• 품질경영학회지
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• 제43권3호
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• pp.239-252
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• 2015

Purpose: Lead has been widely used in radiation shielding for its low price and high workability. Recently in several europe countries, use of lead was banned for environmental issues. Also lead can cause health problems like alergies. Alternative materials for lead are highly required. The purpose of this study was to propose lead free radiation shielding material. Methods: Research of radiation shielding in Korea is not easy for certain limits such as radiation materials, experimental facilities and places. The collected data through the research were simulated using MCNPX. The simulation tools used for this study were utilized Monte Carlo method. Results: we suggest new design of lead free radiation shielding material using MCNPX code comparing shielding performance of new composite materials to lead. Conclusion: This newly introduced nano-scale composite of metal and polymer makes new chance for highly lightened radiation protective garments with endurable shielding performance.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제52권5호
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• pp.1002-1007
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• 2020

The purpose of the current study was to evaluate a spectrum formulation set employed to modify the neutron spectrum of D-D fusion neutrons in a IS plasma focus device using GEANT4, MCNPX2.6, and FLUKA codes. The set consists of a moderator, reflector, collimator and filters of fast neutron and gamma radiation, which placed on the path of 2.45 MeV neutron energy. The treated neutrons eliminate cancerous tissue with minimal damage to other healthy tissue in a method called neutron therapy. The system optimized for a total neutron yield of 10⁹ (n/s). The numerical results indicate that the GEANT4 code for the cubic geometry in the Beam Shaping Assembly 3 (BSA3) is the best choice for the energy of epithermal neutrons.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제48권3호
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• pp.785-794
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• 2016

The Argonne National Laboratory of the United States and the Kharkov Institute of Physics and Technology of the Ukraine have been collaborating on the design, development and construction of a neutron source facility at Kharkov Institute of Physics and Technology utilizing an electron-accelerator-driven subcritical assembly. The electron beam power is 100 kW using 100-MeV electrons. The facility was designed to perform basic and applied nuclear research, produce medical isotopes, and train nuclear specialists. The biological shield of the accelerator building was designed to reduce the biological dose to less than 5.0e-03 mSv/h during operation. The main source of the biological dose for the accelerator building is the photons and neutrons generated from different interactions of leaked electrons from the electron gun and the accelerator sections with the surrounding components and materials. The Monte Carlo N-particle extended code (MCNPX) was used for the shielding calculations because of its capability to perform electron-, photon-, and neutron-coupled transport simulations. The photon dose was tallied using the MCNPX calculation, starting with the leaked electrons. However, it is difficult to accurately tally the neutron dose directly from the leaked electrons. The neutron yield per electron from the interactions with the surrounding components is very small, ~0.01 neutron for 100-MeV electron and even smaller for lower-energy electrons. This causes difficulties for the Monte Carlo analyses and consumes tremendous computation resources for tallying the neutron dose outside the shield boundary with an acceptable accuracy. To avoid these difficulties, the SOURCE and TALLYX user subroutines of MCNPX were utilized for this study. The generated neutrons were banked, together with all related parameters, for a subsequent MCNPX calculation to obtain the neutron dose. The weight windows variance reduction technique was also utilized for both neutron and photon dose calculations. Two shielding materials, heavy concrete and ordinary concrete, were considered for the shield design. The main goal is to maintain the total dose outside the shield boundary less than 5.0e-03 mSv/h during operation. The shield configuration and parameters of the accelerator building were determined and are presented in this paper.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국정보통신학회 2014년도 춘계학술대회
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• pp.816-818
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• 2014

갑상선암 진단 방사성의약품인 $^{123}I$ 생산을 목적으로 한 가스타겟챔버를 개발하고 MCNPX를 이용해 30MeV 빔에너지 가 가스타겟챔버에 어떻게 들어가는지와 들어갔을 경우의 $^{124}Xe$와 핵반응은 어떻게 발생하는지를 모델링하였다. 빔에너지 가 확산되어 가스타겟챔버 내경에 맞아 에너지 손실이 생긴다. 그것은 즉 손실된 에너지가 열로 바뀜으로 타겟챔버가 변형이 일어나기 않게 냉각수를 이용한다. 쿨링시스템도 타겟챔버를 효율적으로 냉각하기위해 냉각수라인을 나선형으로 설계하였다. KIRAMS에서 보유하고 있는 사이크로트론 C30을 이용하여 30MeV 에너지에 100A 빔을 조사해 $^{124}Xe(p,2n)$, $^{124}Xe(p,n)$, $^{124}Xe(p,pn)$ 각각의 핵반응이 일어나는걸 알 수 있었고 생산량을 예측 할 수 있었다.

