Yao Wu;Bin Liu;Xiaowei Su;Songqian Tang;Mingfei Yan;Liangming Pan
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.2
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pp.520-525
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2024
The optimization design problem of nuclear reactor radiation shield is a typical multi-objective optimization problem with almost 10 sub-objectives and the sub-objectives are always demanded to be under tolerable limits. In this paper, a design method combining multi-objective optimization algorithms with paralleling discrete ordinate transportation code is developed and applied to shield design of the Savannah nuclear reactor. Three approaches are studied for light-weighted and compact design of radiation shield. Comparing with directly optimization with 10 objectives and the single-objective optimization, the approach by setting sub-objectives representing weight and volume as optimization objectives while treating other sub-objectives as constraints has the best performance, which is more suitable to reactor shield design.
The design of thermal radiation shield cooled by a cryocooler is presented. This study is motivated mainly by our recent development of prototype superconducting magnet system for the Cyclotron K120. The superconducting magnet system is composed of the magnet cryostat, transfer line and supply cryostat. In order to minimize thermal radiation load, the superconducting coil form in the magnet cryostat is enclosed by the thermal radiation shield which is thermally connected to the first-stage cold head of a two-stage cryocooler in the supply cryostat. Since the supply cryostat is located far from the magnet cryostat large temperature gradient along the thermal shield is unavoidable. In this paper, the thermal radiation shield is optimized to minimize temperature gradient with taking into account the cryogenic load, system structure and electrical load. The effect of heat source from thermal conduction through mechanical supports on the temperature distribution of thermal radiation shield is also discussed.
Khan, M J H;Rahman, M;Ahmed, F U;Bhuiyan, S I;Haque, A;Zulquarnain, A
Journal of Radiation Protection and Research
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v.32
no.4
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pp.190-193
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2007
The objective of this study is to recommend the radiation protection design parameters from the shielding point of view for concrete wall between the decay tank room and the primary pump room in TRIGA Mark-II Research Reactor Facility. The shield design for this concrete wall has been performed with the help of Point-kernel Shielding Code Micro-Shield 5.05 and this design was also validated based on the measured dose rate values with Radiation Survey Meter (G-M Counter) considering the ICRP-60 (1990) recommendations for occupational dose rate limit ($10{\mu}Sv/hr$). The recommended shield design parameters are: (i) thickness of 114.3 cm Ilmenite-Magnetite Concrete (IMC) or 129.54 cm Ordinary Reinforced Concrete (ORC) for concrete wall A (ii) thickness of 66.04 cm Ilmenite-Magnetite Concrete (IMC) or 78.74 cm Ordinary Reinforced Concrete (ORC) for concrete wall B and (iii) door thickness of 3.175 cm Mild Steel (MS) on the entrance of decay tank room. In shielding efficiency analysis, the use of I-M concrete in the design of this concrete wall shows that it reduced the dose rate by a factor of at least 3.52 times approximately compared to ordinary reinforced concrete.
The safety of electronic components used in aerospace systems against cosmic rays is one of the most important requirements in their design and construction (especially satellites). In this work, by calculating the dose caused by proton beams in geostationary Earth orbit (GEO) orbit using the MCNPX Monte Carlo code and the MULLASSIS code, the effect of different structures in the protection of cosmic rays has been evaluated. A multi-layer radiation shield composed of aluminum, water and polyethylene was designed and its performance was compared with shielding made of aluminum alone. The results show that the absorbed dose by the simulated protective layers has increased by 35.3% and 44.1% for two-layer (aluminum, polyethylene) and three-layer (aluminum, water, polyethylene) protection respectively, and it is effective in the protection of electronic components. In addition to that, by replacing the multi-layer shield instead of the conventional aluminum shield, the mass reduction percentage will be 38.88 and 39.69, respectively, for the two-layer and three-layer shield compared to the aluminum shield.
The traditional methods for radiation shield design always only focus on either the structure or the components of the shields rather than both of them at the same time, which largely affects the shielding performance of the facilities, so in this paper, a novel method for designing the structure and components of shields simultaneously is put forward to enhance the shielding ability. The method is developed by using the genetic algorithm (GA) and the MCNP software. In the research, six types of shielding materials with different combinations of elements such as polyethylene (PE), lead (Pb) and Boron compounds are applied to the radiation shield design, and the performance of each material is analyzed and compared. Then two typical materials are selected based on the experiment result of the six samples, which are later verified by the Compact Accelerator Neutron Source (CANS) facility. By using this method, the optimal result can be reached rapidly, and since the design progress is semi-automatic for most procedures are completed by computer, the method saves time and improves accuracy.
Radiant heat shields are normally installed on offshore oil and gas platforms to protect personnel, equipment, and structures from the thermal radiation emitted by a flare system. A heat shield should be individually designed to reduce the thermal radiation to the target level, and then manufactured and installed after the performance verification. However, in general, a heat shield is designed and manufactured by trial and error based on the performance test. For this reason, it is difficult to develop and design radiant heat shields in the Korean shipbuilding and marine equipment industry because of the lack of performance test data and limited experience. In the present study, the results of experiments conducted to verify the performances of radiant heat shields were analyzed, and the thermal radiation characteristics and performance characteristics of the radiant heat shields were investigated. The insights and conclusions developed in the present study will be useful in terms of the design and development of radiant heat shield, as well as in their performance verification tests.
