Romero-Barrientos, J.;Dami, J.I. Marquez;Molina F.;Zambra, M.;Aguilera, P.;Lopez-Usquiano, F.;Parra, B.;Ruiz, A.
Nuclear Engineering and Technology
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제54권3호
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pp.811-816
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2022
This work presents the methodology used to expand the capabilities of the Monte Carlo code OpenMC for the calculation of reactor kinetic parameters: effective delayed neutron fraction βeff and neutron generation time L. The modified code, OpenMC(Time-Dependent) or OpenMC(TD), was then used to calculate the effective delayed neutron fraction by using the prompt method, while the neutron generation time was estimated using the pulsed method, fitting Λ to the decay of the neutron population. OpenMC(TD) is intended to serve as an alternative for the estimation of kinetic parameters when licensed codes are not available. The results obtained are compared to experimental data and MCNP calculated values for 18 benchmark configurations.
Imaging and scattering techniques using thermal neutrons allow to analyze complex specimens in scientific and industrial researches. Owing to this advantage, there have been a considerable demand for neutron facilities in the industrial sector. Among neutron sources, an accelerator driven compact neutron source is the only one that can satisfy the various requirements-construction budget, facility size, and required neutron flux-of industrial applications. In this paper, a target, moderator, and reflector (TMR) system for low-energy proton-accelerator driven compact thermal neutron source was designed via Monte Carlo simulations. For 10-30 MeV proton beams, the optimal conditions of the beryllium target were determined by considering the neutron yield and the blistering of the target. For a non-borated polyethylene moderator, the neutronic properties were verified based on its thickness. For a reflector, three candidates-light water, beryllium, and graphite-were considered as reflector materials, and the optimal conditions were identified. The results verified that the neutronic intensity varied in the order beryllium > light water > graphite, the compacter size in the order light water < beryllium < graphite and the shorter emission time in the order graphite < light water < beryllium. The performance of the designed TMR system was compared with that of existing facilities and were laid between performance of existing facilities.
Lee, Yongdeok;Kim, Jeong Dong;Ahn, Seong Kyu;Park, Chang Je
Nuclear Engineering and Technology
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제50권1호
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pp.182-189
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2018
A neutron generation system was developed to induce fissile fission in a lead slowing down spectrometer (LSDS) system. The source neutron is one of the key factors for LSDS system work. The LSDS was developed to quantify the isotopic contents of fissile materials in spent nuclear fuel and recycled fuel. The source neutron is produced at a multilayered target by the (e,${\gamma}$)(${\gamma}$,n) reaction and slowed down at the lead medium. Activation analysis of the target materials is necessary to estimate the lifetime, durability, and safety of the target system. The CINDER90 code was used for the activation analysis, and it can involve three-dimensional geometry, position dependent neutron flux, and multigroup cross-section libraries. Several sensitivity calculations for a metal target with different geometries, materials, and coolants were done to achieve a high neutron generation rate and a low activation characteristic. Based on the results of the activation analysis, tantalum was chosen as a target material due to its better activation characteristics, and helium gas was suggested as a coolant. In addition, activation in a lead medium was performed. After a distance of 55 cm from the lead surface to the neutron incidence, the neutron intensity dramatically decreased; this result indicates very low activation.
In this study, a diamond-based neutron scatter camera (DNSC) was developed for neutron spectroscopy in high flux environments. The DNSC was evaluated experimentally and through simulations. It was simulated using several Monte Carlo codes in a two-array layout. The two-array model included two diamond detectors. The simulation reconstructed the spectra of 252Cf and 239Pu-Be neutron sources with high accuracy (~93%). The two-diamond array system was experimentally evaluated, demonstrating the neutron spectroscopy capabilities of the DNSC. The reconstructed spectrum of the 239Pu-Be source manifested the characteristic peaks of the source. The advantage of a DNSC over a NSC is its ability to define any neutron double-scattering events without the need to absorb incident neutrons in the second detector, and atomic recoil energy information is not needed to determine the incident neutron energy.
Xiongjie Zhang;Bin Tang ;Geng Nian;Haitao Wang ;Lijiao Zhang ;Yan Zhang ;Rui Chen ;Zhifeng Liu ;Jinhui Qu
Nuclear Engineering and Technology
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제55권7호
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pp.2572-2577
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2023
A field determination method for small D-T neutron source yield based on the oxygen prompt gamma rays was established. A neutron-gamma transport equation of the determination device was developed. Two yield field determination devices with a thickness of 20 mm and 50 mm were made. The count rates of the oxygen prompt gamma rays were calculated using three energy spectra processing approaches, which were the characteristic peak of 6.13 MeV, the overlapping peak of 6.92 MeV and 7.12 MeV, and the total energy area. The R-square of the calibration curve is better than 94% and the maximum error of the yield test is 5.21%, demonstrating that it is feasible to measure the yield of D-T neutron source by oxygen prompt gamma rays. Additionally, the results meet the requirements for field determination of the conventional D-T neutron source yield.
