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.
In this paper, a deformation measurement technology for nuclear fuel rods is proposed. The deformation measurement system includes a high-definition CMOS image sensor, a lens, a semiconductor laser line beam marker, and optical and mechanical accessories. The basic idea of the proposed deformation measurement system is to illuminate the outer surface of a fuel rod with a collimated laser line beam at an angle of 45 degrees or higher. For this method, it is assumed that a nuclear fuel rod and the optical axis of the image sensor for observing the rod are vertically composed. The relative motion of the fuel rod in the horizontal direction causes the illuminated laser line beam to move vertically along the surface of the fuel rod. The resulting change of the laser line beam position on the surface of the fuel rod is imaged as a parabolic beam in the high-definition CMOS image sensor. An ellipse model is then extracted from the parabolic beam pattern. The center coordinates of the ellipse model are taken as the feature of the deformed fuel rod. The vertical offset of the feature point of the nuclear fuel rod is derived based on the displacement of the offset in the horizontal direction. Based on the experimental results for a nuclear fuel rod sample with a formation of surface crud, an inspection resolution of 50 ${\mu}m$ is achieved using the proposed method. In terms of the degree of precision, this inspection resolution is an improvement of more than 300% from a 150 ${\mu}m$ resolution, which is the conventional measurement criteria required for the deformation of neutron irradiated fuel rods.
This paper reports the control method for the core power of the China initiative Accelerator Driven System (CiADS) facility. In the CiADS facility, an intense external neutron source provided by a proton accelerator coupled to a spallation target is used to drive a sub-critical reactor. Without any control rod inside the sub-critical reactor, the core power is controlled by adjusting the proton beam intensity. In order to continuously change the beam intensity, an adjustable aperture is considered to be used at the Low Energy Beam Transport (LEBT) line of the accelerator. The aperture size is adjusted based on the Proportional Integral Derivative (PID) controllers, by comparing either the setting beam intensity or the setting core power with the measured value. To evaluate the proposed control method, a CiADS core model is built based on the point reactor kinetics model with six delayed neutron groups. The simulations based on the CiADS core model have indicated that the core power can be controlled stably by adjusting the aperture size. The response time in the adjustment of the core power depends mainly on the adjustment time of the beam intensity.
Kim, Sangrok;Kim, Gi-sub;Heo, Jaeseung;Ahn, Yunjin
Journal of the Korean Society of Radiology
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v.15
no.4
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pp.415-427
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2021
Korea Institute of Radiological and Medical Sciences has provided various beam irradiation services to researchers using a 50 MeV cyclotron beam line. In particular, since the neutron beam service uses the nuclear reaction between protons and beryllium, the possibility of activation of the irradiated sample increases by using a high current. In this study, MCNP 6.2 and FISPACT-II 4.0 were used to evaluate the possible activation during the 35 MeV 20 ㎂ neutron beam service, which is preferred by the researchers. As a result of the calculation, if the iron, copper, and tungsten samples were irradiated for more than 1 hour, long-lived radioisotopes were produced and their radioactivity exceeded the standard level for self-disposal. Under the conditions of 2 hours of daily irradiation, no activation occurred in the building materials, and the internal exposure of workers due to air activation inside the irradiation room was very insignificant. And when this air was discharged to environment, the radioactivity including this air was also satisfied the emission standard.
A spent fuel problem has prevented the nuclear power from claiming to be a completely clean energy source. The nuclear transmutation technology to incinerate the long lived radioactive nuclides and produce energy during the incineration process is believed to be one or the best solutions. HYPER(Hybrid Power Extraction Reactor) is the accelerator driven transmutation system which is being developed by KAERI(Korea Atomic Energy Research Institute). Some major feature of HYPER have been developed and employed. On-power fueling concepts are employed to keep system power constant with minimum variation of accelerator power. A hollow cylinder-type metal fuel is designed for the on-line refueling concept. Lead-bismuth(Pb-Bi) is adopted as a coolant and Spallation target material. HYPER is a subcritical reactor which needs an external neutron source. 1GeV proton beam is irradiated to Lead-bismuth(Pb-Bi) target inside HYPER, and spallation neutrons are produced. When proton beams are irradiated, much heat is also deposited in the Pb-Bi target and beam window which separates Pb-Bi and accelerator vacuum. Therfore, an effective cooling is needed for HYPER target. In this paper, we performed the thermal-hydraulic analysis of HYPER target using FLUENT code, and also calculated thermal and mechanical stress of the beam window using ANSYS code.
Gadolinium oxysulfide (GOS) is regarded as a novel scintillator for the realization of ultra-high spatial resolution in neutron imaging. Monte Carlo simulations of GOS scintillator show that the capability of its spatial resolution is towards the micron level. Through the time-of-flight method, the light output of a GOS scintillator was measured to be 217 photons per captured neutron, ~100 times lower than that of a ZnS/LiF:Ag scintillator. A detector prototype has been developed to evaluate the imaging solution with the GOS scintillator by neutron beam tests. The measured spatial resolution is ~36 ㎛ (28 line pairs/mm) at the modulation transfer function (MTF) of 10%, mainly limited by the low experimental collimation ratio of the beamline. The weak light output of the GOS scintillator requires an enormous increase in the neutron flux to reduce the exposure time for practical applications.