• 방사성폐기물학회지
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• 제13권1호
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• pp.21-34
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• 2015

원자력발전소 해체를 준비하기 위해서는 해체대상 발전소에 대한 선원항 평가가 선행되어야 한다. 해체전략 수립단계에서 선원항 평가 결과를 토대로 해체 폐기물을 분류하고 비용평가를 수행한다. 본 연구에서는 월성 1호기의 예비 선원항 계산을 수행할 수 있도록 MCNP/ORIGEN-2 모델의 타당성 평가를 수행하였다. 연소도가 다른 핵연료 다발의 악티나이드 계열과 핵분열 생성물의 핵종 수밀도는 싱글 채널 모델을 이용하여 MCNPX 코드로 연소 계산하여 구하였다. 선원항의 정확도에 영향을 미치는 두가지 요인에 대해 조사하였다. 첫번째 요인으로 선원항 계산에 영향을 미치는 중성자 스펙트럼을 MCNP로 계산하여 해당 핵종의 1군 미시 핵단면적에 반영하였다. 중성자 스펙트럼이 반영된 라이브러리로 계산한 선원항과 ORIGEN-2 코드 package에 내장된 library (CANDUNAU.LIB)로 구한 선원항을 비교하였다. 두번째 요인으로 선원항에 대한 출력이력의 영향을 조사하였다. 해체 폐기물의 저준위 폐기물 처분 가능성을 살펴보기 위해, 2010년도 교체된 압력관, 칼란드리아관과 기존 칼란드리아 동체에 대하여 중성자 스펙트럼을 반영한 library를 적용하여 MCNP/ORIGEN-2로 선원항 평가 계산을 수행하였다.

• 한국방사선학회논문지
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• 제11권7호
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• pp.547-553
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• 2017

현재 의료분야에서는 방사선 차폐체로서 납(Pb)이 널리 쓰이고 있다. 하지만 납은 무게가 매우 무거워 납치마 등의 방호복은 장시간 착용이 어려우며, 인체에 치명적인 납 중독의 위험이 상시 가지고 있다는 문제점을 가지고 있다. 이러한 문제점을 해결하고자 납을 대체 할 수 있는 물질에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 현재 납의 대체물질로써 대표적인 바륨(Ba)과 요오드(I) 등은 우수한 차폐능을 가지고 있지만, 30keV 근처의 에너지 영역에서 특성 X선을 방출하는 특성을 가지고 있다. 환자나 방사선 종사자의 경우 차폐체를 인체에 접촉하고 있는 경우가 많으므로 차폐체에서 발생되는 특성 X선이 인체에 직접 조사되어 방사선 피폭을 증가시킬 위험이 매우 높다. 본 연구에서는 바륨(Ba)과 요오드(I)등에서 발생되는 특성 X선을 제거하기에 적절한 이중구조 차폐체를 방사선 수송코드 중 하나인 FLUKA 수송코드를 개발하여 선행연구로서 진행된 MCNPX 시뮬레이션과 비교 분석하여 이중구조 차폐체의 차폐율에 대한 신뢰성을 검증하고자 하였다. MCNPX와 FLUKA를 이용하여 황산바륨($BaSO_4$)과 산화비스무스($Bi_2O_3$)로 이루어진 다양한 두께조합의 이중구조 차폐체를 설계하였으며, IEC61331-1에 제시된 모식도를 기하학적으로 동일하게 시뮬레이션 상에 구현하였다. 또한, 120 kVp의 연속 X선 스펙트럼에 대한 차폐체의 투과스펙트럼과 흡수선량을 납과 비교 평가하였다. 평가결과, $0.3mm-BaSO_4/0.3mm-Bi_2O_3$ 와 $0.1mm-BaSO_4/0.5mm-Bi_2O_3$ 구조에서는 33 keV와 37 keV의 특성 X선을 모두 흡수하였으며, 90 keV 이상의 고에너지 X선에 대해서도 납과 거의 유사한 차폐효율을 보였다. 또한, FLUKA의 수송코드는 33 keV 이하에서는 cut-off 가 발생하여 저에너지 X선 광자에 대한 전산모사에 제약이 있지만, 40 keV 이상의 고에너지 영역에서 MCNPX와의 상대오차가 6 % 이내로 신뢰성이 매우 우수하다는 것을 확인할 수 있었다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제53권7호
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• pp.2334-2340
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• 2021

Radioactive particle tracking (RPT) is a minimally invasive nuclear technique that tracks a radioactive particle inside a volume of interest by means of a mathematical location algorithm. During the past decades, many algorithms have been developed including ones based on artificial intelligence techniques. In this study, RPT technique is applied in a simulated test section that employs a simplified mixer filled with concrete, six scintillator detectors and a¹³⁷Cs radioactive particle emitting gamma rays of 662 keV. The test section was developed using MCNPX code, which is a mathematical code based on Monte Carlo simulation, and 3516 different radioactive particle positions (x,y,z) were simulated. Novelty of this paper is the use of a location algorithm based on a deep learning model, more specifically a 6-layers deep rectifier neural network (DRNN), in which hyperparameters were defined using a Bayesian optimization method. DRNN is a type of deep feedforward neural network that substitutes the usual sigmoid based activation functions, traditionally used in vanilla Multilayer Perceptron Networks, for rectified activation functions. Results show the great accuracy of the DRNN in a RPT tracking system. Root mean squared error for x, y and coordinates of the radioactive particle is, respectively, 0.03064, 0.02523 and 0.07653.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제16권2호
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• pp.97-103
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• 2005