A detection system was set up to measure the neutron generation rate of a recently developed D-D neutron generator. The system is composed of a Si detector, He-3 detector, and electronics for pulse height analysis. The neutron generation rate was measured by counting protons using the Si detector, and the data was crosschecked by counting neutrons with the He-3 detector. The efficiencies of the Si and He-3 detectors were calibrated independently by using a standard alpha particle source $^{241}Am$ and a bare isotopic neutron source $^{252}Cf$, respectively. The effect of the cross-sectional difference between the D(d,p)T and $D(d,n)^3He$ reactions was evaluated for the case of a thick target. The neutron generation rate was theoretically corrected for the anisotropic emission of protons and neutrons in the D-D reactions. The attenuations of neutron on the path to the He-3 detector by the target assembly and vacuum flange of the neutron generator were considered by the Monte Carlo method using the MCNP 4C2 code. As a result, the neutron generation rate based on the Si detector measurement was determined with a relative uncertainty of ${\pm}5%$, and the two rates measured by both detectors corroborated within 20%.
The Argonne National Laboratory of the United States and the Kharkov Institute of Physics and Technology of the Ukraine have been collaborating on the design, development and construction of a neutron source facility at Kharkov Institute of Physics and Technology utilizing an electron-accelerator-driven subcritical assembly. The electron beam power is 100 kW using 100-MeV electrons. The facility was designed to perform basic and applied nuclear research, produce medical isotopes, and train nuclear specialists. The biological shield of the accelerator building was designed to reduce the biological dose to less than 5.0e-03 mSv/h during operation. The main source of the biological dose for the accelerator building is the photons and neutrons generated from different interactions of leaked electrons from the electron gun and the accelerator sections with the surrounding components and materials. The Monte Carlo N-particle extended code (MCNPX) was used for the shielding calculations because of its capability to perform electron-, photon-, and neutron-coupled transport simulations. The photon dose was tallied using the MCNPX calculation, starting with the leaked electrons. However, it is difficult to accurately tally the neutron dose directly from the leaked electrons. The neutron yield per electron from the interactions with the surrounding components is very small, ~0.01 neutron for 100-MeV electron and even smaller for lower-energy electrons. This causes difficulties for the Monte Carlo analyses and consumes tremendous computation resources for tallying the neutron dose outside the shield boundary with an acceptable accuracy. To avoid these difficulties, the SOURCE and TALLYX user subroutines of MCNPX were utilized for this study. The generated neutrons were banked, together with all related parameters, for a subsequent MCNPX calculation to obtain the neutron dose. The weight windows variance reduction technique was also utilized for both neutron and photon dose calculations. Two shielding materials, heavy concrete and ordinary concrete, were considered for the shield design. The main goal is to maintain the total dose outside the shield boundary less than 5.0e-03 mSv/h during operation. The shield configuration and parameters of the accelerator building were determined and are presented in this paper.
This paper presents a neutron/gamma detector based on a micropixel avalanche photodiode and a plastic scintillator that monitors the status of the accelerator-driven intense resonance neutron source (IREN) facility by measuring the neutron/gamma intensity in the target hall. The electronics of the neutron/gamma detector has been designed and developed. The size of the plastic scintillator was selected to be 3.7 × 3.7 × 30 mm3 due to the sensitive area of the MAPD. The experimental results demonstrated a dependence between the count rate of the detector and the frequency of the accelerator. The detector is sensitive to intermediate and fast neutrons. The minimum detectable energy was determined to be 200 keV using Cs-137 point gamma source. The maximum counting rate of the detector from TTL out is about 2.2⋅106 counts/sec, but for analogue output it is about 2⋅107 counts/sec. The detector can not allow discriminating neutrons and gamma rays by charge integration method.
The purpose of the present study is to develop the 3D static and noise simulator based on Galerkin Finite Element Method (GFEM) using the unstructured hexahedral elements. The 3D, 2G neutron diffusion and noise equations are discretized using the unstructured hexahedral by considering the linear approximation of the shape function in each element. The validation of the static calculation is performed via comparison between calculated results and reported data for the VVER-1000 benchmark problem. A sensitivity analysis of the calculation to the element type (unstructured hexahedral or tetrahedron elements) is done. Finally, the neutron noise calculation is performed for the neutron noise source of type of variable strength using the Green function technique. It is shown that the error reduction in the static calculation is considerable when the unstructured tetrahedron elements are replaced with the hexahedral ones. Since the neutron flux distribution and neutron multiplication factor are appeared in the neutron noise equation, the more accurate calculation of these parameters leads to obtaining the neutron noise distribution with high accuracy. The investigation of the changes of the neutron noise distribution in axial direction of the reactor core shows that the 3D neutron noise analysis is required instead of 2D.
Experiments related to Boron Neutron Capture Therapy (BNCT) accomplished at the Institute of Nuclear Techniques (INT), Budapest University of Technology and Economics (TUB) are presented. Relevant investigations are required before designing BNCT for vivo applications. Samples of relevant boron compounds (H3BO3, BDTPA) usually employed in BNCT were investigated with neutron beam. Channel #5 in the research reactor (100 kW) of INT-TUB provides the neutron beam. Boron samples are mounted on a carrier for neutron irradiation. The particle attenuation of several carrier materials was investigated, and the one with the lowest attenuation was selected. The effects of boron compound type, mass, and compound phase state were also investigated. To detect the emitted charged particles, a traditional ZnS(Ag) detector was employed. The neutron beam's interaction with the detector-detecting layer is investigated. Graphite (as a moderator) was employed to change the neutron beam's characteristics. The fast neutron beam was also thermalized by placing a portable fast neutron source in a paraffin container and irradiating the H3BO3. The obtained results suggest that the direct measurement approach appears to be insufficiently sensitive for determining the radiation dose committed by the Alpha particles from the 10B (n,α) reaction. As a result, a new approach must be used.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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