produced a library of over 1000 thinned extensive air shower (EAS) simulations with the primary energies ranging from $10^{18.5}eV$ to $10^{20.25}eV$ and the zenith angle of primary cosmic ray particle from $0^{\circ}$ to $45^{\circ}$. Here, we present the energy spectrum of particles arriving at the ground. We have also calculated the detector response evaluated using GEANT4 simulations. Here, we discuss S(800), i.e. the signal at a distance of 800 m from the shower core, as the primary energy estimator.
Experiments to study high-energy cosmic rays (CRs) employ Monte Carlo codes for extensive air shower (EAS) simulations to figure out the properties of CRs. COSMOS and CORSIKA among EAS simulation codes are currently being used to analyze the data of the Telescope Array experiment. We have generated a library of about 10,000 simulated EASs with the primary energy ranging from $10^{18.5}eV$ to $10^{20}eV$ and the zenith angle of primary particles ranging from 0 to 45 degree for proton and iron primaries. We have compared the results predicted by CORSIKA and COSMOS under the same condition. In this talk, we show the differences in the energy spectra at the ground, the longitudinal shower profile as a function of atmospheric depth, the Calorimetric energy, and the Xmax distribution. We also discuss the lateral distribution function obtained from GEANT4 simulations which is being used to measure the detector response.
As a relatively new radiation imaging method, the cosmic-ray muon scattering imaging technology can be used to prevent nuclear smuggling and is of considerable significance to nuclear safety. Proposed in this paper is a new reconstruction algorithm based on density clustering, aiming to improve inspection quality with better performance. Firstly, this new algorithm is introduced in detail. Then in order to eliminate the inequity of the density threshold caused by the heterogeneity of the muon flux in different positions, a new flux correction method is proposed. Finally, three groups of simulation experiments are carried out with the help of Geant4 toolkit to optimize the algorithm parameters, verify the correction method and test the inspection quality under shielded condition, and compare this algorithm with another common inspection algorithm under different conditions. The results show that this algorithm can effectively identify and locate nuclear material with low misjudging and missing rates even when there is shielding and momentum precision is low, and the threshold correcting method is universally effective for density clustering algorithms.
Cosmic-ray muon scattering tomography (MST) technology is a new radiation imaging technology with unique advantages. As the performance of its image reconstruction algorithm has a crucial influence on the imaging quality, researches on this algorithm are of great significance to the development and application of this technology. In this paper, a fast inspection algorithm based on clustering analysis for the identification of the existence of nuclear materials is studied and optimized. Firstly, the principles of MST technology and a binned clustering algorithm were introduced, and then several simulation experiments were carried out using Geant4 toolkit to test the effects of exposure time, algorithm parameter, the size and structure of object on the performance of the algorithm. Based on these, we proposed two optimization methods for the clustering algorithm: the optimization of vertical distance coefficient and the displacement of sub-volumes. Finally, several sets of experiments were designed to validate the optimization effect, and the results showed that these two optimization methods could significantly enhance the distinguishing ability of the algorithm for different materials, help to obtain more details in practical applications, and was therefore of great importance to the development and application of the MST technology.
Muon tomography is a useful method for monitoring special nuclear materials (SNMs) such as spent nuclear fuel inside dry cask storage. Multiple Coulomb scattering of muons can be used to provide information about the 3-dimensional structure and atomic number(Z) of the inner materials. Tomography using muons is less affected by the shielding material and less harmful to health than other measurement methods. We developed a muon detector for muon tomography, which consists of a plastic scintillator, 64 long wavelength-shifting (WLS) fibers attached to the top of the plastic scintillator, and silicon photomultipliers (SiPMs) connected to both ends of each WLS fiber. The muon detector can acquire X and Y positions simultaneously using a position determination algorithm. The design parameters of the muon detector were optimized using DETECT2000 and Geant4 simulations, and a muon detector prototype was built based on the results. Spatial resolution measurement was performed using simulations and experiments to evaluate the feasibility of the muon detector. The experimental results were in good agreement with the simulation results. The muon detector has been confirmed for use in a muon tomography system.