Background: There are several proton therapy facilities in operation or planned in Taiwan, and these facilities are anticipated to not only treat cancer but also provide beam services to the industry or academia. The simplified approach based on the Monte Carlo-based data sets (source terms and attenuation lengths) with the point-source line-of-sight approximation is friendly in the design stage of the proton therapy facilities because it is intuitive and easy to use. The purpose of this study is to expand the Monte Carlo-based data sets to allow the simplified approach to cover the application of proton beams more widely. Materials and Methods: In this work, the MCNP6 Monte Carlo code was used in three simulations to achieve the purpose, including the neutron yield calculation, Monte Carlo-based data sets generation, and dose assessment in simple cases to demonstrate the effectiveness of the generated data sets. Results and Discussion: The consistent comparison of the simplified approach and Monte Carlo simulation results show the effectiveness and advantage of applying the data set to a quick shielding design and conservative dose assessment for proton therapy facilities. Conclusion: This study has expanded the existing Monte Carlo-based data set to allow the simplified approach method to be used for dose assessment or shielding design for beam services in proton therapy facilities. It should be noted that the default model of the MCNP6 is no longer the Bertini model but the CEM (cascade-exciton model), therefore, the results of the simplified approach will be more conservative when it was used to do the double confirmation of the final shielding design.
The SPES (Selective Production of Exotic Species) facility, currently under development at Legnaro National Laboratories of INFN, aims at the production of intense RIB (Radioactive Ion Beams) employing the Isotope Separation On-Line (ISOL) technique for interdisciplinary research. The radioactive isotopes of interest are produced by the interaction of a multi-foil uranium carbide target with a 40 MeV 200 μA proton beam generated by a cyclotron proton driver. The Target Ion Source (TIS) is the core of the SPES project, here the radioactive nuclei, mainly neutron-rich isotopes, are stopped, extracted, ionized, separated, accelerated and delivered to specific experimental areas. Due to efficiency reasons, the TIS unit needs to be replaced periodically during operation. In this highly radioactive environment, the employment of autonomous systems allows the manipulation, transport, and storage of the TIS unit without the need for human intervention. A dedicated remote handling infrastructure is therefore under development to fulfill the functional and safety requirement of the project. This contribution describes the layout of the SPES target area, where all the remote handling systems operate to grant the smooth operation of the facility avoiding personnel exposure to a high dose rate or contamination issues.
Proceedings of the Korea Crystallographic Association Conference
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2003.05a
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pp.8-8
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2003
Electron-phonon interaction plays a significant role in forming of colossal magnetoresistance effect (CMR). Polaron formation was observed by neutron diffraction and by extended X-ray absorption fine structure (EXAFS) analysis. Local probe as given by the EXAFS is a useful method to study the polaronic charge and its dependence on temperature and ions size. Here we present the EXAFS study of polaronic charge in La/sub 0.7/Ca/sub 0.3-X/Ba/sub X/MnO₃ compositions. The single phase La/sub 0.7/Ca/sub 0.3-X/Ba/sub X/MnO₃ manganites (x=0; 0.03; 0.06, ..., 0.3) were prepared by ceramic technology [1]. The Curie temperature was determined by extrapolation of the temperature dependence of the magnetization (down to zero magnetization). EXAFS experiments were carried out at the 7C EC beam line of the Pohang Light Source (PLS) in Korea. The atomic pair distribution functions (PDF) were obtained by re-regularization method [2] from filtered spectra. The PDF for the x=0.3 sample showed a single peak function and for x=0.0, 0.03, 0.06, 0.09, 0.12 compositions were asymmetric in agreement with a small Jahn-Teller elongation of two (short and long) bonds of the MnO/sub 6/ octahedron. Dispersion, σ/sub Min-O//sup 2/, and asymmetry, σ/sub Min-O//sup 3/, of the Mn-O bond distances varied significantly with x and showed a maximums at x=0.09. The maximum of σ/sub Min-O//sup 2/ is caused by increase of dynamic rms displacements of the Mn-O distances near the T/sub C/. The observed x dependence of σ/sub Min-O//sup 3/ reflects the reduction of charge carriers mobility at approaching to T/sub C/ from low as well as high temperatures.
The Journal of Korean Society for Radiation Therapy
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v.24
no.2
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pp.107-114
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2012
Purpose: Unlike the existing linear accelerator with photon, proton therapy produces a number of second radiation due to the kinds of nuclide including neutron that is produced from the interaction with matter, and more attention must be paid on the exposure level of radiation workers for this reason. Therefore, thermoluminescence dosimeter (TLD) that is being widely used to measure radiation was utilized to analyze the exposure level of the radiation workers and propose a basic data about the radiation exposure level during the proton therapy. Materials and Methods: The subjects were radiation workers who worked at the proton therapy center of National Cancer Center and TLD Badge was used to compare the measured data of exposure level. In order to check the dispersion of exposure dose on body parts from the second radiation coming out surrounding the beam line of proton, TLD (width and length: 3 mm each) was attached to on the body spots (lateral canthi, neck, nipples, umbilicus, back, wrists) and retained them for 8 working hours, and the average data was obtained after measuring them for 80 hours. Moreover, in order to look into the dispersion of spatial exposure in the treatment room, TLD was attached on the snout, PPS (Patient Positioning System), Pendant, block closet, DIPS (Digital Image Positioning System), Console, doors and measured its exposure dose level during the working hours per day. Results: As a result of measuring exposure level of TLD Badge of radiation workers, quarterly average was 0.174 mSv, yearly average was 0.543 mSv, and after measuring the exposure level of body spots, it showed that the highest exposed body spot was neck and the lowest exposed body spot was back (the middle point of a line connecting both scapula superior angles). Investigation into the spatial exposure according to the workers' movement revealed that the exposure level was highest near the snout and as the distance becomes distant, it went lower. Conclusion: Even a small amount of exposure will eventually increase cumulative dose and exposure dose on a specific body part can bring health risks if one works in a same location for a long period. Therefore, radiation workers must thoroughly manage exposure dose and try their best to minimize it according to ALARA (As Low As Reasonably Achievable) as the International Commission on Radiological Protection (ICRP) recommends.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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