• Nuclear Engineering and Technology
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• 제55권8호
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• pp.2879-2888
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• 2023

In fusion environments, large scales of helium (He) atoms are produced by a radical transformation along with structural damage in structural materials, resulting in material swelling and degradation of physical properties. To understand its irradiation effects, this paper investigates the stability, electronic structure, energetics, charge density distribution, PDOS and TDOS, and diffusion processes of He impurities in 6HSiC materials. The formation energy indicates that a stable, favorable position for interstitial He is the HR site with the lowest energy of 2.40 eV. In terms of vacancy, the He atom initially prefers to substitute at pre-existing Si vacancy than C vacancy due to lower substitution energy. The minimum energy paths (MEPs) with migration energy barriers are also calculated for He impurity by interstitial and vacancy-mediated diffusion. Based on its calculated energy barriers, the most possible diffusion path includes the exchange of interstitial and vacancy sites with effective migration energies ranging from 0.101 eV to 1.0 eV. Our calculation provides a better understanding of the stabilization and diffusion behaviors of He impurities in 6H-SiC materials.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제55권9호
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• pp.3126-3132
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• 2023

To meet the increasing heating needs of the China Fusion Experimental Tokamak Reactor (CFETR), the output power in each Lower Hybrid Current Drive (LHCD) transmission line should be increased from 250 kW to 500 kW. Therefore, a new high-power water load must be developed for the 4.6 GHz 500 kW LHCD system. This paper aims to report the most recent research progress of the water load: aluminum nitride (AlN) ceramic is used as the media material to isolate the water and vacuum, and the radio frequency (RF) simulation results show that the return loss of the water load is less than -25dB at 4.6 GHz over a wide temperature range. Under 500 kW continuous wave (CW) operation, the maximum temperatures of the ceramic and water are separately 67 ℃ and 62 ℃, resulting in thermal deformation of the ceramic of approximately 0.003 mm. Moreover, the AlN water load was tested on the 4.6 GHz 250 kW high-power test bench and found to work well with low reflected power.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제54권11호
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• pp.4209-4214
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• 2022

Precise modelling of the interaction of ions with materials is important for many applications including material characterization, ion implantation in devices, thermonuclear fusion, hadron therapy, secondary particle production (e.g. neutron), etc. In this study, a new approach using the Geant4 toolkit in combination with the Bayesian regularization (BR) learning algorithm of the feed-forward neural network (FFNN) is developed to estimate the range of ions in materials accurately and quickly. The different incident ions at different energies are interacted with the target materials. The Geant4 is utilized to model the interactions and to calculate the range of the ions. Afterward, the appropriate architecture of the FFNN-BR with the relevant input features is utilized to learn the modelled ranges and to estimate the new ranges for the new cases. The notable achievements of the proposed approach are: 1- The range of ions in different materials is given as quickly as possible and the time required for estimating the ranges can be neglected (i.e. less than 0.01 s by a typical personal computer). 2- The proposed approach can generalize its ability for estimating the new untrained cases. 3- There is no need for a pre-made lookup table for the estimation of the range values.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제56권4호
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• pp.1145-1152
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• 2024

To realize an initial objective of the negative ion-based neutral beam injection (N-NBI) at the Comprehensive Research Facility for Fusion Technology (CRAFT) test facility, which targets an H⁰ beam power of 2 MW at an energy of 200-400 keV and a pulse duration of 100 s, it is crucial to study the cesium dynamics of the negative ion source. Here a numerical simulation program CSFC3D is developed and applied to simulate the distribution and time dynamics of cesium during short pulses. The calculations show that most of the cesium on the plasma grid (PG) area originates from the release of cesium that is accumulated within the ion source in the plasma phase. Increasing the wall temperature reduces the loss of cesium on the wall of the ion source. Furthermore, the thickness of the cesium monolayer is directly influenced by the PG temperature. Both simulated and experimental results demonstrate that maintaining the PG temperature between 180 ℃ and 200 ℃ is essential for enhancing the performance of the ion source and optimizing the cesium behavior.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제55권11호
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• pp.4191-4203
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• 2023

