Seo, Hee;Park, Jin-Hyung;Park, Jong-Hoon;Kim, Young-Su;Kim, Chan-Hyeong;Lee, Ju-Hahn;Lee, Chun-Sik
Journal of Radiation Protection and Research
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v.37
no.1
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pp.16-24
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2012
In the present study, a gamma-ray detector and associated signal processing circuit was developed for a side-absorber of a dual-mode Compton camera. The gamma-ray detector was made by optically coupling a CsI(Tl) scintillation crystal to a silicon photodiode. The developed signal processing circuit consists of two parts, i.e., the slow part for energy measurement and the fast part for timing measurement. In the fast part, there are three components: (1) fast shaper, (2) leading-edge discriminator, and (3) TTL-to-NIM logic converter. AC coupling configuration between the detector and front-end electronics (FEE) was used. Because the noise properties of FEE can significantly affect the overall performance of the detection system, some design criteria were presented. The performance of the developed system was evaluated in terms of energy and timing resolutions. The evaluated energy resolution was 12.0% and 15.6% FWHM for 662 and 511 keV peaks, respectively. The evaluated timing resolution was 59.0 ns. In the conclusion, the methods to improve the performance were discussed because the developed gamma-ray detection system showed the performance that could be applicable but not satisfactory in Compton camera application.
The accurate determination of formation density and the physical properties of rocks is the most critical logging tasks which can be obtained using gamma-ray transport and detection tools. Though the simulation works published so far have considerably improved the knowledge of the parameters that govern the responses of the detectors in these tools, recent studies have found considerable differences between the results of using a conventional model of a homogeneous mixture of formation and fluid and an inhomogeneous fractured medium. It has increased concerns about the importance of the complexity of the model used for the medium in simulation works. In the present study, we have suggested two various models for the flow of the fluid in porous media and fractured rock to be used for logging purposes. For a typical gamma-gamma logging tool containing a 137Cs source and two NaI detectors, simulated by using the MCNPX code, a simplified porous (SP) model in which the formation is filled with elongated rectangular cubes loaded with either mineral material or oil was investigated. In this model, the oil directly reaches the top of the medium and the connection between the pores is not guaranteed. In the other model, the medium is a large 3-D matrix of 1 cm3 randomly filled cubes. The designed algorithm to fill the matrix sites is so that this realistic random (RR) model provides the continuum growth of oil flow in various disordered directions and, therefore, fulfills the concerns about modeling the rock textures consist of extremely complex pore structures. For an arbitrary set of oil concentrations and various formation materials, the response of the detectors in the logging tool has been considered as a criterion to assess the effect of modeling for the distribution of pores in the formation on simulation studies. The results show that defining a RR model for describing heterogeneities of a porous medium does not effectively improve the prediction of the responses of logging tools. Taking into account the computational cost of the particle transport in the complex geometries in the Monte Carlo method, the SP model can be satisfactory for gamma-gamma logging purposes.
This study was conducted to determine the effect of gamma-ray and electron-beam irradiation on dried spices (black pepper, red pepper, parsley, and basil) using the photostimulated luminescence (PSL), thermoluminescence (TL) and electron spin resonance (ESR) methods. The spices were irradiated at 0, 1, 5, and 10 kGy. All non-irradiated spices had photon counts (PCs) less than 700 PCs. The PCs of three irradiated spices (red pepper, parsley, and basil) were clearly distinguishable from those of non-irradiated ones, exhibiting PSL signals higher than 5000 PCs. However, negative PSL counts (<700 PCs) were obtained for most irradiated black pepper, except those irradiated with 5 kGy gamma rays and 10 kGy electron-beams. TL glow curves of the irradiated spices showed a higher peak at $150-250^{\circ}C$. TL ratios were found to be less than 0.1 for non-irradiated spices and higher than 0.1 for irradiated ones. No ESR signal was observed for any irradiated spice except red pepper, which displayed cellulose-based ESR spectra. Therefore, the results suggest that the PSL, TL, and ESR methods are effective detection techniques for dried spices irradiated with electron beams as well as gamma rays.
Hwang, Keum-Taek;Uhm, Tai-Boong;Wagner, Ute;Schreiber, Georg A.
Korean Journal of Food Science and Technology
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v.30
no.3
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pp.498-501
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1998
It was determined whether photostimulated luminescence (PSL) is applicable to the detection of post-irradiation of foods by measuring PSL photon counts for unirradiated and irradiated pepper powder, dried herbs, fresh shrimp, potato, soybean, dried fig, chestnut, dried squid, and dried cod. The samples were irradiated with $^{60}Co\;{\gamma}-ray$ source and PSL photon counts were measured for them. The photon counts of unirradiated samples were lower than 2,000 for potatoes and less than 1,000 for the others. The photon counts of the irradiated samples except dried figs (0.5 kGy), chestnuts (0.2 kGy), and dried squid (0.5 kGy) were higher than 1,000, and the photon counts increased with dose. Thus, PSL might be applied to the primary detection of irradiated foods.
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.
