We used the GEANT4 Monte Carlo MC Toolkit to simulate carbon ion beams incident on water, tissue, and bone, taking into account nuclear fragmentation reactions. Upon increasing the energy of the primary beam, the position of the Bragg-Peak transfers to a location deeper inside the phantom. For different materials, the peak is located at a shallower depth along the beam direction and becomes sharper with increasing electron density NZ. Subsequently, the generated depth dose of the Bragg curve is then benchmarked with experimental data from GSI in Germany. The results exhibit a reasonable correlation with GSI experimental data with an accuracy of between 0.02 and 0.08 cm, thus establishing the basis to adopt MC in heavy-ion treatment planning. The Kolmogorov-Smirnov K-S test further ascertained from a statistical point of view that the simulation data matched the experimentally measured data very well. The two-dimensional isodose contours at the entrance were compared to those around the peak position and in the tail region beyond the peak, showing that bone produces more dose, in comparison to both water and tissue, due to secondary doses. In the water, the results show that the maximum energy deposited per fragment is mainly attributed to secondary carbon ions, followed by secondary boron and beryllium. Furthermore, the number of protons produced is the highest, thus making the maximum contribution to the total dose deposition in the tail region. Finally, the associated spectra of neutrons and photons were analyzed. The mean neutron energy value was found to be 16.29 MeV, and 1.03 MeV for the secondary gamma. However, the neutron dose was found to be negligible as compared to the total dose due to their longer range.
As medical facilities are usually built at urban areas, special concrete aggregates and evaluation methods are needed to optimize the design of concrete walls by balancing density, thickness, material composition, cost, and other factors. Carbon treatment rooms require a high radiation shielding requirement, as the neutron yield from carbon therapy is much higher than the neutron yield of protons. In this case study, the maximum carbon energy is 430 MeV/u and the maximum current is 0.27 nA from a hybrid particle therapy system. Hospital or facility construction should consider this requirement to design a special heavy concrete. In this work, magnetite is adopted as the major aggregate. Density is determined mainly by the major aggregate content of magnetite, and a heavy concrete test block was constructed for structural tests. The compressive strength is 35.7 MPa. The density ranges from 3.65 g/cm3 to 4.14 g/cm3, and the iron mass content ranges from 53.78% to 60.38% from the 12 cored sample measurements. It was found that there is a linear relationship between density and iron content, and mixing impurities should be the major reason leading to the nonuniform element and density distribution. The effect of this nonuniformity on radiation shielding properties for a carbon treatment room is investigated by three groups of Monte Carlo simulations. Higher density dominates to reduce shielding thickness. However, a higher content of high-Z elements will weaken the shielding strength, especially at a lower dose rate threshold and vice versa. The weakened side effect of a high iron content on the shielding property is obvious at 2.5 µSv=h. Therefore, we should not blindly pursue high Z content in engineering. If the thickness is constrained to 2 m, then the density can be reduced to 3.3 g/cm3, which will save cost by reducing the magnetite composition with 50.44% iron content. If a higher density of 3.9 g/cm3 with 57.65% iron content is selected for construction, then the thickness of the wall can be reduced to 174.2 cm, which will save space for equipment installation.
Kim, Jeeeun;Kim, Jeongjin;Bae, Bumhan;Kim, Younghun
Journal of the Korean GEO-environmental Society
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제14권11호
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pp.25-31
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2013
Civil and military firing ranges are usually contaminated with heavy metals such as lead and copper and remediation is required. Acid washing and extraction are common remediation methods. Lead contaminated firing range soil samples were collected and a preliminary study was conducted to evaluate the characteristics of the contamination and the contribution of high specific gravity particles. Ethylenediamine tetra acetic acid(EDTA) extraction was applied for the removal of heavy metal but the extraction was not feasible for the firing range soil. Even after the repeated EDTA extraction, the contamination were still over the Korean environmental standard indicating that soil particles highly contaminated with heavy metal which release the heavy metal ion even after the repeated extraction. Some colored and higher specific gravity particles were separated from the soil samples and analyzed. The colored particles have specific gravity of 2.5-6.6. The saturation ratio of Pb and EDTA was 4.9-32%. After removal of these colored particles, the sandy soil showed moderate contamination which can be treated with soil washing. This was proved with the five-level sequential extraction and TCLP tests.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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pp.151.2-151.2
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2014
Broadband impedances for the 3-GeV pohang light source-II (PLS-II) storage ring have been numerically estimated using a full three dimensional finite-difference time-domain code, CST particle studio. The total broadband impedance of all the vacuum components was estimated as 0.256 ohm, which is a small fraction of the total machine impedance budget.
