• Journal of Radiation Protection and Research
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• 제46권2호
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• pp.39-47
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• 2021

Background: The National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology-National Institute of Radiological Sciences (QST-NIRS) has continuously investigated the undesired radiation exposure in ion beam radiotherapy mainly in carbon-ion radiotherapy (CIRT). This review introduces our investigations on the secondary neutron dose in CIRT with the broad and scanning beam methods. Materials and Methods: The neutron ambient dose equivalents in CIRT are evaluated based on rem meter (WENDI-II) measurements. The out-of-field organ doses assuming prostate cancer and pediatric brain tumor treatments are also evaluated through the Monte Carlo simulation. This evaluation of the out-of-field dose includes contributions from secondary neutrons and secondary charged particles. Results and Discussion: The measurements of the neutron ambient dose equivalents at a 90#x00B0; angle to the beam axis in CIRT with the broad beam method show that the neutron dose per treatment dose in CIRT is lower than that in proton radiotherapy (PRT). For the scanning beam with the energy scanning technique, the neutron dose per treatment dose in CIRT is lower than that in PRT. Moreover, the out-of-field organ doses in CIRT decreased with distance to the target and are less than the lower bound in intensity-modulated radiotherapy (IMRT) shown in AAPM TG-158 (American Association of Physicists in Medicine Task Group). Conclusion: The evaluation of the out-of-field doses is important from the viewpoint of secondary cancer risk after radiotherapy. Secondary neutrons are the major source in CIRT, especially in the distant area from the target volume. However, the dose level in CIRT is similar or lower than that in PRT and IMRT, even if the contributions from all radiation species are included in the evaluation.

• 한국방사선학회논문지
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• 제17권1호
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• pp.141-148
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• 2023

CT에서 대수적재구성기법은 잡음에 강점을 가지는 재구성기법으로 알려져 있다. 대수적재구성기법에서 반복 횟수는 계산 시간을 결정하는 중요한 인자 중의 하나이다. 그러나 반복 횟수에 대한 기준이 연구되어 있지만 수백 번 이상의 반복을 수행하게 되어 현실적으로 사용하기에는 무리가 있었다. 본 연구에서는 반복 횟수를 결정할 수 있는 현실적인 방법을 제시하였다. 반복 횟수에 따라 단면 영상의 품질이 천천히 개선된다는 것을 이용하였다. 반복 횟수를 절대치 평균 오차의 차이 𝜖 < 0.001 로 선택하였다. 잡음이 없는 경우는 Shepp-Logan 두부 팬텀을 이용하였고 잡음이 있는 경우는 Geant4를 이용하여 다양한 입사광자에 대해 360, 720, 1,440개의 투영을 얻었다. 정지 조건에서 10회 내외의 반복으로 우수한 단면 영상을 획득하였다. 수 백회 이상을 반복하는 최적 영상기반의 방법에 비해 현실적으로 적용 가능성이 높은 방법이 될 수 있을 것이다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제54권3호
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• pp.1037-1048
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• 2022

A radioactive isotope identification algorithm is a prerequisite for a low-resolution scintillation detector applied to an unmanned radiation monitoring system. In this paper, a sparse representation with dictionary learning approach is proposed and applied to plastic gamma-ray spectra. Label-consistent K-SVD was used to learn a discriminative dictionary for the spectra corresponding to a mixture of four isotopes (¹³³Ba, ²²Na, ¹³⁷Cs, and ⁶⁰Co). A Monte Carlo simulation was employed to produce the simulated data as learning samples. Experimental measurement was conducted to obtain practical spectra. After determining the hyper parameters, two dictionaries tailored to the learning samples were tested by varying with the source position and the measurement time. They achieved average accuracies of 97.6% and 98.0% for all testing spectra. The average accuracy of each dictionary was above 96% for spectra measured over 2 s. They also showed acceptable performance when the spectra were artificially shifted. Thus, the proposed method could be useful for identifying radioisotopes in gamma-ray spectra from a plastic scintillation detector even when a dictionary is adapted to only simulated data. Furthermore, owing to the outstanding properties of sparse representation, the proposed approach can easily be built into an insitu monitoring system.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제53권12호
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• pp.4130-4136
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• 2021

