Based on the convolutional neural network (CNN), a novel technique is investigated for lost gamma source detection in a room. The CNN is trained with the result of a GEANT4 simulation containing a gamma source inside a meshed room. The dataset for the training process is the deposited energy in the meshes of different n-step paths. The neural network is optimized with parameters such as the number of input data and path length. Based on the proposed method, the place of the gamma source can be recognized with reasonable accuracy without human intervention. The results show that only by 5 measurements of the energy deposited in a 5-step path, (5 sequential points 50 cm apart within 1600 meshes), the gamma source location can be estimated with 94% accuracy. Also, the method is tested for the room geometry containing the interior walls. The results show 90% accuracy with the energy deposition measurement in the meshes of a 5-step path.
Park, So-Hyun;Rah, Jeong-Eun;Shin, Jung-Wook;Park, Sung-Yong;Yoon, Sei-Chul;Jung, Won-Gyun;Suh, Tae-Suk
Progress in Medical Physics
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v.20
no.4
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pp.225-234
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2009
Geant4 (GEometry ANd Tracking) provides various packages specialized in modeling electromagnetic interactions. The validation of Geant4 physics models is a significant issue for the applications of Geant4 based simulation in medical physics. The purpose of this study is to evaluate accuracy of Geant4 electromagnetic physics for proton therapy. The validation was performed both the Continuous slowing down approximation (CSDA) range and the stopping power. In each test, the reliability of the electromagnetic models in a selected group of materials was evaluated such as water, bone, adipose tissue and various atomic elements. Results of Geant4 simulation were compared with the National Institute of Standards and Technology (NIST) reference data. As results of comparison about water, bone and adipose tissue, average percent difference of CSDA range were presented 1.0%, 1.4% and 1.4%, respectively. Average percent difference of stopping power were presented 0.7%, 1.0% and 1.3%, respectively. The data were analyzed through the kolmogorov-smirnov Goodness-of-Fit statistical analysis test. All the results from electromagnetic models showed a good agreement with the reference data, where all the corresponding p-values are higher than the confidence level $\alpha=0.05$ set.
A new task of using the Jacobian-Free-Newton-Krylov (JFNK) method for the PWR core transient simulations involving neutronics, thermal hydraulics and mechanics is conducted. For the transient scenario of PWR, normally the Picard iteration of the coupled coarse-mesh nodal equations and parallel channel TH equations is performed to get the transient solution. In order to solve the coupled equations faster and more stable, the Newton Krylov (NK) method based on the explicit matrix was studied. However, the NK method is hard to be extended to the cases with more physics phenomenon coupled, thus the JFNK based iteration scheme is developed for the nodal method and parallel-channel TH method. The local gap conductance is sensitive to the gap width and will influence the temperature distribution in the fuel rod significantly. To further consider the local gap conductance during the transient scenario, a 1D mechanics model is coupled into the JFNK scheme to account for the fuel thermal expansion effect. To improve the efficiency, the physics-based precondition and scaling technique are developed for the JFNK iteration. Numerical tests show good convergence behavior of the iterations and demonstrate the influence of the fuel thermal expansion effect during the rod ejection problems.
The optimized design of a Neutron Activation Analysis (NAA) system, including Delayed Gamma NAA (DGNAA) and Prompt Gamma NAA (PGNAA), has been proposed in this research based on Mevex Linac with 5 MeV electron energy and 50 kW power as a neutron source. Based on the MCNPX 2.6 simulation, the optimized configuration contains; tungsten as an electron-photon converter, BeO as a photoneutron target, BeD2 and plexiglass as moderators, and graphite as a reflector and collimator, as well as lead as a gamma shield. The obtained thermal neutron flux at the beam port is equal to 2.06 × 109 (# /cm2.s). In addition, using the optimized neutron beam, the detection limit has been calculated for some elements such as H-1, B-10, Na-23, Al-27, and Ti-48. The HPGe Coaxial detector has been used to measure gamma rays emitted by nuclides in the sample. By the results, the proposed system can be an appropriate solution to measure the concentration and toxicity of elements in different samples such as food, soil, and plant samples.
