With the advent of inexpensive computing power over the past two decades, applications of Monte Carlo radiation transport techniques have proliferated dramatically. At Los Alamos, the Monte Carlo codes MCNP5 and MCNPX are used routinely on personal computer platforms for radiation shielding analysis and dosimetry calculations. These codes feature a rich palette of variance reduction (VR) techniques. The motivation of VR is to exchange user efficiency for computational efficiency. It has been said that a few hours of user time often reduces computational time by several orders of magnitude. Unfortunately, user time can stretch into the many hours as most VR techniques require significant user experience and intervention for proper optimization. It is the purpose of this paper to outline VR strategies, tested in practice, optimized for several common radiation shielding tasks, with the hope of reducing user setup time for similar problems. A strategy is defined in this context to mean a collection of MCNP radiation transport physics options and VR techniques that work synergistically to optimize a particular shielding task. Examples are offered in the areas of source definition, skyshine, streaming, and transmission.
High-energy proton accelerators continue to be increasingly used in medical, research and industrial settings. However, due to the high energy of protons, a large number of secondary radiation occurs. Among them, neutrons are accompanied by difficulties of shielding due to various energy distribution and permeability. So In this study, we propose a shielding method that can shield neutrons most efficiently by using multiple-shielding material used as a decelerating agent or absorbent as well as a single concrete shielding. The flux of secondary neutrons showed a greater decrease in the flux rate when heavy concrete was used than in the case of ordinary concrete, and the maximum flux reduction was observed at the front position when using multiple shields. Multiple shielding can increase shielding efficiency more than single shielding however, As the thickness of the multiple shielding materials increased, the decline in flux was saturated. The mixture material showed higher shielding results than the polyethylene when using boron carbonate.
Radiation causes radiation hazards in the human body. In Korea, a case of radiation necrosis occurred in 2014. In this study, the scatter and shielding efficiency according to lead shielding were classified into epidermis and dermis for 0.511 MeV used in nuclear medicine. In this study, experiments were conducted using the slab phantom that represents calibration and the dose of human trunk. Experimental results showed that the shielding rate of 0.25 mmPb was 180% in the epidermis and 96% in the dermis. Shielding at 0.5mmPb showed shielding rates of 158%in the epidermis and 82% in the dermis. As a result of measuring the absorbed dose by subdividing the thickness of the dermis into 0.5 mm intervals, when the shielding was carried out at 0.25 mmPb, the dose appeared to be about 120% at 0.5 mm of the dermis surface, and the dose was decreased at the subsequent depth. Shielding at 0.5 mmPb, the dose appeared to be about 101% at the surface 0.5 mm, and the dose was measured to decrease at the subsequent depth. This result suggests that when lead aprons are actually used, the scattering rays would be sufficiently removed due to the spaces generated by the clothes and air, Therefore, the scattered ray generated from lead will not reach the human body. The ICRU defines the epidermis (0.07), in which the radiation-induced damage of the skin occurs, as the dose equivalent. If the radiation dose of the dermis is considered in addition, it will be helpful for the evaluation of the prognosis for radiation hazard of the skin.
Soils are porous materials with high shielding capability to attenuate gamma and X-rays. The disposal of radionuclides throughout the soil profile can expose the living organisms to ionizing radiation. Thus, studies aiming to analyze the shielding properties of the soils are of particular interest for radiation shielding. Investigations on evaluating the shielding capabilities of highly weathered soils are still scarce, meaning that additional research is necessary to check their efficiency to attenuate radiation. In this study, the radiation shielding properties of contrasting soils were evaluated. The radiation interaction parameters assessed were attenuation coefficients, mean free path, and half- and tenth-value layers. At low photon energies, the photoelectric absorption contribution to the attenuation coefficient predominated, while at intermediate and high photon energies, the incoherent scattering and pair production were the dominant effects. Soils with the highest densities presented the best shielding properties, regardless of their chemical compositions. Increases in the attenuation coefficient and decreases in shielding parameters of the soils were associated with increases in clay, Fe2O3, Al2O3, and TiO2 amounts. In addition, this paper provides a comprehensive description of the shielding properties of weathered soils showing the importance of their granulometric fractions and oxides to the attenuation of the radiation.
This article is designed to look into the radiation exposure dose to each body part and the shielding effect for workers using an additional shielding to reduce their radiation exposured by scattering radiation which is generated in a space between the operating table and lead curtain during interventional radiology(IR) procedures. After placing a human phantom on the table of SIEMENS' angiography machine, the following measurements were taken, depending on the presence of an additional shield of lead equivalent of 0.25 mmPb, manufactured for this purpose: dose to gonad, dose to an area where the personal dosimeter is placed, and dose to an area of eye lens is located. An ion chamber(chamber volume 1,800 cc) was utilized to measure scattering radiation. The two imaging tests were carried out as follows: fluoroscopy of the abdomen (66 kV, 100 mA, 60 seconds) and of the head (70 kV, 65 mA, 60 seconds); and digital subtraction angiography(DSA) of the abdomen (67 kV, 264 mA, 20 seconds) and of the head (79 kV, 300 mA, 20 seconds). In all the experiments, the shielding efficiency of the gonad position was the largest at 59.8%. In case an additional shielding was used as protection against scattering radiation that came through the operating table and the lead curtain during an IR, the radiation shielding efficiency was estimated to be up to 59.8%, leading to a conclusion that its presence may effectively reduce the radiation exposure dose of medical staffs.