By polymerization of gadolinium methacrylate (Gd (MAA)₃), lead methacrylate (Pb(MAA)₂) and methyl methacrylate (MMA), Gd and Pb were chemically bonded into polymers. The X-ray shielding performance was evaluated by Monte Carlo simulation method, and the results showed that the more metal functional organic monomer, the better the shielding performance of terpolymers. When the X-ray energy is 65 keV, Gd (MAA)₃-containing polymers have better shielding performance than Pb(MAA)₂-containing polymers. Gd could compensate for the weak absorption region of Pb. Therefore, polymers containing both Gd and Pb enhanced shielding efficiency against X-ray in various low-energy ranges. For obtaining terpolymers with uniform monomer compositions, the relationship between the monomer composition of the terpolymers and the conversion level was optimized by calculating the reactivity ratios. The value of reactivity ratios of r (Gd (MAA)₃/Pb(MAA)₂), r (Pb(MAA)₂/Gd (MAA)₃), r (Gd (MAA)₃/MMA), r (MMA/Gd (MAA)₃), r (Pb(MAA)₂/MMA) and r (MMA/Pb(MAA)₂) was 0.483, 0.004, 0.338, 2.508, 0.255, 0.029. The terpolymers with uniform monomer composition could be obtained by controlling the monomer compositions or conversion levels. The results can provide new radiation protection materials and contribute to the improvement in nuclear safety.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제25권12호
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• pp.1826-1834
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• 2021

본 논문에서는 지상의 광학 관측 시스템에서 미지 우주물체를 짧은 주기로 촬영할 때의 연속 추적 가능성을 확인해 본다. 저궤도영역으로 한정된 대상 표적에 대해 모의 관측 데이터를 생성하였고, 표적특성을 고려하여 예측 오차의 성능지수를 설정하였다. 칼만 필터를 이용하여 표적의 다음 위치를 예측하였고, 등속도/등가속도 표적 기동 모델이 미지 우주물체의 방위각/고도각 두 축에 적용되었다. 몬테카를로 시뮬레이션을 수행한 결과, 최대 비선형구간의 최대 오차 비율이 2% 미만으로 나타나 연속적인 추적을 보장할 수 있다고 판단할 수 있었다. 등가속도 모델이 케이스별 예측 오차값의 변화가 적어서, 미지 우주물체의 추적에 더 적합하였다. 이러한 분석은 광학 관측을 이용한 미지 우주물체 궤도 결정의 기초를 제공할 수 있다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제27권5호
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• pp.213-220
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• 2023

Seismic fragility curves play a crucial role in assessing potential seismic losses and predicting structural damage caused by earthquakes. This study compares non-sampling-based methods of seismic fragility curve derivation, particularly the probabilistic seismic demand model (PSDM) and finite element reliability analysis (FERA), both of which require employing sophisticated finite element analysis to evaluate and predict structural damage caused by earthquakes. In this study, a three-dimensional finite element model of API 5L X65, a buried gas pipeline widely used in Korea, is constructed to derive seismic fragility curves. Its seismic vulnerability is assessed using nonlinear time-history analysis. PSDM and a FERA are employed to derive seismic fragility curves for comparison purposes, and the results are verified through a comparison with those from the Monte Carlo Simulation (MCS). It is observed that the fragility curves obtained from PSDM are relatively conservative, which is attributed to the assumption introduced to consider the uncertainty factors. In addition, this study provides a comprehensive comparison of seismic fragility curve derivation methods based on sophisticated finite element analysis, which may contribute to developing more accurate and efficient seismic fragility analysis.

