• Nuclear Engineering and Technology
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• 제49권6호
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• pp.1240-1249
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• 2017

An essential component of the neutron transport solver is the resonance self-shielding calculation used to determine equivalence cross sections. The neutron transport code, MPACT, is currently using the subgroup self-shielding method, in which the method of characteristics (MOC) is used to solve purely absorbing fixed-source problems. Recent efforts incorporating multigroup kernels to the MOC solvers in MPACT have reduced runtime by roughly $2{\times}$. Applying the same concepts for self-shielding and developing a novel lumped parameter approach to MOC, substantial improvements have also been made to the self-shielding computational efficiency without sacrificing any accuracy. These new multigroup and lumped parameter capabilities have been demonstrated on two test cases: (1) a single lattice with quarter symmetry known as VERA (Virtual Environment for Reactor Applications) Progression Problem 2a and (2) a two-dimensional quarter-core slice known as Problem 5a-2D. From these cases, self-shielding computational time was reduced by roughly $3-4{\times}$, with a corresponding 15-20% increase in overall memory burden. An azimuthal angle sensitivity study also shows that only half as many angles are needed, yielding an additional speedup of $2{\times}$. In total, the improvements yield roughly a $7-8{\times}$ speedup. Given these performance benefits, these approaches have been adopted as the default in MPACT.

• Journal of Radiation Protection and Research
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• 제32권4호
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• pp.158-167
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• 2007

본 논문의 목적은 노외 중성자 선량 감시자를 이용하여 원자로 압력용기 중성자 조사취화의 핵심 요인이 되는 고속중성자 ($1{\ge}MeV$) 조사량 평가 방법을 제시하고 적용성을 검증하는 것이다. 다양한 중성자 반응에너지를 갖는 다수의 선량감시자를 원자로 외벽 보온 단열재와 1차 생물학적 차폐체 사이의 공간에 설치하고 한 주기 동안 조사시킨 후 인출하여 생성핵종에 대한 방사선을 측정하여 반응률을 도출하였다. 또한 상업용 코드를 이용한 중성자 수송계산을 통해 감시자 위치에서의 중성자 스펙트럼을 계산하였다. 두 결과로부터 감시자에 대한 반응률을 직접 비교할 수 있었으며 또한 최소자승 조정 절차를 통해 최적의 중성자 스펙트럼도 도출할 수 있었다. 감시자 측정 결과와 해석적으로 계산한 중성자 조사량 사이에는 관련 규정에서 제시한 ${\pm}30%$ 이내의 오차를 보였다.

• Journal of Radiation Protection and Research
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• 제41권4호
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• pp.344-349
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• 2016

Background: Carbon ion therapy has achieved satisfactory results. However, patients have a risk to get a secondary cancer. In order to estimate the risk, it is essential to understand particle transportation and nuclear reactions in the patient's body. The particle transport Monte Carlo simulation code is a useful tool to understand them. Since the code validation for heavy ion incident reactions is not enough, the experimental data of the elementary reaction processes are needed. Materials and Methods: We measured neutron production double-differential cross-sections (DDXs) on a carbon bombarded with 430 MeV/nucleon carbon beam at PH2 beam line of HIMAC facility in NIRS. Neutrons produced in the target were measured with NE213 liquid organic scintillators located at six angles of 15, 30, 45, 60, 75, and $90^{\circ}$. Results and Discussion: Neutron production double-differential cross-sections for carbon bombarded with 430 MeV/nucleon carbon ions were measured by the time-of-flight method with NE213 liquid organic scintillators at six angles of 15, 30, 45, 60, 75, and $90^{\circ}$. The cross sections were obtained from 1 MeV to several hundred MeV. The experimental data were compared with calculated results obtained by Monte Carlo simulation codes PHITS, Geant4, and FLUKA. Conclusion: PHITS was able to reproduce neutron production for elementary processes of carbon-carbon reaction precisely the best of three codes.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제48권6호
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• pp.1291-1302
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• 2016

This paper presents a new and efficient scheme to determine the optimal neutron source position in a model near-equilibrium pressurized water reactor, which is based on the OPR1000 Hanul Unit 3 Cycle 7 configuration. The proposed scheme particularly assigns importance of source positions according to the local adjoint flux distribution. In this research, detailed pin-by-pin reactor adjoint fluxes are determined by using the Monte Carlo KENO-VI code from solutions of the reactor homogeneous critical adjoint transport equations. The adjoint fluxes at each allowable source position are subsequently ranked to yield four candidate positions with the four highest adjoint fluxes. The study next simulates ex-core detector responses using the Monte Carlo MAVRIC code by assuming a neutron source is installed in one of the four candidate positions. The calculation is repeated for all positions. These detector responses are later converted into an inverse count rate ratio curve for each candidate source position. The study confirms that the optimal source position is the one with very high adjoint fluxes and detector responses, which is interestingly the original source position in the OPR1000 core, as it yields an inverse count rate ratio curve closest to the traditional 1/M line. The current work also clearly demonstrates that the proposed adjoint flux-based approach can be used to efficiently determine the optimal geometry for a neutron source and a detector in a modern pressurized water reactor core.