Kwok, Wai-Kwong;L. M. Paulius;Christophe Marcenat;R. J. Olsson;G. Karapetrov
Progress in Superconductivity
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제3권1호
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pp.5-12
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2001
Our experimental research focuses on manipulating pinning deflects to alter the phase diagram of vortex matter, creating new vortex phases. Vortex matter offers a unique opportunity for creating and studying these novel phase transitions through precise control of thermal, pinning and elastic energies. The vortex melting transition in untwinned YB $a_2$C $u_3$$O_{7-}$$\delta$/ crystals is investigated in the presence of disorder induced by particle irradiation. We focus on the low disorder regime, where a glassy state and a lattice state can be realized in the same phase diagram. We follow the evolution of the first order vortex melting transition line into a continuous transition line as disorder is increased by irradiation. The transformation is marked by an upward shift in the lower critical point on the melting line. With columnar deflects induced by heavy ion irradiation, we find a second order Bose glass transition line separating the vortex liquid from a Bose glass below the lower critical point. Furthermore, we find an upper threshold of columnar defect concentration beyond which the lower critical point and the first order melting line disappear together. With point deflect clusters induced by proton irradiation, we find evidence for a continuous thermodynamic transition below the lower critical point..
Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) has measured space environment and its effects on spacecraft and astronaut since 1987. At present, we have operated space environment monitors onboard one GEO spacecraft, one QZO spacecraft, and two LEO spacecrafts. The obtained space environment data has been gathered into the Space Environment and Effects System database (SEES, http://sees.tksc.jaxa.jp/). In this presentation, measurement result of space environment in low earth orbit obtained by the Daichi satellite from 2006 through 2011 is reported as well as recent activities in space environment engineerings in JAXA. The Technical Data Acquisition Equipment (TEDA) on board the Daichi satellite (Advanced Land Observing Satellite: ALOS) had been operated in low earth orbit at 700 km altitude with 98 degree inclination from February 2006 until April 2011. The TEDA consists of the Light Particle Telescope and the Heavy Ion Telescope. The operation period of the Daichi satellite was through the solar-activity minimum period. The space radiation environment around the Daichi satellite had been almost stable. However, large solar flares followed by CMEs sometimes disturbed the space radiation environment in the orbit of the Daichi satellite. In addition, high speed solar wind often flowed and modulated the electron flux in the horn region. On the other hand, a little variation was seen in the SAA region.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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한국수자원학회 2005년도 학술발표회 논문집
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pp.393-398
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2005
Suspended fine mineral particles are deposited at the areas with low flow velocity and low transportation capacity in rivers, reservoirs and lakes. It can be contaminated by heavy metals. Examples of problem fields art dredging of sediment, water pollutants, and maintenance of navigation channels and construction works. To deal with the settling problems it is necessary to understand tile physico-chemical characteristics of cohesive sediment under varying density of particle and ion addition(NaOH, HCl, NaCl), which is dissolved in river, because fine-grained cohesive sediment can lead to flocculation with the physico-chemical influences and takes different characteristics. Experiments with fresh and saline water are followed with fine-grained sediments(alumina and quartz) in settling columns. Settling velocity of suspended fine particles in still water was measured with a pressure sensor(maximum 10 mbar). Until the initial concentration of 20,000 mg/1 of alumina and quartz the settling velocity was on the increase. Above this initial concentration was it on the decrease. In an acid condition, which causes strong flocculation, average settling velocity of quartz powder was high. In an alkaline water low average settling velocity of it was observed. However, alumina behaved exactly contrarily.