Kwak, Yong Kuk;Hong, Sun Gi;Ha, Min Yong;Park, Jang Pil;Yoo, Sook Hyun;Cho, Woong
The Journal of Korean Society for Radiation Therapy
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v.27
no.1
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pp.87-95
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2015
Purpose : This study presents the usefulness assessment of secondary shield for the lens exposure dose reduction during radiation treatment of peripheral orbit. Materials and Methods : We accomplished IMRT treatment plan similar with a real one through the computed treatment planning system after CT simulation using human phantom. For the secondary shield, we used Pb plate (thickness 3mm, diameter 25mm) and 3 mm tungsten eye-shield block. And we compared lens dose using OSLD between on TPS and on simulation. Also, we irradiated 200 MU(6 MV, SPD(Source to Phantom Distance)=100 cm, $F{\cdot}S\;5{\times}5cm$) on a 5cm acrylic phantom using the secondary shielding material of same condition, 3mm Pb and tungsten eye-shield block. And we carried out the same experiment using 8cm Pb block to limit effect of leakage & transmitted radiation out of irradiation field. We attached OSLD with a 1cm away from the field at the side of phantom and applied a 3mm bolus equivalent to the thickness of eyelid. Results : Using human phantom, the Lens dose on IMRT treatment plan is 315.9cGy and the real measurement value is 216.7cGy. And after secondary shield using 3mm Pb plate and tungsten eye-shield block, each lens dose is 234.3, 224.1 cGy. The result of a experiment using acrylic phantom, each value is 5.24, 5.42 and 5.39 cGy in case of no block, 3mm Pb plate and tungsten eye-shield block. Applying O.S.B out of the field, each value is 1.79, 2.00 and 2.02 cGy in case of no block, 3mm Pb plate and tungsten eye-shield block. Conclusion : When secondary shielding material is used to protect critical organ while irradiating photon, high atomic number material (like metal) that is near by critical organ can be cause of dose increase according to treatment region and beam direction because head leakage and collimator & MLC transmitted radiation are exist even if it's out of the field. The attempt of secondary shield for the decrease of exposure dose was meaningful, but untested attempt can have a reverse effect. So, a preliminary inspection through Q.A must be necessary.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.34
no.10
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pp.92-98
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2006
An 1 lbf of NASA standard monopropellant thruster, MRE-1, is used for KOMPSAT (Korea Multi-Purpose Satellite) which is launched in 2006 and provides reliable and cost-effective means for attitude and maneuvering control system. The monopropellant thruster obtains required thrust by thermal decomposition process of propellant through catalyst bed. During firing, the decomposition plays a role of a heat source that may occur an excessive radiation heat transfer to peripheral structures and electronics in relatively low temperature condition.Therefore, the radiation heat shield is needed to prevent the critical radiative heat exchange between thruster and satellite during firing. This paper summarizes an overall development process of radiation heat shield from the design engineering up to the manufacturing.
In order to derive the detailed design of Thermal Shield Cryopanel. which plays a role to make the Tokamak Nuclear Fusion Equipment work at both static and efficient conditions the commercially available software package FLUENT Version 5.3, was utilized. This study investigated the effects of thermal sources and distributions on the temperatures of Lid. Body. Base. and EH-Port Cryopanel by the numerical technique whose grid generations cover the solid and 9as region of the panel. The physical model of the Thermal Shield Cryopanel is that the 10mm diameter of the pipe with 1mm thickness is soldered on the Stainless steel Panel with 4mm thickness. The heat fluxes to the panel are assumed to be by thermal radiation in the vacuum space and by conduction through the supporters. The inlet conditions of Helium gas are 20 atmospheric Pressures and 60K temperature. The panel shapes with cooling Pipes and the operational conditions to keep appropriate temperature distribution of Thermal Shield Cryopanel Have been found and suggested.
Baumann, N.;Diaz, K. Marquez;Simmons-Potter, K.;Potter, B.G. Jr.;Bucay, J.
Nuclear Engineering and Technology
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v.54
no.10
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pp.3855-3863
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2022
An evaluation of the radiation shielding performance of high-Z-particle-loaded polylactic acid (PLA) composite materials was pursued. Specimens were produced via fused deposition modeling (FDM) using copper-PLA, steel-PLA, and BaSO4-PLA composite filaments containing 82.7, 75.2, and 44.6 wt% particulate phase contents, respectively, and were tested under broad-band flash x-ray conditions at the Sandia National Laboratories HERMES III facility. The experimental results for the mass attenuation coefficients of the composites were found to be in good agreement with GEANT4 simulations carried out using the same exposure conditions and an atomistic mixture as a model for the composite materials. Further simulation studies, focusing on the Cu-PLA composite system, were used to explore a shield design parameter space (in this case, defined by Cu-particle loading and shield areal density) to assess performance under both high-energy photon and electron fluxes over an incident energy range of 0.5-15 MeV. Based on these results, a method is proposed that can assist in the visualization and isolation of shield parameter coordinate sets that optimize performance under targeted radiation characteristics (type, energy). For electron flux shielding, an empirical relationship was found between areal density (AD), electron energy (E), composition and performance. In cases where ${\frac{E}{AD}}{\geq}2MeV{\bullet}cm{\bullet}g^{-1}$, a shield composed of >85 wt% Cu results in optimal performance. In contrast, a shield composed of <10 wt% Cu is anticipated to perform best against electron irradiation when ${\frac{E}{AD}}<2MeV{\bullet}cm{\bullet}g^{-1}$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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