Xiongjie Zhang;Bin Tang ;Geng Nian;Haitao Wang ;Lijiao Zhang ;Yan Zhang ;Rui Chen ;Zhifeng Liu ;Jinhui Qu
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.7
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pp.2572-2577
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2023
A field determination method for small D-T neutron source yield based on the oxygen prompt gamma rays was established. A neutron-gamma transport equation of the determination device was developed. Two yield field determination devices with a thickness of 20 mm and 50 mm were made. The count rates of the oxygen prompt gamma rays were calculated using three energy spectra processing approaches, which were the characteristic peak of 6.13 MeV, the overlapping peak of 6.92 MeV and 7.12 MeV, and the total energy area. The R-square of the calibration curve is better than 94% and the maximum error of the yield test is 5.21%, demonstrating that it is feasible to measure the yield of D-T neutron source by oxygen prompt gamma rays. Additionally, the results meet the requirements for field determination of the conventional D-T neutron source yield.
J. Byun ;J. Seo ;Y. Kim;J. Park;K. Shin ;W. Lee ;K. Lee ;K. Kim;B. Park
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.3
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pp.1031-1035
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2023
Neutron is an indirectly ionizing particle without charge, which is normally measured by detecting reaction products. Neutron detection system based on measuring gadolinium-converted gamma-rays is a good way to monitor the neutron because the representative prompt gamma-rays of gadolinium have low energies (79, 89, 182, and 199 keV). Low energy gamma-rays and their high attenuation coefficient on materials allow the simple design of a detector easier to manufacture. Thus, we designed a cadmium zinc telluride detector to investigate feasibility of simultaneous detection of gamma-rays and neutrons by using the Monte-Carlo simulation, which was divided into two parts; first was gamma-detection part and second was gamma- and neutron-simultaneous detection part. Consequently, we confirmed that simultaneous detection of gamma-rays and neutrons could be feasible and valid, although further research is needed for adoption on real detection.
$^{68}Ga$ was eluted from a $^{68}Ge/^{68}Ga$ radionuclide generator. $^{68}Ga$ decays into $^{68}Zn$, with a half life=67.8min. The decay is 88.9 % by ${\beta}$+ and 11.1 % by EC. The main ${\beta}$+ decay (87.7 %) is to the ground level of $^{68}Zn$ and it is a pure positron emission branch. A small fraction decays ${\beta}$+ (1.2 %) into an excited level of $^{68}Zn$, which promptly decays into the ground level with a ${\gamma}$ (1.077 Mev). This can constitute prompt gamma contamination in the PET data, if the 1.077 Mev ${\gamma}$ has a scatter interaction in the patient, and generates a lower energy ${\gamma}$ in coincidence with the positron annihilation pair. The purpose of this study was to evaluate standardized uptake value(SUV) before and after applying prompt gamma rays correction on $^{68}Ga$-DOTATOC PET/CT image. Fifty patient underwent PET/CT 1 hour after injection of the $^{68}Ga$-DOTATOC. The SUVmax and SUVmean of lesions and normal tissues (Pituitary, Lung, Liver, Spleen, Kidney, Intestine) were evaluated before and after applying prompt gamma correction on $^{68}Ga$-DOTATOC PET/CT image. Additionally, the SUVmax of each lesions and SUVmean of the soft tissues were measured on images. and target to background ratios (TBR) were calculated as quantitative indices. Among 15 patients, 25 of lesions (Pancreas, Liver, Thoracic Spine, Brain) with increased uptake on $^{68}Ga$-DOTATOC PET/CT image. SUVmax and SUVmean were increased in lesion site and normal tissue after prompt gamma rays correction. TBR was $51.51{\pm}49.28$ and $55.50{\pm}53.12$ before and after prompt gamma rays correction, respectively. (p<0.0001)
In this study, the images of specific prompt gamma (PG)-rays of 719 keV emitted from proton-boron reactions were analyzed using single-photon emission computed tomography (SPECT). Quantitative evaluation of the images verified the detection of anatomical changes in tumors, one of the important factors in daily adaptive proton therapy (DAPT) and verified the possibility of application of the PG-ray images to DAPT. Six scenarios were considered based on various sizes and locations compared to the reference virtual tumor to observe the anatomical alterations in the virtual tumor. Subsequently, PG-rays SPECT images were acquired using the modified ordered subset expectation-maximization algorithm, and these were evaluated using quantitative analysis methods. The results confirmed that the pixel range and location of the highest value of the normalized pixel in the PG-rays SPECT image profile changed according to the size and location of the virtual tumor. Moreover, the alterations in the virtual tumor size and location in the PG-rays SPECT images were similar to the true size and location alterations set in the phantom. Based on the above results, the tumor anatomical alterations in DAPT could be adequately detected and verified through SPECT imaging using the 719 keV PG-rays acquired during treatment.
Although it is agreed that the gamma-ray bursts (GRBs) invoke highly relativistic jets with bulk Lorentz factors of a few hundreds, the exact physical mechanism producing such powerful gamma-rays still remains debated. Three outstanding and important questions in the field concern (1) the composition of GRB jets (i.e., matter-dominated vs Poynting-flux-dominated), (2) the involved radiative process responsible for the observed gamma-rays (i.e., synchrotron mechanism vs photospheric radiation), and (3) the distance of the emitting region from the central engine where the prompt gamma-rays are released (i.e., ~10^12 cm vs 10^14 cm vs 10^16 cm). I will present recent important breakthroughs that we have made, which answer these three questions.