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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제26권6호
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pp.606-615
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2010
This study aims to identify the characteristics of soil in Mongolia, one of the major Asian dust sources that influence the Korean Peninsula. Soil particle size was analyzed and the result shows that sand (57.5~97.3%) was identified prominently in most regions, followed by silt (2.5~34.7%) and clay (0.0~7.8%). Soil pH of the covered regions were in the range 7.1~10.1, either weak alkaline or strong alkaline. Analysis of ion species in the soil samples exhibited that $Na^+$ ($91.9\;mg\;kg^{-1}$), $Cl^-$ ($65.9\;mg\;kg^{-1}$), and $Ca^{2+}$ ($53.5\;mg\;kg^{-1}$) were detected more in the soil than other species such as ${SO_4}^{2-}$ ($19.2\;mg\;kg^{-1}$), ${NO_3}^-$ ($46.6\;mg\;kg^{-1}$), ${NH_4}^+$ ($3.9\;mg\;kg^{-1}$), $K^+$ ($22.0\;mg\;kg^{-1}$), and $Mg^{2+}$ ($10.2\;mg\;kg^{-1}$). As for heavy metal content in the soil, concentrations of soil-borne metals including Fe, Al, Ca, Mg, and K tended to be high, while metals that come from manmade sources Pb, Cd, Cr, V, and Ni were remarkably low. The concentration of organic carbon (OC) was relatively high at $15.9\;{\mu}g\;mg^{-1}$, while elemental carbon (EC), directly released in the process of fossil fuel combustion, was not detected at all or found in very small amounts. The result indicates that pollution from manmade sources scarcely occurred. The analysis results from this study may contribute to improving modeling accuracy by providing input data for Asian dust prediction models, and be used as base data for determining the process of physiochemical transformation of Asian dust during long-range transport.
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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제64권3호
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pp.25-32
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2022
To understand the distribution characteristics of PM2.5 concentration in the Saemangeum Reclamation Area and nearby areas, three points of the background area, the occurrence area, and the affected area were selected and samples were collected for each season. The chemical composition was determined. As a result of analyzing the chemical composition contained in PM2.5, NO3- (7.2 ㎍/m3), SO42- (4.3 ㎍/m3), NH4+ (4.3 ㎍/m3), OC (2.5 ㎍/m3), Si (1.3 ㎍/m3) m3) and EC (0.5 ㎍/m3) seemed to be the main components, and NO3-, SO42-, NH4+, which are components that form secondary particles, occupied a large proportion. The composition ratio of PM2.5 was investigated in the order of ion component (56.8%) > Unknown (27.4%) > carbon component (11.8%) > heavy metal component (4.0%). During the PM2.5 high concentration case days, the ionic component accounted for 90.7% during atmospheric stagnation cases, whereas the chemical composition ratio was in the order of ionic component (51.7%) > heavy metal component (41.5%) > carbon component (6.8%) during yellow dust cases. It was found that the characteristic of PM2.5 in the Saemangeum reclaimed land and surrounding areas is mainly influenced by outside (domestic and overseas) throughout the year. Ion components accounted for the largest portion of PM2.5 components in this area, but there were few sources of SOx and NOx emission in the Seamangeum area, which are precursors for secondary particle formation. Therefore, it is judged that most of these are generated and influenced as a secondary reaction in the atmosphere from the outside.
There are various type of particle accelerators such as Kyoungju 100-MeV proton beam accelerator in Korea. And Korea plans to build large particle accelerator such as heavy ion accelerator and 4th generation light source facility. The accelerated high energy particles of these facility produce 2nd neutron after nuclear reaction with target materials. And then these 2nd neutron activate structural materials and surrounding environment. Accordingly, it is important to consider the activation and shielding calculation on design of facility for safety operation. In this study, we tried to calculate and compare the neutron flux from the interaction $^{la}150$ beam with target material(Cu) according to thickness of iron and concrete shielding material by MCNPX 2.7 with nuclear library JENDL/HE 07and la150. To verify the properties of nuclear library, we compared computational results with experimental value. These results can be used for dose evaluation technology in planning of the shielding of large particle accelerator.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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