In high radiation fields, gamma cameras suffer from pulse pile-up, resulting in poor energy resolution, count losses, and image distortion. To overcome this problem, various methods have been introduced to reduce the size of the aperture or pixel, reject the pile-up events, and correct the pile-up events, but these technologies have limitations in terms of mechanical design and real-time processing. The purpose of this study is to develop a real-time gamma camera to evaluate the radioactive contamination in high radiation fields. The gamma camera is composed of a pinhole collimator, NaI(Tl) scintillator, position sensitive photomultiplier (PSPMT), signal processing board, and data acquisition (DAQ). The pulse pile-up is corrected in real-time with a field programmable gate array (FPGA) using the start time correction (STC) method. The STC method corrects the amplitude of the pile-up event by correcting the time at the start point of the pile-up event. The performance of the gamma camera was evaluated using a high dose rate 137Cs source. For pulse pile-up ratios (PPRs) of 0.45 and 0.30, the energy resolution improved by 61.5 and 20.3%, respectively. In addition, the image artifacts in the 137Cs radioisotope image due to pile-up were reduced.
Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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v.50
no.8
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pp.162-167
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2013
X-ray or ${\gamma}$-ray spectroscopy systems are widely used for analyzing material characteristics. Pile-up pulses are very often encountered for several reasons in XRF systems. Thus, it is necessary to reject or recover pile-up pulses to accurately analyze the material under test. In this paper, a pile up pulse rejection and recovery method is presented for XRF systems using trapezoidal pulse shaping of the input signals. Since the proposed method is based on the trapezoidal pulse shaping method widely-used in XRF systems, only two counters and a few registers are needed to implement the additional function of pile-up pulse rejection and recovery. Consequently, the proposed system is much simpler than conventional pulse reconstruction systems. It is shown that the proposed method can detect and reject pile-up pulses exactly. It is also shown that the pile-up pulses can be recovered if some conditions are satisfied.
Radiation detection systems working at high count rates suffer from the overlapping of their output electric pulses, known as pulse pile-up phenomenon, resulting in spectrum distortion and degradation of the energy resolution. Pulse tail extrapolation is a pile-up correction method which tries to restore the shifted baseline of a piled-up pulse by extrapolating the overlapped part of its preceding pulse. This needs a mathematical model which is almost always nonlinear, fitted usually by a nonlinear least squares (NLS) technique. NLS is an iterative, potentially time-consuming method. The main idea of the present study is to replace the NLS technique by an integration-based non-iterative method (NIM) for pulse tail extrapolation by an exponential model. The idea of linear extrapolation, as another non-iterative method, is also investigated. Analysis of experimental data of a NaI(Tl) radiation detector shows that the proposed non-iterative method is able to provide a corrected spectrum quite similar with the NLS method, with a dramatically reduced computation time and complexity of the algorithm. The linear extrapolation approach suffers from a poor energy resolution and throughput rate in comparison with NIM and NLS techniques, but provides the shortest computation time.
Radiation detection at high count rate suffers from pulse pile-up, where the counting data and energy information of the system are affected by the overlapping of the system output pulses. There exist various pile-up correction strategies to recover the true information of the pulses, among which pulse-tail extrapolation is a well-known method focused on in this study. Present work aims to use a mono-exponential model for extrapolating the pileup-distorted trailing edge of a pulse, to provide a reference line for calculating the true amplitude of its subsequent overlapping pulse. To this goal, the auto-regression on linear operations (ARLO) method is examined and compared with two integration-based methods (the Foss and the Matheson methods), as well as the non-linear least squares (NLS) method. Despite a higher sensitivity to noise, the ARLO method was able to provide a simple, non-iterative solution with a performance over 400 times faster than the NLS algorithm, according to the analysis of a high count rate set of experimental pulses from a NaI(Tl) detection system. Foss and Matheson methods also provided solutions reasonably faster than NLS (but not surpassing ARLO), performing exactly the same as each other with results very close to NLS, benefiting from their non-iterative nature.
A technique for the reduction of pulse pile-up effect in digital pulse-shape discrimination (PSD) of neutrons and gamma-rays with organic scintillation detectors is presented. The technique is based on an electronic reduction of the effective decay-time constant of scintillation pulses while retaining the PSD information of the pulses. The experimental results obtained with a NE213 liquid scintillation detector in a mixed radiation field of neutrons and gamma-rays are presented, demonstrating a figure of merit (FOM) of 1.20 ± 0.05 with an energy threshold of 350 keVee (electron equivalent energy) when the effective length of the pulses is reduced to 50 ns.