• Corrosion Science and Technology
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• 제20권5호
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• pp.308-314
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• 2021

Neutron dose level at bottom head of a reactor pressure vessel (RPV) was calculated using reactor vessel neutron transport for a Korean nuclear power plant A. At 34 EFPY with a 40-year (2042) design life after plating repair, irradiation fast neutron effect was 6.6x10¹⁵ n/cm². As helium(He) gas can be generated by Ni only at 1/10⁶ level of 5 × 10²¹ n/cm², He generation possibility in the Ni plating layer is very little during 40 years of operation (2042, 34 EFPY). Thermal neutrons can significantly affect the generation of He from Ni metal. At 10 years after a repair, He can be generated at a level of about 0.06 appm, a level that can add general welding repair without any consideration. After 40 years of repair, 9.8 appm of He may be generated. Although this is a rather high value, it is within the range of 0.1 to 10 appm when welding repair can be applied. Clad repair by Ni electroplating technology is expected to greatly improve the operation efficiency by improving the safety and shortening the maintenance period of the nuclear power plant.

• 한국방사선학회논문지
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• 제16권5호
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• pp.527-536
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• 2022

본 연구는 우주방사선 차폐물질 설계를 위한 선행연구 차원에서 우주방사선에 대한 물질별 방사선 차폐특성을 분석하였다. 특히 EMP 및 방사선 차폐에 효과가 있다고 알려진 경량 연자성 복합소재에 대한 우주방사선 차폐물질 활용 가능성을 확인하고자 하였다. 이를 위해 Monte Carlo N-Particle(MCNP) 모델링 기법과 열중성자 차폐실험을 수행하였으며, MCNP의 우주방사선 모델인 Skymap.dat를 활용하였다. 연구결과 폴리에틸렌, 붕소폴리에틸렌, 탄소나노튜브 등 탄소와 수소를 함유한 물질의 경우 증발 중성자 에너지 영역 대 이하의 중성자 감소에 효과적인 것으로 나타났으며 SS316, 경량 연자성 물질 등 철을 함유한 물질은 캐스케이드 중성자 차폐성능이 뛰어난 것을 확인할 수 있었다. 특히 경량 연자성 물질의 경우 붕소를 함유하고 있어 저속중성자 영역의 중성자 감소에도 효과적인 것으로 나타났으며, 향후 탄소 및 수소 등 탄성산란 물질을 보강한다면 우주방사선 중성자 전 영역에서 유의미한 차폐효과를 보여줄 것으로 기대된다.

• Radiation Oncology Journal
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• 제19권1호
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• pp.66-73
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• 2001