This paper introduces a novel concept of the pulsed neutron facility (PNF) for maximizing the production of the thermal neutrons and its application to medical use based on prompt gamma neutron activation analysis (PGNAA) using Monte Carlo simulations. The PNF consists of a compact D-T neutron generator, a graphite pile, and a detection system using Cadmium telluride (CdTe) detector arrays. The configuration of fuel pins in the graphite monolith and the design and materials for the moderating layer were studied to optimize the thermal neutron yields. Biological samples - normal and cancerous breast tissues - including chlorine, a trace element, were used to investigate the sensitivity of the characteristic γ-rays by neutron-trace material interactions and the detector responses of multiple particles. Around 90 % of neutrons emitted from a deuterium-tritium (D-T) neutron generator thermalized as they passed through the graphite stockpile. The thermal neutrons captured the chlorines in the samples, then the characteristic γ-rays with specific energy levels of 6.12, 7.80 and 8.58 MeV were emitted. Since the concentration of chlorine in the cancerous tissue is twice that in the normal tissue, the count ratio of the characteristic g-rays of the cancerous tissue over the normal tissue is approximately 2.
For the design and set-up of neutron induced prompt ${\gamma}$-ray spectroscopy system using $^{252}Cf$ neutron source, the effects of shielding and moderator materials have been examined. The $^{252}Cf$ source being used for TLD badge calibration in Korea Atomic Energy Research Institute was utilized for this preliminary experiment. The ${\gamma}$-ray background and prompt ${\gamma}$-ray spectrum of the sample containing Cl were measured using HPGe (GMX 60% relative efficiency) located at the inside of the system connected to notebook PC at the outside of the system (about 20 meter distance). The background activities of neutron and ${\gamma}$-rays were measured with neutron survey meter as well as ${\gamma}$-ray survey meters, respectively and the system was designed to minimize the activities. Prompt ${\gamma}$-ray spectrum was measured using ${\gamma}$-${\gamma}$ coincident system for reduce the background and the continuum spectrum. The optimum system was designed and set up using the experimental data obtained.
Hramco, C.;Turlybekuly, K.;Borzakov, S.B.;Gundorin, N.A.;Lychagin, E.V.;Nehaev, G.V.;Muzychka, A. Yu;Strelkov, A.V.;Teymurov, E.
Nuclear Engineering and Technology
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v.54
no.8
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pp.2999-3005
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2022
The new experimental setup has been built at the 11b channel of the IBR-2 research reactor at FLNP, JINR, to study the elemental composition of samples by registration of prompt gamma emission during thermal neutron capture. The setup consists of a curved mirror neutron guide and a radiation-resistant HPGe high-purity germanium detector. The detector is surrounded by lead shielding to suppress the natural background gamma level. The sample is placed in a vacuum channel and surrounded by a LiF shield to suppress the gamma background generated by scattered neutrons. This work presents characteristics of the experimental setup. An example of hydrogen concentration determining in a diamond powder made by detonation synthesis is given and on its basis, the sensitivity of the setup is calculated being ~4 ㎍.
A prompt gamma-ray neutron activation (PGNA) system was simulated by the Monte Carlo N-Particle transport code (MCNP-4A) to estimate the level at which the scattered photon fluence rate, the absolute efficiency of the HPGe-detector, the volume of the concrete sample and the $^{35}$ /Cl(n, ${\gamma}$) reaction rate in this sample contribute to the count rate in the NaCl concentration measurement. The n- ${\gamma}$ fluence rates at the ST-2 beam tube exit of the HANARO reactor were used as input data, and the GAMMA-X type HPGe detector was modeled to tally 1.1649 MeV ${\gamma}$ -rays emitted from the $^{35}$ Cl(n, ${\gamma}$) reaction in the concrete sample. For three cylindrical concrete samples of 13.8, 46.8 and 157.1 ㎤ volumes, respectively, the relations between the NaCl weight fractions of 0.1, 1, 2 and 5 % in each of the concrete samples and the 1.1 649 MeV pulses created in the HPGe detector model were studied. As a result, it was found that the count rate at the same NaCl concentration nearly depends on the volume of the samples in a simulated condition of the same NaCl concentration samples, and that the linearities of the NaCl concentration calibration curves were reasonable in the narrow range of the NaCl weight fraction.
Kim, Hui-Gyeong;Hong, Yong-Ho;Jung, Young-Seok;Kim, Jae-Hyun;Park, Sooyeun
Journal of radiological science and technology
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v.43
no.6
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pp.481-487
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2020
Radiation measurement technology has steadily improved and its usage is expanding in various industries such as nuclear medicine, security search, satellite, nondestructive testing, environmental industries and the domain of nuclear power plants (NPPs). Especially, the simultaneous measurements of gamma rays and neutrons can be even more critical for nuclear safety management of spent nuclear fuel and monitoring of the nuclear material. A semiconductor detector comprising cadmium, zinc, and tellurium (CZT) enables to detect gamma-rays due to the significant atomic weight of the elements via immediate neutron and gamma-ray detection. Semiconductor sensors might be used for nuclear safety management by monitoring nuclear materials and spent nuclear fuel with high spatial resolution as well as providing real-time measurements. We aim to introduce a portable nuclide-analysis device that enables the simultaneous measurements of neutrons and gamma rays using a CZT sensor. The detector has a high density and wide energy band gap, and thus exhibits highly sensitive physical characteristics and characteristics are required for performing neutron and gamma-ray detection. Portable nuclide-analysis device is used on NPP-decommissioning sites or the purpose of nuclear nonproliferation, it will rapidly detect the nuclear material and provide radioactive-material information. Eventually, portable nuclide-analysis device can reduce measurement time and economic costs by providing a basis for rational decision making.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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