Gediminas Stankunas ;Yuefeng Qiu ;Francesco Saverio Nitti ;Juan Carlos Marugan
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.4
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pp.1210-1217
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2023
The assessment of radiation fields in the lithium loop pipes and dump tank during the operation were performed for International Fusion Materials Irradiation Facility - DEMO-Oriented NEutron Source (IFMIF-DONES) in order to obtain the radiation dose-rate maps in the component surroundings. Variance reduction techniques such as weight window mesh (produced with the ADVANTG code) were applied to bring the statistical uncertainty down to a reasonable level. The biological dose was given in the study, and potential shielding optimization is suggested and more thoroughly evaluated. The MCNP Monte Carlo was used to simulate a gamma particle transport for radiation shielding purposes for the current Li Systems' design. In addition, the shielding efficiency was identified for the Impurity Control System components and the dump tank. The analysis reported in this paper takes into account the radiation decay source from and activated corrosion products (ACPs), which is created by d-Li interaction. As a consequence, the radiation (resulting from ACPs and Be-7) shielding calculations have been carried out for safety considerations.
The purpose of this study is to estimating the possibility of manufacturing radiation shielding sheet by searching for environmentally friendly materials suitable for medical environment of medical radiation shielding. There are many tungsten products which are currently used as shielding materials in place of lead, but there are small problems in the mass production of lightweight shielding sheets due to economical efficiency. To solve these problems, a lightweight, environmentally friendly material with economical efficiency is required. In this study, Barium sulphate and Iodine were proposed. Both materials are already used as contrast medias in radiography, and it is predicted that the shielding effect will be sufficient in a certain region as a shielding material because of the characteristic of absorbing radiation. Therefore, in this study, we used a Monte Carlo simulation to simulate radiation shielding materials. When it is a contrast agent such as Barium sulfate and Iodine, the radiation absorption effect in the high energy region appears greatly, and the effectiveness of the two shielding substance in the energy region of the star with thickness of 120 kVp is also evaluated in the medical radiation imaging region. Simulated estimation results it was possible to estimate the effectiveness of shielding for all two substances. Iodine has higher shielding effect than barium sulfate, 0.05 mm thick appears great effect. Therefore, the Monte Carlo simulation confirms that iodine, which is a radiological contrast agent, is also usable as barium sulfate in the production of radiation shielding sheets.
Singh, Vishwanath P.;Tekin, Huseyin O.;Badiger, Nagappa M.;Manici, Tubga;Altunsoy, Elif E.
Journal of Radiation Protection and Research
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v.43
no.1
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pp.20-28
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2018
Background: Heat energy produced in nuclear reactors and nuclear fuel cycle facilities interactions modifies the physical properties of the shielding materials containing water content. Therefore, in the present paper, effect of the heat on shielding effectiveness of the concretes is investigated for gamma and neutron. The mass attenuation coefficients, effective atomic numbers, fast neutron removal cross-section and exposure buildup factors. Materials and Methods: The mass attenuation coefficients, effective atomic numbers, fast neutron removal cross-section and exposure buildup factors of ordinary and heavy concretes were investigated using NIST data of XCOM program and Geometric Progression method. Results and Discussion: The improvement in shielding effectiveness for photon and reduction in fast neutron for ordinary concrete was observed. The change in the neutron shielding effectiveness was insignificant. Conclusion: The present investigation on interaction of gamma and neutron radiation would be very useful for assessment of shielding efficiency of the concrete used in high temperature applications such as reactors.
Kim, Taeman;Seo, Myungwhan;Cho, Chunhyung;Cha, Gilyong;Kim, Soonyoung
Journal of Radiation Protection and Research
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v.40
no.2
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pp.92-100
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2015
For the purpose of improving the efficiency of the radiation impact assessment of dry interim storage facilities for the spent nuclear fuel of pressurized water reactors (PWRs), radiation impact assessment was performed after the application of sensitivity assessment according to the radiation source term designation method, development of a 2-step calculation technique, and cooling time credit. The present study successively designated radiation source terms in accordance with the cask arrangement order in the shielding building, assessed sensitivity, which affects direct dose, and confirmed that the radiation dosage of the external walls of the shielding building was dominantly affected by the two columns closest to the internal walls. In addition, in the case in which shielding buildings were introduced into storage facilities, the present study established and assessed the 2-step calculation technique, which can reduce the immense computational analysis time. Consequently, results similar to those from existing calculations were derived in approximately half the analysis time. Finally, when radiation source terms were established by adding the storage period of the storage casks successively stored in the storage facilities and the cooling period of the spent nuclear fuel, the radiation dose of the external walls of the buildings was confirmed to be approximately 40% lower than the calculated values; the cooling period was established as being identical. The present study was conducted to improve the efficiency of the Monte Carlo shielding analysis method for radiation impact assessment of interim storage facilities. If reliability is improved through the assessment of more diverse cases, the results of the present study can be used for the design of storage facilities and the establishment of site boundary standards.
The lead element or its salts are good radiation shielding materials. However, their toxic effects are high. Due to less toxicity of bismuth salts, the radiation shielding properties of the bismuth salts have been investigated and compared to that of lead salts to establish them as a better alternative to radiation shielding material to the lead element or its salts. The transmission geometry was utilized to measure the mass attenuation coefficient (${\mu}/{\rho}$) of different salts containing lead and bismuth using a high-resolution HPGe detector and different energies (between 81 and 1333 keV) emitted from point sources of $^{133}Ba$, $^{57}Co$, $^{22}Na$, $^{54}Mn$, $^{137}Cs$, and $^{60}Co$. The experimental ${\mu}/{\rho}$ results are compared with the theoretical values obtained through WinXCOM program. The theoretical calculations are in good agreement with their experimental ones. The radiation protection efficiencies, mean free paths, effective atomic numbers and electron densities for the present compounds were determined. The bismuth fluoride ($BiF_3$) is found to have maximum radiation protection efficiency among the selected salts. The results showed that present salts are more effective for reducing the intensity of gamma photons at low energy region.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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