• Nuclear Engineering and Technology
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• 제49권7호
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• pp.1563-1570
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• 2017

In order to perform dry interim storage and transportation of the spent-fuel assemblies of the Bushehr Nuclear Power Plant, dual-purpose casks can be utilized. The effectiveness of different neutron-shield materials for the dual-purpose cask was analyzed through a set of calculations carried out using the Monte Carlo N-Particle (MCNP) code. The dose rate for the dual-purpose cask utilizing the recently developed materials of $epoxy/clay/B_4C$ and $epoxy/clay/B_4C/carbon$ fiber was less than the allowable radiation level of 2 mSv/h at any point and 0.1 mSv/h at 2 m from the external surface of the cask. By utilization of $epoxy/clay/B_4C$ instead of an ethylene glycol/water mixture, the dose rates on the side surface of the cask due to neutron sources and consequent secondary gamma rays will be reduced by 17.5% and 10%, respectively. The overall dose rate in this case will be reduced by 11%.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제52권12호
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• pp.2852-2859
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• 2020

This paper deals with the simulation-based design optimization and experimental validation of the characteristics of an in-core silver Self-Powered Neutron Detector (SPND). Optimized dimensions of the SPND are determined by combining Monte Carlo simulations and analytical methods. As a first step, the Monte Carlo transport code MCNPX is used to follow the trajectory and fate of the neutrons emitted from an external source. This simulation is able to seamlessly integrate various phenomena, including neutron slowing-down and shielding effects. Then, the expected number of beta particles and their energy spectrum following a neutron capture reaction in the silver emitter are fetched from the TENDEL database using the JANIS software interface and integrated with the data from the first step to yield the origin and spectrum of the source electrons. Eventually, the MCNPX transport code is used for the Monte Carlo calculation of the ballistic current of beta particles in the various regions of the SPND. Then, the output current and the maximum insulator thickness to avoid breakdown are determined. The optimum design of the SPND is then manufactured and experimental tests are conducted. The calculated design parameters of this detector have been found in good agreement with the obtained experimental results.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제55권2호
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• pp.756-768
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• 2023

Neutron transport calculations are extremely challenging due to the high computational cost of large and complex problems. A multilevel octree grid algorithm (MLTG) of discrete ordinates method was developed to improve the modeling accuracy and simulation efficiency on 3-D Cartesian grids. The Balakovo-3 VVER-1000 neutron dosimetry benchmark is calculated to verify and validate this numerical technique. A simplified S₂ synthetic acceleration is used in the MLTG calculation method to improve the convergence of the source iterations. For the triangularly arranged fuel pins, we adopt a source projection algorithm to generate pin-by-pin source distributions of hexagonal assemblies. MLTG provides accurate geometric modeling and flexible fixed source description at a lower cost than traditional Cartesian grids. The total number of meshes is reduced to 1.9 million from the initial 9.5 million for the Balakovo-3 model. The numerical comparisons show that the MLTG results are in satisfactory agreement with the conventional S_N method and experimental data, within the root-mean-square errors of about 4% and 10%, respectively. Compared to uniform fine meshing, approximately 70% of the computational cost can be saved using the MLTG algorithm for the Balakovo-3 computational model.

• Journal of Radiation Protection and Research
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• 제41권2호
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• pp.123-131
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• 2016

Background: With the increase in the number of particle accelerator facilities under either operation or construction, the accurate calculation using Monte Carlo codes become more important in the shielding design and radiation safety evaluation of accelerator facilities. Materials and Methods: The calculations with different physics models were applied in both of cases: using only physics model and using the mix and match method of MCNPX code. The issued conditions were the interactions of 600 MeV proton and $290MeV{\cdot}n^{-1}$ oxygen with a carbon target. Both of cross-section libraries, JENDL High Energy File 2007 (JENDL/HE-2007) and LA150, were tested in this calculation. In the case of oxygen ion interactions, the calculation results using LAQGSM physics model and JENDL/HE-2007 library were compared with D. Satoh's experimental data. Other Monte Carlo calculations using PHITS and FLUKA codes were also carried out for further benchmarking study. Results and Discussion: It was clearly found that the physics models, especially intra-nuclear cascade model, gave a great effect to determine proton-induced secondary neutron spectrum in MCNPX code. The variety of physics models related to heavy ion interactions did not make big difference on the secondary particle productions. Conclusion: The variations of secondary neutron spectra and particle transports depending on various physics models in MCNPX code were studied and the result of this study can be used for the shielding design and radiation safety evaluation.