Robotics applications are greatly needed in hazardous locations, e.g., fusion and fission reactors, where robots must perform delicate and complex tasks under ionizing radiation conditions. The drawback is that some robotic parts, such as active electronics, are susceptible to radiation. It can lead to unexpected failures and early termination of the robotic operation. This paper analyses the ionizing radiation effect from 0.09 to 1.5 Gy/s in robotic components (microcontrollers, servo motors and temperature sensors). The first experiment compares the performance of various microcontroller types and their actuators and sensors, where different mitigation strategies are applied, such as using Radiation-Hardened (Rad-Hard) microcontrollers or shielding. The second and third experiments analyze the performance of a 3-Degrees of Freedom (DoF) robotic arm, evaluating its components' responses and trajectory. This study enhances our understanding and expands our knowledge regarding radiation's impact on robotic arms and components, which is useful for defining the best strategies for extending the robots' operational lifespan, especially when performing maintenance or inspection tasks in radiation environments.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제56권6호
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• pp.2057-2062
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• 2024

Among photon counting detector (PCD)-based technologies, the K-edge subtraction (KES) method has a very high material decomposition efficiency. Yet, since the increase in noise in the X-ray image to which the KES method is applied is inevitable, research on image quality improvement is essential. Here, we modeled a block-matching and 3D filtering (BM3D) algorithm and applied it to PCD-based X-ray images with the improved KES (IKES) method. For PCD modeling, Monte Carlo simulation was used, and a phantom composed of iodine substances with different concentrations was designed. The IKES method was modeled by adding a log term to KES, and the X-ray image used for subtraction was obtained by applying the 3.0 keV range based on the K-edge region of iodine. As a result, the IKES image using the BM3D algorithm showed the lowest normalized noise power spectrum value. In addition, we confirmed that the contrast-to-noise ratio and no-reference-based evaluation results when the BM3D algorithm was applied to the IKES image were improved by 29.36 % and 20.56 %, respectively, compared to the noisy image. In conclusion, we demonstrated that the IKES imaging technique using a PCD-based detector and the BM3D algorithm fusion technique were very efficient for X-ray imaging.

• 에너지공학
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• 제25권4호
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• pp.103-109
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• 2016

폴리에틸렌(Polyethylene) 배관은 가요성이 좋고 부식이 되지 않는 등의 장점으로 가스배관 뿐만 아니라 원자력 발전소의 배수관, 석유화학 및 정유사 공정배관 등으로 그 사용범위가 점차 확대되고 있다. 그러나 폴리에틸렌 배관의 연결부를 직접적으로 검사할 수 있는 검사방법이 개발되지 않아서 사용범위를 확대하는데 제한을 받고 있다. 폴리에틸렌 배관의 연결방법은 전기융착 방법과 버트융착 방법으로 구분할 수 있는데 이 중에서 가장 많이 사용하는 방법은 버트융착이다. 버트융착은 배관과 배관을 열판에 맞닿게 하고 일정한 온도 및 압력을 가한 후 열판을 제거하고 용융된 배관의 말단부를 서로 연결하는 방법으로서 별도의 연결구가 필요하지 않아 가장 많이 사용하고 있는 연결방법이다. 버트융착 시에 열판으로부터 열이 용융된 후 압력을 가하면 용융부는 비드를 형성하는 부분과 연결부를 형성하는 부분으로 분리되고 냉각과정을 거쳐 버트융착부가 된다. 본 연구는 연결부를 형성하는 부분에서 열판으로부터 열이 전파되어 용융된 거리를 측정하고 이 결과를 연결부에 대한 건전성 평가 방법 중의 하나로 제시하고자 한다. 외경 225mm, 두께 20.5mm의 중밀도 폴리에틸렌 가스용 1호관의 초음파 속도를 측정한 결과 2,200m/s 였다. 열용융 거리를 측정하기 위하여 열판으로부터 열이 전파되어 폴리에틸렌을 가열하는 시간을 0%~130%까지 변화시켜 시험편을 제작하였다. 또한 정상적인 가열시간(100%의 가열)을 제공하고 스크레핑 처리를 하지 않은 시험편과 토양을 삽입한 시험편 그리고 자갈을 삽입한 시험편과 비닐류를 삽입한 시험편을 제작하였다. 총 20개의 시험편에 대한 열용융 거리를 측정하기 위하여 3.5MHz 및 5.0MHz 센서를 이용하였으며 1개의 시험편에 대하여 총 3곳에서 초음파 탐상을 실시하였다. 열용융 신호를 명확하게 구분하기 위하여 모든 탐상 결과에 대하여 동일한 post image processing을 수행하였고 이미지 레벨, contrast, sharpen 및 threshold를 적용하였으며 결과 탐상은 가장 직관적으로 파악할 수 있는 gray scale로 표현하였다. 탐상 결과 가열시간이 짧은 시험편일수록 융착이 이루어지지 않아 멀티플 에코가 반사되는 영역이 증가하였으며 이 부분을 최대한 배제할 수 있는 위치에서 데이터를 획득하였다. 정상적인 가열시간의 80%인 168초의 시간을 가한 시험편부터 열용융 거리에 대한 반사신호가 뚜렷이 구분되었으며 이 시험편부터 거리 측정을 실시하였다. 가열시간이 정상가열시간의 7%인 15초의 가열시간을 가한 시험편부터 더 낮은 가열시간을 가한 시험편의 경우 융착이 이루어지지 않아서 3곳 모두 데이터 영상을 획득할 수 없었다. 위 실험 결과로 위상배열초음파를 통해 폴리에틸렌 배관 버트융착부에서 열이 용융되어 전파된 거리 측정이 가능함을 확인하였으며 또한 열이 용융되어 전파된 거리 측정을 통해 정상적인 융착과 불완전 융착을 구분할 수 있음을 확인할 수 있었다.

