The propagation of radiation source uncertainties in spent nuclear fuel (SNF) cask shielding calculations is presented in this paper. The uncertainty propagation employs the depletion and source term outputs of the deterministic code STREAM as input to the transport simulation of the Monte Carlo (MC) codes MCS and MCNP6. The uncertainties of dose rate coming from two sources: nuclear data and modeling parameters, are quantified. The nuclear data uncertainties are obtained from the stochastic sampling of the cross-section covariance and perturbed fission product yields. Uncertainties induced by perturbed modeling parameters consider the design parameters and operating conditions. Uncertainties coming from the two sources result in perturbed depleted nuclide inventories and radiation source terms which are then propagated to the dose rate on the cask surface. The uncertainty analysis results show that the neutron and secondary photon dose have uncertainties which are dominated by the cross section and modeling parameters, while the fission yields have relatively insignificant effect. Besides, the primary photon dose is mostly influenced by the fission yield and modeling parameters, while the cross-section data have a relatively negligible effect. Moreover, the neutron, secondary photon, and primary photon dose can have uncertainties up to about 13%, 14%, and 6%, respectively.
Dose monitoring in CT patients requires accurate dose estimation but most of the CT dose calculation tools are based on Caucasian computational phantoms. We established a library of organ dose conversion coefficients for Korean adults by using four Korean adult male and two female voxel phantoms combined with Monte Carlo simulation techniques. We calculated organ dose conversion coefficients for head, chest, abdomen and pelvis, and chest-abdomen-pelvis scans, and compared the results with the existing data calculated from Caucasian phantoms. We derived representative organ doses for Korean adults using Korean CT dose surveys combined with the dose conversion coefficients. The organ dose conversion coefficients from the Korean adult phantoms were slightly greater than those of the ICRP reference phantoms: up to 13% for the brain doses in head scans and up to 10% for the dose to the small intestine wall in abdominal scans. We derived Korean representative doses to major organs in head, chest, and AP scans using mean CTDIvol values extracted from the Korean nationwide surveys conducted in 2008 and 2017. The Korean-specific organ dose conversion coefficients should be useful to readily estimate organ absorbed doses for Korean adult male and female patients undergoing CT scans.
Han, Gi Young;Kim, Do Hyun;Shin, Chang Ho;Kim, Song Hyun;Seo, Bo Kyun;Sun, Gwang Min
Nuclear Engineering and Technology
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제48권3호
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pp.765-772
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2016
In analyzing residual radiation, researchers generally use a two-step Monte Carlo (MC) simulation. The first step (MC1) simulates neutron transport, and the second step (MC2) transports the decay photons emitted from the activated materials. In this process, the stochastic uncertainty estimated by the MC2 appears only as a final result, but it is underestimated because the stochastic error generated in MC1 cannot be directly included in MC2. Hence, estimating the true stochastic uncertainty requires quantifying the propagation degree of the stochastic error in MC1. The brute force technique is a straightforward method to estimate the true uncertainty. However, it is a costly method to obtain reliable results. Another method, called the adjoint-based method, can reduce the computational time needed to evaluate the true uncertainty; however, there are limitations. To address those limitations, we propose a new strategy to estimate uncertainty propagation without any additional calculations in two-step MC simulations. To verify the proposed method, we applied it to activation benchmark problems and compared the results with those of previous methods. The results show that the proposed method increases the applicability and user-friendliness preserving accuracy in quantifying uncertainty propagation. We expect that the proposed strategy will contribute to efficient and accurate two-step MC calculations.
The propagation of light radiation in a turbid medium is an important problem that confronts dosimetry of therapeutic laser delivery and the development of diagnostic spectroscopy. Scattered light is measured as a function of the position(distance r, depth z) between the axis of the incident beam and the detection spot. Turbid sample yields a very forward-directed scattering pattern at short range of position from source to detector, whereas the thicker samples greatly attenuated the on-axis intensity at long range of position. The portions of scattered light reflected from or transmitted throughphantom depend upon internal reflectance and absorption properties of the phantom. Monte Carlo simulation method for modelling light transport in tissue is applied. It uses the photon is moved a distance where it may be scattered, absorbed, propagated, internally reflected, or transmitted out of tissue. The photon is repeatedly moved until it either escape from or is absorbed by the phantom. In order to obtain an optimum therapeutic ratio in phantom material, optimum control the light energy fluence rate is essential. This study is to discuss the physical mechanisms determining the actual light dose in phantom. Permitting a qualitative understanding of the measurements. It may also aid in designing the best model for laser medicine and application of medical engineering.
A shielding analysis for KSC-7, the shipping cask for transporting the 7 PWR spent fuel assemblies, has been carried out. Radiation source term has been calculated on spent fuel with burnup of 50,000 MWD/MTU and 1.5 years cooling time by ORIGEN2 code. The shielding calculation for the cask has been made by using MCNP4A code with continuous cross section data library from ENDF/B-V. As a result of neutron dose rate analysis, another shielding calculational model on spent fuel shipping cask was provided which is using the Monte Carlo method.