The Monte Carlo simulation code CEARPPU has been developed and updated to provide pulse pile-up correction spectra for high counting rate cases. For neutron activation analysis, CEARPPU correction spectra were used in library least-squares method to give better isotopic activity results than the convention library least-squares fitting with uncorrected spectra.
Since the early forties, researchers from around the world have been studying the phenomenon of deadtime in radiation detectors. Many have attempted to develop models to represent this phenomenon. Two highly idealized models; paralyzable and non-paralyzable are commonly used by most individuals involved in radiation measurements. Most put little thought about the operating conditions and applicability of these ideal models for their experimental conditions. So far, there is no general agreement on the applicability of any given model for a specific detector under specific operating conditions, let alone a universal model for all detectors and all operating conditions. Further the related problem of pile-up is often confused with the deadtime phenomenon. Much work, is needed to devise a generalized and practical solution to these related problems. Many methods have been developed to measure and compensate for the detector deadtime count loss, and many researchers have addressed deadtime and pulse pile-up. The goal of this article is to summarize the state of science of deadtime; measurement and compensation techniques as proposed by some of the most significant work on these topics and to review the deadtime correction models applicable to present day radiation detection systems.
KHNP had licensed Dynamic Control rod Reactivity Measurement (DCRM) method using detector current signals of PWRs in 2006. The method has been applied to all PWRs in Korea for about 15 years successfully. However, the original method was inapplicable to PWRs using low-sensitivity integral fission chamber as ex-core detectors because of their pulse pile-up and the nonlinearity of the mean-square voltage at low power region. Therefore, to overcome this disadvantage, a modified method, DCRM-EK, was developed using kinetics behavior after equilibrium condition where the pulse counts maintain the maximum value before pulse pile-up. Overall measurement, analysis procedure, and related computer codes were changed slightly to reflect the site test condition. The new method was applied to a total of 15 control rods of 1000 MWe and 1400 MWe PWRs in Korea with worths in the range of 200 pcm -1200 pcm. The results show the average difference of -0.4% and the maximum difference of 7.1% compared to the design values. Therefore, the new DCRM-EK will be applied to PWRs using low sensitivity integral fission chambers, and also can replace the original DCRM when the evaluation fails by big noises present in current or voltage signals of uncompensated/compensated ion chambers.
This is the pre-study to pile up the basic technique for the electro-discharge machining in the field of micro-drilling. The machined chips are flowed out from the machining area by the flow arisen from the high speed rotation of the electrode. The cylindrical shape electrode, whose diameter is 0.5mm, is clamped by the three point clamping type clamper and the clamper is attached at the front shaft of the high speed rotating DC motor. The current for machining is controlled by pulse width modulation technique and the machining conditions such as frequency and duty ratio are changed to find out the effect of the variables for machined results.
Ivan Rene Morales;Maria Liz Crespo;Mladen Bogovac;Andres Cicuttin;Kalliopi Kanaki;Sergio Carrato
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.2
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pp.745-752
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2024
A method for gamma/neutron event classification based on frequency-domain analysis for mixed radiation environments is proposed. In contrast to the traditional charge comparison method for pulse-shape discrimination, which requires baseline removal and pulse alignment, our method does not need any preprocessing of the digitized data, apart from removing saturated traces in sporadic pile-up scenarios. It also features the identification of neutron events in the detector's full energy range with a single device, from thermal neutrons to fast neutrons, including low-energy pulses, and still provides a superior figure-of-merit for classification. The proposed frequency-domain analysis consists of computing the fast Fourier transform of a triggered trace and integrating it through a simplified version of the transform magnitude components that distinguish the neutron features from those of the gamma photons. Owing to this simplification, the proposed method may be easily ported to a real-time embedded deployment based on Field-Programmable Gate Arrays or Digital Signal Processors. We target an off-the-shelf detector based on a small CLYC (Cs2LiYCl6:Ce) crystal coupled to a silicon photomultiplier with an integrated bias and preamplifier, aiming at lightweight embedded mixed radiation monitors and dosimeter applications.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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