목적 : 붕소-중성자 포획치료법(Boron Neutron Capture Therapy, BNCT)을 위해 원자력병원 싸이클로트론에서 발생되는 최대에너지 34.4 MeV의 속중성자(Fast neutron)를 70 cm 파라핀으로 감속시킨 후 선량 특성을 조사하였다. 그 결과를 토대로 열외중성자(Epithermal neutron) 선량 측정법에 대한 프로토콜을 확립하여 원자로에서 방출되는 열외 중성자 선량 특성 평가의 기초를 삼고, 가속기를 이용한 BNCT 연구에 대한 타당성 여부를 조사하고자 한다. 대상 및 방법 : 공기 중 선량 및 물질 내 선량 분포 측정을 위해 Unidos 10005 (PTW, Germany) 전기계와 조직 등가 물질인 A-150 플라스틱으로 제작된 IC-17 (Far West, USA) 및 IC-18, ElC-1 이온함을 사용하였고, 감마선의 측정을 위해서는 마그네슘으로 제작된 IC-l7M 이온함을 이용하였으며 조직등가 기체와 아르곤 기체를 분당 5cc 씩 주입하며 측정하였다. 중성자, 광자, 전자가 혼합된 장의 모의 수송 해석을 위해 이용되는 Monte Carlo N-Particle (MCNP) transport code를 사용하여 2차원적 선량 분포 및 에너지 분포를 계산하였으며 이 결과를 측정값과 비교하였다. 결과 : BNCT에서의 유효 치료 깊이인 물 팬텀 4 cm에서의 선량은 치료기 1 MU 당 $6.47\times10^{-3}\;cGy$로 미세하였으며, 이때 감마 오염도(contamination)는 $65.2{\pm}0.9\%$로 중성자보다는 감마선에 의한 선량 기여분이 우세하였다. 깊이에 따른 선량 분포 특성에서는 중성자 선량은 선형적으로 감쇠 되었고, 감마선량은 지수적으로 보다 급격히 감쇠되는 경향을 보였으며 전체 선량의 $D_{20}/D_{10}$은 0.718 이었다. MCNP에 의한 에너지 분포 전산 계산의 결과 2.87 MeV 이하에서 중성자 피크가 나타났으며, 저에너지 영역에서는 감마선이 연속적으로 분포되는 양상을 보였다. 결론 : 벽 물질이 서로 다른 두 개의 이온함을 사용한 직접 선량 측정과 MCNP 전산 시뮬레이션을 이용한 공간 선량분포 계산으로 미세 속중성자 빔에 대한 선량 특성을 파악할 수 있었으며, 원자로 열외중성자 주(Epithermal neutron column)에 대한 선량 평가 자료로 확보하였다. 아울러 가속기에 대한 연구가 진행되어 고전압, 고전류를 발생시키는 전원 공급장치와 표적핵(Target) 물질이 개발되고 비스무스나 납 등에 의해 감마 오염도를 줄일 경우, 싸이크로트론에 의한 보론-중성자 포획치료도 가능해질 것으로 판단된다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제52권3호
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• pp.485-498
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• 2020

A diffusion synthetic acceleration (DSA) technique for the S_N transport equation discretized with the linear discontinuous expansion method with subcell balance (LDEM-SCB) on unstructured tetrahedral meshes is presented. The LDEM-SCB scheme solves the transport equation with the discrete ordinates method by using the subcell balances and linear discontinuous expansion of the flux. Discretized DSA equations are derived by consistently discretizing the continuous diffusion equation with the LDEM-SCB method, however, the discretized diffusion equations are not fully consistent with the discretized transport equations. In addition, a fine mesh rebalance (FMR) method is devised to accelerate the discretized diffusion equation coupled with the preconditioned conjugate gradient (CG) method. The DSA method is applied to various test problems to show its effectiveness in speeding up the iterative convergence of the transport equation. The results show that the DSA method gives small spectral radii for the tetrahedral meshes having various minimum aspect ratios even in highly scattering dominant mediums for the homogeneous test problems. The numerical tests for the homogeneous and heterogeneous problems show that DSA with FMR (with preconditioned CG) gives significantly higher speedups and robustness than the one with the Gauss-Seidel-like iteration.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제52권2호
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• pp.223-229
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• 2020

The present work proposes a solution to the static Boltzmann transport equation approximated by the simplified P₃ (SP₃) on angular, and the analytic coarse mesh finite difference (ACMFD) for spatial variables. Multi-group SP₃-ACMFD equations in 3D rectangular geometry are solved using the GMRES solution technique. As the core time dependent analysis necessitates the solution of an eigenvalue problem for an initial condition, this work is hence devoted to development and verification of the proposed static SP₃-ACMFD solver. A 3D multi-group static diffusion solver is also developed as a byproduct of this work to assess the improvement achieved using the SP₃ technique. Static results are then compared against transport benchmarks to assess the proximity of SP₃-ACMFD solutions to their full transport peers. Results prove that the approach can be considered as an acceptable interim approximation with outputs superior to the diffusion method, close to the transport results, and with the computational costs less than the full transport approach. The work would be further generalized to time dependent solutions in Part II.

• Journal of Radiation Protection and Research
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• 제10권1호
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• pp.41-49
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• 1985

1,300 MWe 가압경수로 공동내에서 중성자의 흐름해석이 수행되었다. 중성자의 흐름을 해석하는데는 1차원 수송코드인 ANISN, 2차원 수송코드인 DOT3.5, 3차원 Monte Carlo 코드인 TRIPOLI-02와 이들을 접속시켜주는 DOTTRI 등의 전산코드가 이용되었고, 본 계산에 사용된 전산기는 IBM 3033형이었다. 계산된 선속 및 선량율은 900 MW 가압경수로의 공동내에서 측정한 측정치와 비교검토 되었고, 그 결과 중성자 군별로 약간의 오차는 있었으나 전체적으로 큰 오차는 없었다. 이 결과는 대용량의 원자로 차폐설계, 원자로보수시, 기타 원자로 공동내에 출입할 경우에 방사선방어상 필요한 방어수단을 제공하는데 기여하였다.