Jeong, Hae Sun;Hwang, Won Tae;Han, Moon Hee;Kim, Eun Han;Lee, Jo Eun;Lee, Cheol Woo
Nuclear Engineering and Technology
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제53권8호
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pp.2652-2660
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2021
The gamma-ray exposure doses in decontamination operation after a nuclear accident were evaluated with a consideration of various geometrical conditions and specific gamma-ray energies. The calculation domain is organized with three residence types and each form is divided into two kinds of geometrical arrangements. The position-wise air KERMA values were calculated with an assumption of evenly distributed gamma-ray source based on Monte Carlo radiation transport analysis using the MCNP code. The radioactivity is initially set to be unity to be multiplied by the deposition value measured in the actual accident condition. The workforce data set depending on the target object was determined by modifying the Fukushima report. The external exposure doses for decontamination workers were derived from the calculated KERMA values and the workforce analysis. These results can be used to efficiently determine the workforce required by the characteristics of the area and the structure to be decontaminated within the dose limits.
Mohd Aizuddin Zakaria;Mohammad Khairul Azhar Abdul Razab;Mohd Zulfadli Adenan;Muhammad Zabidi Ahmad;Suffian Mohamad Tajudin;Damilola Oluwafemi Samson;Mohd Zahri Abdul Aziz
Nuclear Engineering and Technology
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제56권1호
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pp.301-308
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2024
Ceramic materials are being explored as alternatives to toxic lead sheets for radiation shielding due to their favorable properties like durability, thermal stability, and aesthetic appeal. However, crafting effective ceramics for radiation shielding entails complex processes, raising production costs. To investigate local viability, this study evaluated Malaysian ceramic tiles for shielding in diagnostic X-ray rooms. Different ceramics in terms of density and thickness were selected from local manufacturers. Energy Dispersive X-ray Fluorescence (EDXRF) and X-ray Fluorescence (XRF) characterized ceramic compositions, while Monte Carlo Particle and Heavy Ion Transport code System (MC PHITS) simulations determined Linear Attenuation Coefficient (LAC), Half-value Layer (HVL), Mass Attenuation Coefficient (MAC), and Mean Free Path (MFP) within the 40-150 kV energy range. Comparative analysis between MC PHITS simulations and real setups was conducted. The C3-S9 ceramic sample, known for homogeneous full-color structure, showcased superior shielding attributes, attributed to its high density and iron content. Notably, energy levels considerably impacted radiation penetration. Overall, C3-S9 demonstrated strong shielding performance, underlining Malaysia's potential ceramic tile resources for X-ray room radiation shielding.
본 연구에서는 NaI검출기에서 감마스펙트럼 시뮤레이션 코드인 GESS를 개발하였다. 감마선에 의한 모든 상호작용이 시뮤레이션 과정에서 고려되었으며, 생성된 하전입자의 스펙트럼은 CSDA 모델에 기반을 두어 계산하였다. 매질내에서 입자 수송에 대한 해석수단으로는 몬테칼로 방법을 적용하였다. 코드의 검증을 위하여 1.33MeV의 입사 감마선에 대한 스펙트럼이 본 연구에서 개발된 코드에 의해 계산되었으며, 계산된 스펙트럼은 대체적으로 실험에서 얻은 스펙트럼과 거의 동일한 분포를 나타내고 있다.
Purpose: Phytosanitary irradiation treatment can effectively control regulated pests while maintaining produce quality. The objective of this study was to establish the best irradiation treatment for mangosteen, a popular tropical fruit, using a Monte Carlo simulation. Methods: Magnetic resonance image (MRI) data were used to generate a 3-D geometry to simulate dose distributions in a mangosteen using a radiation transport code (MCNP5). Microsoft Excel with visual basic application (VBA) was used to divide the image data into seed, flesh, and rind. Radiation energies used for the simulation were 10 MeV (high-energy) and 1.35 MeV (low-energy) for the electron beam, 5 MeV for X-rays, and 1.25 MeV for gamma rays from Co-60. Results: At 5 MeV X-rays and 1.25 MeV gamma rays, all areas (seeds, flesh, and rind) were irradiated ranging from 0.3 ~ 0.7 kGy. The average doses decreased as the number of fruit increased. For a 10 MeV electron beam, the dose distribution was biased: the dose for the rind where the electrons entered was $0.45{\pm}0.03$ kGy and the other side was $0.24 {\pm}0.10$ kGy. Use of an electron kinetic energy absorber improved the dose distribution in mangosteens. For the 1.35 MeV electron beam, the dose was shown only in the rind on the irradiated side; no significant dose was found in the flesh or seeds. One rotation of the fruit while in front of the beam improved the dose distribution around the entire rind. Conclusion: These results are invaluable for determining the ideal irradiation conditions for phytosanitary irradiation treatment of tropical fruit.
As an early stage in the development of a water calorimeter, this study established a computer simulation methodology for analyzing the thermal behavior of a water calorimeter based on radiation transport and energy deposition. As a result, this study developed a method wherein the energy deposition distribution, which is obtained by applying Monte Carlo methods in water calorimeters, is directly used as a heat source for the thermal analysis model. Based on the proposed method, heat transfer in a water vessel and the effect of thermistor self-heating were analyzed. Through an analysis of the water velocities with and without a water vessel, it was found that a water vessel can serve as a convection barrier. Furthermore, it was confirmed that when considering thermistor self-heating, the water temperature change at the thermistor location is 0.219 mK higher compared to that when the thermistor was not considered. Therefore, thermistor self-heating must be considered to analyze the thermal behavior of a water calorimeter more accurately.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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