• 대한방사선기술학회지:방사선기술과학
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• 제40권2호
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• pp.281-287
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• 2017

본 연구는 방사선 차폐 시 주로 사용되고 있는 콘크리트를 대상으로 차폐 두께를 계산한 연구로서 의료용 선형가속기를 차폐하기 위해 구성되는 벽에 대한 연구이다. 선형가속기에서 발생하는 광자선 에너지 10 MV를 대상으로 MCNPX(Ver.2.5.0)를 이용하여 적절한 차폐 두께를 계산하고자 하였다. 그 결과, 광자선 차폐를 위한 십가층은 순수 콘크리트의 경우 50~100 cm, Boron+polyethylene 첨가 시 80~100 cm에서 형성되었다. 중성자 차폐는 순수 콘크리트의 경우 100~140 cm, Boron+polyethylene 첨가 시 90~100 cm으로 계산되었다. 이를 바탕으로 분석하면, 콘크리트 재질은 Steel 계열을 사용하고 콘크리트에 Boron+polyethylene을 첨가하여 구성하는 것이 가장 효율적인 것으로 판단된다.

• 분석과학
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• 제16권1호
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• pp.12-24
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• 2003

$^{252}Cf$ 중성자 선원을 이용한 즉발감마선 계측 시스템 (NIPS, Neutron Induced Promp ${\gamma}$-ray Spectroscopy)을 설계 및 구성하기 위하여, 시스템내의 감속제 및 차폐체등의 효과를 시험하고 감마선 바탕값과 Cl을 포함한 시료의 즉발 감마선을 계측하였다. 이를 위한 예비시험으로 한국원자력연구소 내에 있는 TLD 판독용 $^{252}Cf$ 선원을 이용하였으며 즉발감마선은 시스템 내부의 동축형 HPGe (GMX, 60% relative efficiency)과 시스템외부 (약 20m 거리)의 Notebook PC 중성자와 감마선의 바탕값을 측정하고, 바탕값을 최소로 할 수 있는 차폐체의 기하학적 구조를 고안하였다. 감마선 바탕값을 최소화하기 위하여 두 개의 HPGe 검출기를 이용한 감마-감마 동시계측법을 이용하였다. 이 실험 자료를 이용하여 최적의 NIPS 시스템을 구성하였다.

• 대한방사선기술학회지:방사선기술과학
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• 제26권3호
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• pp.51-57
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• 2003

자체 개발한 수소화금속을 이용하여 고속 중성자 방사선을 효율적으로 차폐할 수 있다면 방사선 안전신기술 개발과 확립에 큰 기여를 할 것으로 생각되어 본 연구를 시행하였다. 여러 수소화 안정 금속들을 대상으로 핵적 특성, 단위 부피당 수소원자함유 수 등의 예비평가를 통하여 수소화금속($ZrH_2,\;TiH_2$) 등과 낮은 중성자 흡수 단면적과 높은 에너지 감쇄능력을 고려하여 중수소화 금속($ZrD_2,\;TiD_2$) 등을 추가하여 개발하였다. MCNP 코드를 이용하여 각각의 흡수율과 에너지 감소율을 평가하였다. 전산 모사 계산과 실험과의 비교평가를 위해 실험과 동일한 조건의 모사를 수행하였는데, 즉 중성자 선원은 Cf-252(10 mCi)을 사용하였으며 각 수소화금속의 0, 1, 3, 5 cm 두께를 통과한 중성자속의 강도와 에너지별 분포변화를 계산하였다. 코드 계산을 통해 평가된 $TiH_2/TiD_2,\;ZrH_2,/ZrD_2$ 등의 수소화금속에 대한 중성자 감소율은 각 수소화금속 두께의 증가에 따라 중성자 감소율이 지수적으로 증가함을 보였다. 또한 이 때 중수소 함유 금속, $ZrD_2$과 $TiD_2$는 중성자 흡수에 있어 $ZrH_2$와 $TiH_2$의 각각 보다 적게 나타냈다. 본 연구를 통하여 개발된 수소화금속의 중성자 방사선 차폐에 관한 결과는 과학 기술적으로 많은 인용과 아울러 학술적 연구뿐만 아니라 실제 실용화를 위한 연구의 기초자료로 충분한 활용이 있을 것으로 기대한다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제28권1호
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• pp.59-65
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• 2016