• Reproductive and Developmental Biology
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• 제35권3호
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• pp.319-327
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• 2011

This study investigated whether the addition of porcine sperm cytosolic factor (SCF) at fusion/activation affects in vitro development of porcine parthenogenetic(PA) and nuclear transfer (NT) embryos. To determine the optimum concentration of SCF, control group of oocytes was activated with 0.3M mannitol (1.0 mM $CaCl_2{\cdot}2H_2O$), other three groups of oocytes were parthenogentically activated with the fusion medium (0.1mM $CaCl_2{\cdot}2H_2O$) supplemented with 100, 200 or 300 ${\mu}$g/ml SCF, respectively. Matured oocytes were activated with two electric pulses (DC) of 1.2 kv/cm for 30 ${\mu}$sec. The activated embryos were cultured in PZM-3 under 5% $CO_2$ in air at $38.5^{\circ}C$ for 6 days. Oocytes activated in the presence of SCF showed a significantly higher blastocyst rate than control (p<0.05). Apoptosis rate was significantly lower in 100 ${\mu}$g/ml SCF group than other groups (p<0.05). Cdc2 kinase activity in control and SCF treatment group of oocytes was determined using MESACUP cdc2 kinase assay kit at 1, 5, 10, 15, 30, 45 and 60 min after activation. Cdc2 kinase activity was significantly decreased (p<0.05) in SCF group than MII oocytes or control within 5 min. For NT embryo production, reconstructed oocytes were fused in the fusion medium supplemented with 0.1 mM $CaCl_2{\cdot}2H_2O$ (T1), 1.0 mM $CaCl_2{\cdot}2H_2O$ (T2) and 0.1 mM $CaCl_2{\cdot}2H_2O$ with 100 ${\mu}$g/ml SCF (T3). Fused embryos were cultured in PZM-3 under 5% $CO_2$ in air at $38.5^{\circ}C$ for 6 days. Developmental rate to blastocyst stage was significantly higher in T3 than other groups (23.0% vs. 13.5 to 15.2%) (p<0.05). Apoptosis rate was significantly lower in T3 than T1 or T2 (p<0.05). The relative abundance of Bax-${\alpha}$/Bcl-xl was significantly lower in in vivo or SCF group than that of control (p<0.05). Moreover, the expression of p53 and caspase3 mRNA was significantly lower in in vivo or SCF group than that of control (p<0.05). These results indicate that the addition of SCF at fusion/activation might improve in vitro development of porcine NT embryos through regulating cdc2 kinase level and expression of apoptosis related genes.