The grade analysis of lead-zinc ore is the basis for the optimal development and utilization of deposits. In this study, a method combining Prompt Gamma Neutron Activation Analysis (PGNAA) technology and machine learning is proposed for lead-zinc mine borehole logging, which can identify lead-zinc ores of different grades and gangue in the formation, providing real-time grade information qualitatively and semi-quantitatively. Firstly, Monte Carlo simulation is used to obtain a gamma-ray spectrum data set for training and testing machine learning classification algorithms. These spectra are broadened, normalized and separated into inelastic scattering and capture spectra, and then used to fit different classifier models. When the comprehensive grade boundary of high- and low-grade ores is set to 5%, the evaluation metrics calculated by the 5-fold cross-validation show that the SVM (Support Vector Machine), KNN (K-Nearest Neighbor), GNB (Gaussian Naive Bayes) and RF (Random Forest) models can effectively distinguish lead-zinc ore from gangue. At the same time, the GNB model has achieved the optimal accuracy of 91.45% when identifying high- and low-grade ores, and the F1 score for both types of ores is greater than 0.9.
Potato and garlic irradiated with gamma ray and electron beam at sprout-inhibition doses, 0.15 and 0.30 kGy were subjected to the detection whether they are irradiated or not by measuring thermoluminescence(TL) for the minerals adhering to the samples. Minerals extracted from the samples showed a high correlation coefficients between absorbed doses and corresponding TL responses. Nonirradiated samples, however, did not exhibit characteristic TL glowcurves. Major glowcurve peaks were observed at 200 to $260^{\circ}C$ in all irradiated samples. TL intensity was proportional to irradiated doses, but it varied with the samples tested even at the same dose. It can be concluded from the results that detection of irradiated potato and garlic is possible by measuring TL for extracted minerals from the unknown samples.
Model food containing common salt(NaCl) was subjected to the thermoluminescene(TL) detection whether it is irradiated or not. Salt irradiated with $^60Co$-gamma ray and electron beam exhibited a characteristic TL gowcurve depending on the irradiation dose, showing major peaks at $206^{\circ}C$ and $326^{\circ}C$. The intensity of TL glowcurves was directly proportional to the irradiated doses regardless of irradiation sources at each concentration of salt. A high correlation coefficient was observed for irradiated salt between the irradiation doses and the corresponding TL responses. At the same dose, the intensity of TL glowcurve increased as the concentration of salt increased in the test sample. TL glowcurves of nonirradiated salt and irradiated model food without salt were negligible and similar to a baseline . However, irradiated model food containing salt gave rise to a characteristic TL glowcurve with two major peaks at about $240^{\circ}C$ and $300^{\circ}C$, respectively. The results showed that salt played a role as an internla as well as external indicator in TL measurements, indicating that TL will be applicable to other condiments and spices with salt for their detection whether they are irradiated or not.
Activity ratio of two radioactive primary fission products which had sufficiently different half-lives was expressed as functions of cooling time and irradiation histories in which average burnup, irradiation time, cycle interval time and the dominant fissile material of the spent fuel were included. The gamma-ray spectra of 36 samples from 6 spent PWR fuel assemblies irradiated in Kori unit-1 reactor were obtained by a spectrometric system equipped with a high purity germanium gamma-ray detector. Activity ratio $^{l44}$Ce $^{l37}$Cs, analyzed from each spectrum, was used for the calculation of cooling time. The results show that the radioactive fission products $^{l44}$Ce and $^{l37}$Cs are considered as useful monitors for cooling time determination because the estimated cooling time by detection of activity ratio $^{l44}$Ce $^{l37}$Cs agreed well with the operator declared cooling time within relative difference of $\pm$5 % despite the low counting rate of the gamma-ray of $^{l44}$Ce (about 10$^{-3}$ count per second). For the samples with several different irradiation histories, the determined cooling time by modeled irradiation history showed good agreement with that by known irradiation history within time difference of $\pm$0.5 year. From this result, it would be expected to be possible to estimate reliably the cooling time of spent nuclear fuel without the exact information about irradiation history. The feasibility study on identification of and/or sorting out spent nuclear fuel by applying the technique for cooling time determination was also performed and the result shows that the detection of activity ratio $^{l44}$Ce $^{l37}$Cs by gamma-ray spectrometry would be usefully applicable to certify spent nuclear fuel for the purpose of safeguards and management in a facility in which the samples dismantled or cut from spent fuel assemblies are treated, such as the post irradiation examination facility.mination facility.
In this study, gamma radiation detectors are created by integrating the following combinations of different YSO scintillators and PMT(photomultiplier-tubes) respectively: $3mm{\times}3mm{\times}2mm$, $3mm(Dia){\times}15mm$, $3mm(Dia){\times}20mm$, $10mm(Dia){\times}20mm$. In addition, the scintillator with a 10mm diameter was integrated with a light guide with a 2mm thickness, 10mm entry and 3mm exit, using LightTools. The constructed detector used the standard gamma ray sources $^{137}Cs$(662keV) to analyze the spectral characteristics of gamma rays. The results indicate that at 662keV, the energy resolutions were 14.46%, 21.10%, and 10.71% for the first three combinations respectively. The best results were recorded for the $10mm(Dia){\times}20mm$ detector with light guide, which had an energy resolution of 7.48%.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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