Ji Won Choi;Yumi Lee;Bangho Shin;Chansoo Choi;Yeon Soo Yeom
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.10
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pp.4375-4383
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2024
In this study, we first produced the Korean-specific dose coefficients (DCs) for soil contamination using the Mesh-type Reference Korean Phantoms (MRKPs). The Korean DCs were compared with the values in ICRP Publication 144 produced using the Caucasian-based ICRP reference phantoms to investigate dosimetric impact due to the racial difference (Korean/Asian vs Caucasian). Monte Carlo dose calculations using the Geant4 code were conducted where the photon and electron sources in the phase-space data used for the ICRP-144 DC calculations were irradiated to the MRKPs. For photons, the organ DCs of the MRKPs showed a good agreement with the ICRP-144 DCs (deviations <20 %) for most energies, while significant differences at energies below 0.05 MeV were observed by up to a factor of 55.6 (thymus at 0.015 MeV). For electrons, notable differences in the organ DCs were observed the overall energy region (deviations >20 % for most cases). The effective DCs of the MRKPs showed an excellent agreement with the ICRP-144 DCs for photons (deviations <16 %), whereas notable differences by up to 1.7 times (0.05 MeV) were observed for electrons. The Korean DCs for soil contamination will be beneficially used in dose estimates for Koreans especially in risk assessments.
In X-ray image, the role of filtration through the filter is to reduce the exposure of the patient by using photon which is useful in formation of the image, and at the same time, enhance the contrast of the image. During interaction between photon and object, low energy X-rays are absorbed from the site of a few cm of the first patient's tissue, and high energy X-rays are the one which form the image. Therefore, the radiation filter absorbs low energy X-ray in order to lower the exposure of the patient and improve the quality of the image. The purpose of this study is to compare the effect on the image quality by differences of added filter through simulation image and actual radiation image. For that purpose, we used Geant4 Application for Tomographic Emission (GATE) as a tool for Monte Carlo simulation. We set actual size, shape and material of Polymethylmethacrylate (PMMA) Phantom on GATE and differentiated the parameter of added filter. Also, we took image of PMMA phantom with same parameter of added filter by digital radiography (DR). Than we performed contrast-to-noise ratio (CNR) evaluation on both simulation image and actual DR image by Image J. Finally, we observed the effect on image quality due to different thickness of added filter, and compared two images' CNR evaluation's transitions of change. The result of this experiment showed decreasing in the progress of CNR on both DR and simulation image. It is ultimately caused by decreasing in contrast on image. In theory, contrast decrease with kVp increased. Given that condition, this study found out that filter makes not only decreasing total dose by absorbing low energy of X-ray, but also increasing average energy of X-ray.
Seo, Hee;Lee, Se-Hyung;Park, Jin-Hyung;Kim, Chan-Hyeong;Park, Sung-Ho;Lee, Ju-Hahn;Lee, Chun-Sik;Lee, Jae-Sung
Journal of Radiation Protection and Research
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v.34
no.3
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pp.107-114
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2009
A Compton camera, which is based on Compton kinematics, is a very promising gamma-ray imaging device in that it could overcome the limitations of the conventional gamma-ray imaging devices. In the present study, the image quality of a rotating Compton camera was evaluated by using 4-D Monte Carlo simulation technique and the applicability to nuclear industrial applications was examined. It was found that Compton images were significantly improved when the Compton camera rotates around a gamma-ray source. It was also found that the 3-D imaging capability of a Compton camera could enable us to accurately determine the 3-D location of radioactive contamination in a concrete wall for decommissioning purpose of nuclear facilities. The 4-D Monte Carlo simulation technique, which was applied to the Compton camera fields for the first time, could be also used to model the time-dependent geometry for various applications.
The present paper describes the design of a Solid State Telescope (SST) on board the Korea Astronomy and Space Science Institute satellite-1 (KASISat-1) consisting of four [TBD] nanosatellites. The SST will measure these radiation belt electrons from a low-Earth polar orbit satellite to study mechanisms related to the spatial resolution of electron precipitation, such as electron microbursts, and those related to the measurement of energy dispersion with a high temporal resolution in the sub-auroral regions. We performed a simulation to determine the sensor design of the SST using GEometry ANd Tracking 4 (GEANT4) simulations and the Bethe formula. The simulation was performed in the range of 100 ~ 400 keV considering that the electron, which is to be detected in the space environment. The SST is based on a silicon barrier detector and consists of two telescopes mounted on a satellite to observe the electrons moving along the geomagnetic field (pitch angle $0^{\circ}$) and the quasi-trapped electrons (pitch angle $90^{\circ}$) during observations. We determined the telescope design of the SST in view of previous measurements and the geometrical factor in the cylindrical geometry of Sullivan (1971). With a high spectral resolution of 16 channels over the 100 keV ~ 400 keV energy range, together with the pitch angle information, the designed SST will answer questions regarding the occurrence of microbursts and the interaction with energetic particles. The KASISat-1 is expected to be launched in the latter half of 2020.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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