• 한국산업정보학회논문지
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• 제15권5호
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• pp.179-185
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• 2010

시스템의 민감도 분석을 위한 불확실성 중요도 측도란 어떠한 입력변수의 불확실성이 반응변수의 불확실성에 미치는 영향의 정도를 평가하여, 반응변수의 불확실성을 감소시키기 위해서는 어떤 입력변수들의 불확실성을 감소시키는 것이 효과적인지를 밝히는데 사용된다. 본 논문에서는 입력변수와 반응변수 간의 관계식이 단조함수일 때, 어떤 입력변수의 불확실성이 제거될 때 반응변수 분산의 기대되는 감소량을 백분율로 측정하는 측도를 평가하기 위한 방법을 제안한다. 제안된 평가 방법은 입력변수와 반응변수 간의 관계식이 선형 및 비선형 단조함수 모두에 적용될 수 있으며 입력변수의 분포에 제한이 없으며, 입력변수의 분포를 이산형 분포로 근사화하는 기법을 사용함으로써 불확실성 중요도 측도의 안정적인 추정치를 얻을 수 있다 반면에 제안된 평가 방법은 몬테칼로 시뮬레이션을 기반으로 하기 때문에 계산량이 많은 단점이 있다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제54권12호
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• pp.4698-4707
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• 2022

As part of the ICRP Task Group 103 project, we developed ten thyroid models for the pediatric mesh-type reference computational phantoms (MRCPs). The thyroid is not only a radiosensitive target organ needed for effective dose calculation but an important source region particularly for radioactive iodines. The thyroid models for the pediatric MRCPs were constructed by converting those of the pediatric voxel-type reference computational phantoms (VRCPs) in ICRP Publication 143 to a high-quality mesh format, faithfully maintaining their original topology. At the same time, we improved several anatomical parameters of the thyroid models for the pediatric MRCPs, including the mass, overlying tissue thickness, location, and isthmus dimensions. Absorbed doses to the thyroid for the pediatric MRCPs for photon external exposures were calculated and compared with those of the pediatric VRCPs, finding that the differences between the MRCPs and VRCPs were not significant except for very low energies (<0.03 MeV). Specific absorbed fractions (target ⟵ thyroid) for photon internal exposures were also compared, where significant differences were frequently observed especially for the target organs/tissues close to the thyroid (e.g., a factor of ~1.2-~327 for the thymus as a target) due mainly to anatomical improvement of the MRCP thyroid models.

• 한국지반공학회논문집
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• 제22권4호
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• pp.73-83
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• 2006

댐 안정성 평가를 위하여 불포화 이론을 이용한 침투해석 기법이 널리 사용되고 있으나 지반의 불포화 거동에 대한 인식 부족과 실험절차의 번거로움으로 인하여 입력 물성치에 대한 체계적인 실험과 평가가 일반화되지 못하고 있는 실정이다. 지반의 불포화 수리특성은 변동성과 불확실성을 내포하고 있으며, 이는 침투수량 및 간극수압 분포 등 댐체 및 제방의 침투거동에 영향을 미친다. 본 연구에서는 댐의 심벽재료에 대한 함수특성곡선과 투수계수를 구하는 실내실험을 수행하였다. 그리고, 불포화수리특성이 댐체의 침투 거동에 미치는 영향을 살펴보기 위하여 입력물성의 확률론적 분포를 고려한 수치해석을 수행하였다. 해석결과 Fredlund와 Xing 함수특성곡선식과 Campbell의 투수계 수식에서 변수 a와 n은 값이 클수록, n과 p는 값이 작을수록 정상상태에서의 침투수량이 많았다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제22권6호
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• pp.51-61
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• 2006

말뚝-지반의 상호거동과 다양한 설계변수들의 불확실성을 고려한 축하중을 받는 단말뚝의 위험도를 정량화하기 위하여 효율적이고 정확한 복합 신뢰성해석 기법이 본 논문에서 제안되었다. 제안된 신뢰성해석 기법은 응답면기법, 유한차분법, 일차신뢰도법과 반복 선형보간기법의 개념들을 지능적으로 결합하였다. 단말뚝-지반계의 확정적 해석을 위해서 하중전이법과 유한차분법을 통합하였다. 하중조건, 말뚝의 재료와 단면특성, 그리고 지반특성과 관련된 불확실성을 명확하게 고려하였다. 말뚝과 지반의 사용성 한계상태 및 강도 한계상태에 대한 위험도를 평가하였다. 축하중을 받는 사실적인 말뚝-지반계의 안전성평가에 대한 제안기법의 적용성, 정확성 및 효율성을 몬테카를로 시뮬레이션의 결과와 비교함으로써 검증하였다.