Based on Zernike polynomial fitting, we propose an algorithm believed to be new for interferometric measurements of rotationally asymmetric surface deviation of optics. This method tests and calculates each angular surface by choosing specified rotation angles with lowest error. The entire figure can be obtained by superimposing these sub-surfaces. Simulation and experiment studies for verifying the proposed algorithm are presented. The results show that the accuracy of the proposed method is higher than single-rotation algorithm and almost comparable to the rotation-averaging algorithm with fewer rotation measurements. The new algorithm can achieve a balance between the efficiency and accuracy.
OpenMC is a community-driven open-source Monte Carlo neutron and photon transport simulation code. The Weight Window Mesh (WWM) function and an automatic Global Variance Reduction (GVR) method was recently developed and implemented in a developmental branch of OpenMC. This WWM function and GVR method broaden OpenMC's usage in general purposes deep penetration shielding calculations. However, the Local Variance Reduction (LVR) method, which suits the source-detector problem, is still missing in OpenMC. In this work, the Weight Window Generator (WWG) function has been developed and benchmarked for the same branch. This WWG function allows OpenMC to generate the WWM for the source-detector problem on its own. Single-material cases with varying shielding and sources were used to benchmark the WWG function and investigate how to set up the particle histories utilized in WWG-run and WWM-run. Results show that there is a maximum improvement of WWM generated by WWG. Based on the above results, instructions on determining the particle histories utilized in WWG-run and WWM-run for optimal computation efficiency are given and tested with a few multi-material cases. These benchmarks demonstrate the ability of the OpenMC WWG function and the above instructions for the source-detector problem. This developmental branch will be released and merged into the main distribution in the future.
The Molten Salt Reactor (MSR), one of the six advanced reactor types of the 4th generation nuclear energy systems, has many impressive features including economic advantages, inherent safety and nuclear non-proliferation. This paper introduces a system analysis code named TREND, which is developed and used for the steady and transient simulation of MSRs. The TREND code calculates the distributions of pressure, velocity and temperature of single-phase flows by solving the conservation equations of mass, momentum and energy, along with a fluid state equation. Heat structures coupled with the fluid dynamics model is sufficient to meet the demands of modeling MSR system-level thermal-hydraulics. The core power is based on the point reactor neutron kinetics model calculated by the typical Runge-Kutta method. An incremental PID controller is inserted to adjust the operation behaviors. The verification and validation of the TREND code have been carried out in two aspects: detailed code-to-code comparison with established thermal-hydraulic system codes such as RELAP5, and validation with the experimental data from MSRE and the CIET facility (the University of California, Berkeley's Compact Integral Effects Test facility).The results indicate that TREND can be used in analyzing the transient behaviors of MSRs and will be improved by validating with more experimental results with the support of SINAP.
Yalong Yang;Yong Wu;Lizhen Liang;Jianglong Wei;Rui Zhang;Yahong Xie;Wei Liu;Chundong Hu
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.4
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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.
The Journal of Korean Institute of Next Generation Computing
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v.15
no.4
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pp.51-61
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2019
In this paper, we have implemented soil simulation using fluid simulation technology. A widely used NVIDIA FleX was used to represent the soil generated by excavation work. FleX is a particle-based physics simulation library that combines SPH (Smoothed-particle hydrodynamics) and Position Based Dynamics techniques. However, since the soil has not only fluid properties but also non-fluid properties, it is difficult to simulate with the functions provided by conventional FleX. In this study, we added a technique to simulate non-fluid behavior using existing Flex. This can lead to effective results improvement at low cost.
To realistically produce fluids such as smoke for the visual effects in the films or animations, we need two main processes: a physics-based modeling of smoke and a rendering of smoke simulation data, based on light transport theory. In the computer graphics community, the physics-based fluids simulation is generally adopted for smoke modeling. Recently, the interest of the particle-based Lagrangian simulation methods is increasing due to the advantages at simulation time, instead of the grid-based Eulerian simulation methods which was widely used. As a result, because the smoke rendering technique depends heavily on the modeling method, the research for rendering of the particle-based smoke data still remains challenging while the research for rendering of the grid-based smoke data is actively in progress. This paper focuses on realistic rendering technique for the smoke particles produced by Lagrangian simulation method. This paper introduces a technique which is called particle map, that is the expansion and modification of photon mapping technique for the particle data. And then, this paper suggests the novel particle map technique and shows the differences and improvements, compared to previous work. In addition, this paper presents irradiance map technique which is the pre-calculation of the multiple scattering term in the volume rendering equation to enhance efficiency at rendering time.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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