In this research, a prompt gamma neutron activation analysis (PGNAA) system is designed and constructed based on the use of a low power research reactor. For this purpose, despite the fact that this reactor did not include beam tubes, a thermal neutron beam line is installed inside the reactor tank. The extraction of the beam line from inside the tank made it possible to provide the neutron flux from the order of 106 n.cm-2.s-1. Also, because the beam line is installed in a tangential position to the reactor core, its gamma level has been minimized. Also, a suitable radiation shield is considered for the detector to minimize the background radiation and prevent radiation damage to the detector. Calculations and measurements are done in order to characterize this system, as well as spectrometry of several samples. The results of evaluations and experiments show that this system is suitable for performing PGNAA.
Gel dosimeters have unique advantages in comparison with other dosimeters. Until now, these gels have been used in different radiotherapy techniques as a reliable dosimetric tool. Because dose distribution measurement is an important factor for appropriate treatment planning in different radiotherapy techniques, in this study, we evaluated the ability of the N-isopropylacrylamide (NIPAM) polymer gel to record the dose distribution resulting from the mixed neutron-gamma field of boron neutron capture therapy (BNCT). In this regard, a head phantom containing NIPAM gel was irradiated using the Tehran Research Reactor BNCT beam line, and then by a magnetic resonance scanner. Eventually, the $R_2$ maps were obtained in different slices of the phantom by analyzing T2-weighted images. The results show that NIPAM gel has a suitable potential for recording three-dimensional dose distribution in mixed neutron-gamma field dosimetry.
The Multi-Physics (MP) instrument is one of 20 neutron spectrometers planned in the China Spallation Neutron Source (CSNS). This paper presents a shielding calculation for the MP instrument using Monte Carlo codes MCNPX and FLUKA. First, the neutrons that escape from the CSNS decoupled water moderator and are delivered to the beam line of the MP instrument are calculated to use as the source term of the shielding calculation. Then, to validate the calculation method based on multiple variance reduction techniques, a cross check between MCNPX and FLUKA codes is performed by comparing the calculation results of the dose rate distribution on a simplified beam line model. Finally, a complete geometry model of the MP instrument is set up, and the primary parameters for the shielding design are obtained according to the calculated dose rate map considering different worst-case scenarios.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers C
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v.52
no.12
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pp.545-552
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2003
When a Si PIN diode is exposed to fast neutrons, it results in displacement damage to the Si lattice structure of the diode. Defects induced from structural dislocation become effective recombination centers for carriers which pass through the base of a PIN diode. Hence, increasing the resistivity of the diode decreases the current for the applied forward voltage. This paper involves the development of a neutron sensor based on the phenomena of the displacement effect damaged by neutron exposure. The neutron effect on the semiconductor was analyzed. Several PIN diode arrays with various thickness and cross-section area of the intrinsic layer(I layer) were fabricated. Under irradiation tests with a neutron beam, the manufactured diodes have a good linearity to neutron dose and show that the increase of thickness of I layer and the decrease of cross-section of PIN diodes improve the sensitivity. Newly developed PIN diodes with thicker I layer and various cross section, were retested and then showed the best neutron sensitivity at the condition that the I layer thickness was similar to a side length. On the basis of two test results, final discrete PIN diodes with a rectangular shape were manufactured and the characteristics as neutron detectors were analyzed through the neutron beam test using on-line electronic dosimetry system. Developed PIN diode shows a good linearity as dosimetry in the range of 0 to 1,000cGy(Tissue) and its neutron sensitivity is 13mV/cGy at constant current of 5mA, that is three times higher than that of commercially available neutron detectors. And the device shows little dependency on the orientation of the neutron beam and a considerable stability in annealing test for a long period.
The 2 GeV electron linac, the injector of the Pohang Light Source, was used as a photo-neutron source for radiation shielding research. The operational beam parameters are the nominal electron intensity of $0.5\;{\sim}5\;nC/sec$, the repetition rate of 10 Hz, and the beam pulse length of 1.0 nsec. One electron beam line was modified in order to install the target systems for producing pulsed photo-neutrons. The neutron spectrum and intensity were investigated by the time-of-flight technique. The reliable maximum energy of the measured neutrons was about 500 MeV. The number of neutrons above 20 MeV produced by one 1 GeV electron in a thick Pb target was about $6.45{\times}10^{-4}/sr$ at 90 degrees to the beam axis. The status of the photo-neutron source and the application research are presented.
Background: A project for building a neutron time-of-flight (nTOF) facility is progressing. We expect that the construction will start in early 2016. Before that, a detailed simulation based on the current architectural drawings was performed to optimize the performance of our facility. Materials and Methods: Currently, several parts had been modified or changed from the original design to reflect requirements such as the layout of the electron beam line, shape of the vacuum chamber producing a neutron beam, and the underground layout of the nTOF facility. Detailed analysis for these modifications has been done with MCNP simulation. Results and Discussion: An overview of our photo-neutron source and KAERI nTOF facility were introduced. The numerical simulations for heat deposition, source term, and radiation shielding of KAERI nTOF facility were performed and the results are discussed. Conclusion: We are expecting that the construction of the KAERI nTOF facility will start in early 2016, and these results will be used as basic data.