본 연구에서는 수소 함유량이 높아 중성자 차폐에 유리한 합성수지를 대상으로 중성자 차폐용 골재로서의 적용성 검토를 수행하였다. 사용된 합성수지는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 폴리프로필렌(PP), 초고분자량 폴리에틸렌(UPE)으로 잔골재의 20%, 40%, 60%의 부피에 해당하는 양을 무게로 환산하여 배합하였다. 실험은 모르타르의 물리적 특성을 파악할 수 있는 플로우 테스트, 인장 및 압축강도 시험을 수행하였으며, 시험체 내부의 미세구조를 분석하기 위해 파단면의 이미지 분석, SEM 및 X-ray CT 촬영을 실시하였다. 합성수지를 혼입한 모르타르의 플로우의 값은 HDPE 및 PP는 증가하였지만 UPE의 경우 감소하였다. 반면 인장 및 압축강도의 경우 종류에 상관없이 전반적으로 강도가 감소하는 경향을 보였으며, 이미지 분석 결과, HDPE 및 PP를 혼입한 모르타르의 강도는 혼입량에 관계없이 파단면에서의 합성수지 비율에 영향을 받았으며, 모르타르 내의 시멘트 매트릭스와의 단락 및 재료의 불균등한 분포가 강도 저하에 영향을 미친 것으로 추정된다. 반면, 미분말 상태인 UPE는 혼입량이 증가함에 따라 내부 공극이 증가하였으며, 이러한 특징은 일정량 이하에서는 강도 저하가 미미하였으나 일정한 혼입률 이상, 특히 본 실험에서는 치환율이 60% 이상에서 급격한 강도 저하를 나타냈다.

• Radiation Oncology Journal
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• 제24권4호
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• pp.280-284
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• 2006

목 적: 원자력의학원에 설치되어 있는 MC50 사이클로트론에서 생성되는 중성자선의 의학적 이용을 위하여 생물학적 특성을 평가하고자 하였다. 대상 및 방법: 35 MeV 양성자를 15 mm 베릴륨 표적에 부딪혀서 생성된 중성자선에 대하여 물리적 방사선선량을 측정한 후 체외실험(in-vitro)을 하였다. EMT-6 세포주(cell line)를 이용하여 $0{\sim}5\;Gy$의 중성자선을 조사 후 생존분획(surviving fraction)을 구하였다. 또한 감마선의 효과를 피하기 위하여 납차폐를 한 후에 동일 조건에서 생존분획을 구하였다. 엑스선 실험에서는 0, 2, 5, 10, 15 Gy를 조사 후 생존분획을 측정하였다. 결 과: MC50의 중성자선은 조사야 $26{\times}26\;cm^2$, 전류 $10{\mu}A$, 깊이 2 cm에서 84%의 중성자와 16%의 감마선으로 구성되어 있었고, 총선량률은 9.25 cGy/min이었다. 엑스선을 이용하여 측정한 생존분획곡선은 선형이차함수모델 (linear quadratic model)을 적용하였을 때 ${\alpha}/{\beta}$비는 0.611 (${\alpha}=0.0204,\;{\beta}=0.0334,\;R^2=0.999$)이었다. 중성자선에 있어서 생존분획곡선은 저선량 영역에서 어깨영역(shoulder area)을 가지고 있었고, 모든 실험에서 선형이차함수모델에 잘 맞았다. ${\alpha}$의 평균값은 -0.315 (범위, $-0.254{\sim}-0.360$)였고, ${\beta}$값은 0.247 (범위, $0.220{\sim}0.262$)이었다. 납차폐를 하였을 때에도 생존분획곡선에서 어깨영역은 없어지지 않았다. 중성자선의 RBE (relative biological effectiveness) 값은 생존분획이 0.1일 때 $2.07{\sim}2.19$ 범위였고, 0.01일 때 $2.21{\sim}2.35$였다. 결 론: MC50에서 생성된 중성자선은 상당량의 감마선을 내포하고 있으며 이것이 생존분획곡선에서 어깨영역이 나타나는 데에 기여하였을 것이다. MC50의 중성자선의 RBE 값은 약 2.2였다.

• Journal of Radiation Protection and Research
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• 제26권3호
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• pp.231-236
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• 2001

A brief introduction is presented on the radiation safety studies at Tohoku University Cyclotron & Radioisotope Center. Studies on two subject are described; (1) measurement of the thick target neutron yield and radioisotope production / activation cross section for ten's of MeV neutrons and ions using K=110 Tohoku University cyclotron to provide basicdata for accelerator shielding, and (2) development of techniques for high sensitive radiation detection and profile measurement using an Imaging Plate which is a high sensitive two-dimensional radiation sensor. Application of the Imaging Plate techniques to localization of very weak radioactivity and to neutron profile measurement is described.