본 연구에서는 몬테칼로 계산(MCNPX 2.4.0)을 이용하여 24MV 의료용 선형가속기에서 발생하는 이차중성자의 에너지분포와 선량계산을 수행하였다. 먼저 선형가속기 두부(head)에서 방출되는 광자와 중성자의 에너지분포를 계산하였으며, 이를 이용하여 물팬텀에서 광자와 중성자의 흡수선량을 계산하였다. 몬테칼로 계산결과 물표면에서 5cm까지 중성자의 흡수선량은 $0.66\~0.35mGy/photon\;Gy$로 나타났으며, 상호작용 자료를 이용한 근사적 계산결과는 전자평형 깊이에서 0.52mGy/photon Gy로 나타났다. 다른 연구결과들과 비교를 통하여 본 연구가 고에너지 선형가속기에서 발생되는 중성 자의 선량평가에 응용될 수 있음을 제시하였다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제22권4호
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• pp.190-197
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• 2011

고선량률 근접치료에 사용되는 상업용 선원과 치료계획 시스템들은 AAPM TG 43에서 권고하는 점 및 선 선원에 의해 선량분포를 계산한다. 하지만, 근접치료용 선원에 대한 인체 내의 정확한 선량계산을 위해서 3차원 부피의 선원을 고려하는 MC 기반의 선량계산 방법이 필요하다. 본 연구에서는 microSelectron HDR Ir-192 선원을 작은 부분으로 분할하여 계산하는 미소선원 적분법을 이용하여 기하학적 인수를 계산하였다. 또한, 범용 방사선 수송코드인 MCNPX를 사용하여 30 cm 직경의 구형 물 팬텀 내에서 선원의 선량률을 계산하여 비등방성함수와 반경선량함수를 구하였다. 그 결과를 MC 기반 광자 수송코드인 MCPT를 사용하여 계산한 Williamson의 결과와 비교 및 분석하였다. 미소선원 적분법과 선 선원 근사법에 따른 기하학적 인수는 $r{\geq}0.5cm$에서는 0.2% 이내에서 일치하였고 r=0.1 cm일 때 1.33%의 차이를 보였다. 본 연구에서 계산된 비등방성함수와 반경선량함수가 Williamson의 계산된 결과의 차이는 비등방성함수의 경우 r=0.25 cm에 서 2.33%의 가장 큰 R-RMSE를 보였고 $r{\geq}0.5cm$에서는 1% 미만의 R-RMSE를 보였다. 반경선량함수의 경우는 r=0.1~14.0 cm에서 0.46%의 R-RMSE를 보였다. 미소선원 적분법과 선 선원 근사법으로 계산한 기하학적 인수는 $r{\geq}0.1cm$에서 잘 일치하지만 3차원의 Ir-192 선원을 적용하여 계산한 미소선원 적분법이 실제 기하학적 인수를 잘 반영할 것으로 생각된다. r=0.25 cm에서 비등방성함수를 제외하고는 MCPT와 MCNPX의 몬테칼로 코드를 이용하여 얻어진 비등방성함수와 반경선량함수는 각각의 몬테칼로 코드에 대한 불확실성 이내에서 잘 일치함을 확인하였다. 따라서 MCNPX 전산모사 결과를 통해 TG-43의 선량 계산식에 사용된 인자를 Williamson 등의 결과와 비교 및 검증함으로써, 추후 다른 종류의 선원에 대해서도 Monte Carlo 기반의 연구가 가능할 것으로 기대된다.

• Journal of Radiation Protection and Research
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• 제32권1호
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• pp.15-20
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• 2007

An empirical formula fur the neutron dose equivalent at the maze entrance of medical accelerator treatment rooms was derived on the basis of a Monte Carlo simulation. The simulated neutron dose equivalents around the Varian medical accelerator by the MCNPX code were employed. Two cases of target rotational planes were considered: parallel and perpendicular to maze walls. Most of the maximum neutron dose equivalents at the doorway were found when the target rotational planes were parallel to maze walls and the beams were directed to the inner maze entrances. The neutron dose equivalents at the outer maze entrances were calculated for about 698 medical accelerator facilities which were generated from the geometry configurations of running treatment rooms, based on such gantry rotation that produces the maximum neutron dose at the doorway. The results calculated with the empirical formula in this study were compared with those calculated by the Kersey method for 7 operating facilities. It was found that the maximum disagreement between the calculation of this study and that of the Kersey method was a factor of 8.54 with the value calculated by the Kersey method exceeding that of this study. It was concluded that the kersey method estimated the neutron dose equivalent at the doorway computed by MCNPX more conservatively than this study technique.