Lee, Chaeyeong;Lee, Sangmin;Chung, Kwangzoo;Han, Youngyih;Chung, Yong Hyun;Kim, Jin Sung
Progress in Medical Physics
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v.27
no.3
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pp.162-168
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2016
Proton therapy is increasingly being actively used in the treatment of cancer. In contrast to photons, protons have the potential advantage of delivering higher doses to the cancerous tissue and lower doses to the surrounding normal tissue. However, a range shifter is needed to degrade the beam energy in order to apply the pencil beam scanning technique to tumors located close to the minimum range. The secondary neutrons are produced in the beam path including within the patient's body as a result of nuclear interactions. Therefore, unintended side effects may possibly occur. The research related to the secondary neutrons generated during proton therapy has been presented in a variety of studies worldwide, since 2007. In this study, we measured the magnitude of the secondary neutron dose depending on the location of the detector and the use of a range shifter at the beam nozzle of the proton scanning mode, which was recently installed. In addition, the production of secondary neutrons was measured and estimated as a function of the distance between the isocenter and detector. The neutron dose was measured using WENDI-II (Wide Energy Neutron Detection Instruments) and a Plastic Water phantom; a Zebra dosimeter and 4-cm-thick range shifter were also employed as a phantom. In conclusion, we need to consider the secondary neutron dose at proton scanning facilities to employ the range shifter reasonably and effectively.
$\underline{Purpose}$: To evaluate biological characteristics of neutron beam generated by MC50 cyclotron located in the Korea Institute of Radiological and Medical Sciences (KIRAMS). $\underline{Materials\;and\;Methods}$: The neutron beams generated with 15 mm Beryllium target hit by 35 MeV proton beam was used and dosimetry data was measured before in-vitro study. We irradiated 0, 1, 2, 3, 4 and 5 Gy of neutron beam to EMT-6 cell line and surviving fraction (SF) was measured. The SF curve was also examined at the same dose when applying lead shielding to avoid gamma ray component. In the X-ray experiment, SF curve was obtained after irradiation of 0, 2, 5, 10, and 15 Gy. $\underline{Results}$: The neutron beams have 84% of neutron and 16% of gamma component at the depth of 2 cm with the field size of $26{\times}26\;cm^2$, beam current $20\;{\mu}A$, and dose rate of 9.25 cGy/min. The SF curve from X-ray, when fitted to linear-quadratic (LQ) model, had 0.611 as ${\alpha}/{\beta}$ ratio (${\alpha}=0.0204,\;{\beta}=0.0334,\;R^2=0.999$, respectively). The SF curve from neutron beam had shoulders at low dose area and fitted well to LQ model with the value of $R^2$ exceeding 0.99 in all experiments. The mean value of alpha and beta were -0.315 (range, $-0.254{\sim}-0.360$) and 0.247 ($0.220{\sim}0.262$), respectively. The addition of lead shielding resulted in no straightening of SF curve and shoulders in low dose area still existed. The RBE of neutron beam was in range of $2.07{\sim}2.19$ with SF=0.1 and $2.21{\sim}2.35$ with SF=0.01, respectively. $\underline{Conclusion}$: The neutron beam from MC50 cyclotron has significant amount of gamma component and this may have contributed to form the shoulder of survival curve. The RBE of neutron beam generated by MC50 was about 2.2.
For the physical characterization of neutron beam, dosimetric measurements had been performed to obtain physical data of KCCH cyclotron-produced neutrons for clinical use. The results are presented and compared with the data of other institutions from the literatures. The central axis percent depth dose, build-up curves and open and wedge isodose curve values are intermediate between that of a 4 and 6 MV X-rays. The build-up level of maximum dose was at 1.35cm and entrance dose was approximately $40\%$. Flatness of the beam was $9\%$ at Dmax and less $than{\pm}3\%$ at the depth of $80\%$ isodose line. Penumbra begond the $20\%$ line is wider than corresponding photon beam. The output factors ranged 0.894 for $6\times6cm$ field to 1.187 for $30\times30cm$ field. Gamma contamination of neutron beam was $4.9\%$ at 2 cm depth in $10\times10cm$ field.
Kim, Jae-Hong;Hong, Seong-Gwang;Kim, Mi-Jeong;Kim, Seong-Jun;Kim, Myeong-Jin;Kim, Do-Gyun;Yun, Jong-Cheol;Kim, Jong-Won
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2013.02a
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pp.537-537
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2013
Cyclotron-accelerated ion beams are used for various researches, such as nuclear physics, nuclear chemistry, biotechnology, and material sciences including radio-isotope production. Recently considerable applications are asked to the cyclotron development undertaken to meet user requirements of various ions'energies, intensities, and their pulsed beams. For instance, a cocktail beam acceleration technique rapidly changing the ion species and energies was developed to irradiating integrated circuit chips. Also a chopping system in a cyclotron injection line is considered for producing a pulsed ion beam with a relatively long period compared with that generated by the resonance frequency. For the research in neutron time-of-flight measurement, a single-pulsed beam with a repetition interval of the order of mili-seconds or longer is necessary to have a good resolution and to remove background events. In this paper a feasibility of pulsed beam with an external ion source is simulated by adopting a combination system of a chopper accompanying with a bunching stage in the injection line and an additional chopper after the exit of the cyclotron in order to produce beam pulses with a range of $1{\mu}s{\sim}1ms$ periods from a resonance RF cycle. The pulseperiod will be adjusted by chopping the number of beam bunches from the injected pulses in the injection line. However, the longer pulses will have reduced number of beam pulses and sacrificed beam currents. Because the beam users need an intense single pulsed beam, a careful tuning of the acceleration phase and a high-intense external ion source are necessary to achieve an intense single-pulsed beam from the cyclotron. It is essential to strictly match the acceleration phase of injected beams in the central region of the cyclotron to improve its efficiency. An effect of space charge at each pulse from the ion source will be also considered.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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