• 한국균학회지
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• 제22권1호
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• pp.107-116
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• 1994

원형질체 융합으로 주름버섯목 느타리버섯과 민주름버섯목 잔나비걸상버섯과의 이목간 체세포잡종을 36균주 얻어 꺽쇠연결체 clamp connections있는 2균주와 꺽쇠연결체 없는 3균주의 자실체를 형성하였다. 꺽쇠연결체 없는 융합주는 한천배지나 액체배지에서는 자실체를 얻을 수 없었다. 그러나 톱밥배지에서 균사가 완전히 성장한 후 일정한 광과 온도를 유지한 결과 꺽쇠연결체가 있는 균사가 새로이 성장하였으며 거의 완전하게 다시 성장한 후 원기가 유도되고 자실체가 성숙하였다. 버섯자실체 특성은 느타리버섯과 유사하였으며, 갓 색택은 느타리와는 다소 다르게 나타났다. 3균주의 담자포자로 유전형질의 분리와 유전자재조합을 조사한 결과 꺽쇠연결체 있는 2균주는 비정상적인 분리 현상을 보였는데, 양친에 없는 ane, rib, ane rib 표지를 가진 것이 나타났다. 3종류의 random primer를 이용하여 핵산 연쇄 중합반응 polymerase chain reaction(PCR)에 의한 4개 체세포잡종의 염색체 DNA의 다형화현상을 조사한 결과 느타리친과 유사한 양상을 가졌으나 비양친의 밴드를 나타내었으며 primer #87, #125의 1.2kbp, 0.6kbp에서 각각 뚜렷하게 구분되었다. 4개 체세포잡종의 미토콘드리아 DNA의 제한효소 EcoR1과 HindIII의 절단결과 2균주는 느타리와 동일하였으며 2균주는 양친과 다른 양상을 나타내었다. 원형질체 융합주, 융합주 자실체로부터의 조직배양주, 융합주의 담자포자 발아주, 양친주를 포함하여 총16균주를 등전점 전기영동으로 동위효소 esterase를 분석한 결과 융합주 6균주중 5균주는 느타리와 유사하였으며 1균주는 양친과 전혀 다른 새로운 밴드양상으로 이들 모두 양친과 뚜렷이 구분되었다. 융합주와 자실체 조직배양주는 밴드양상이 거의 유사하였으나 $F^2$는 다소 차이가 나타났다.

• 한국방사선학회논문지
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• 제15권2호
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• pp.257-263
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• 2021

본 연구는 한국원자력연구원에서 보유하고 있는 100 MeV 선형가속기를 사용하여 천연텅스텐과의 핵반응으로 부터 발생시켜 발생되는 감마선을 측정하여 natW(p,xn)176Re 핵반응에 대한 상대핵반응단면적을 도출하였다. 일반적으로 반감기가 짧은 동위원소에 대한 연구는 항상 짧은 시간 내에 방사능의 강도가 급격하게 작아지는 경향을 보이기 때문에 측정자체가 매우 어려운 것이 현실이다. 특히 176Re의 경우는 반감기가 5.3 분으로 상대적으로 매우 짧은 방사성핵종 중의 하나이다. 본 연구에서는 이런 짧은 반감기를 가지는 176Re 동위원소로부터 발생되는 109.08 keV 감마선을 고순도 Ge검출기를 이용하여 측정하였다. 얻어진 상대 측정값들은 1967년에 Richard G.에 의해 발표된 8 ~ 14 MeV 양성자에너지 영역에서의 결과와 이를 기반으로 계산에 의한 핵반응단면적에 대한 평가한 2019년 A. J. Koning의 결과인 TENDL-2019값과 비교분석하였다. 이 연구의 결과는 미래의 에너지원으로 알려져 있는 핵융합로의 설계, 천체 물리학, 핵의학 및 양성자치료 분야에 요긴하게 활용될 것으로 생각된다.