Yinan Zhu;Zuokang Lin;Haiyan Yu;Xiaohan Yu;Zhimin Dai
Nuclear Engineering and Technology
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제56권5호
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pp.1813-1821
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2024
Beam shaping assembly (BSA) is a vital component in Boron Neutron Capture Therapy (BNCT) for obtaining epithermal neutron beams. Several feasible designs of BSA for accelerator-based BNCT (AB-BNCT) neutron source are carried out based on neutrons by bombarding a natural lithium target with 10 mA, 2.8 MeV proton beams. The calculation results demonstrate that a thickness of 45 cm is appropriate for general moderators referring to the therapeutic parameter of Advanced Depth (AD). A series of optimizations are performed and two results are confirmed: One is that employing the configuration of MgF2 and FLUENTAL combined by 1:1 could improve the therapeutic rate (TR) of tumors at a depth of middle region, and the other one is that the TR of superficial tumors can be increased by adding a 5 cm thick boron-11 secondary moderator at the end of general moderators. As a result, an innovative conception of an adjustable moderator is recommended to BNCT. Compared to the MgF2 moderator with a fixed thickness of 45 cm, the TR value can be improved by a maximum of 47.7 % by using the adjustable moderator. Furthermore, the configuration of adjustable moderator has been designed with regulation method for treating tumors of different depths.
We designed a single polyethylene bonner sphere with several thermo-luminescence dosimeters (TLD), for measurement of neutron energy spectrum. For the separation of the neutron dosage in the neutron-gamma mixed field, we used 21 ea TLD-600s and TLD-700s, respectively. Because, TLD-600 is sensitive to neutron and gamma rays, and, TLD-700 is sensitive only to gamma-rays, we could determine the each dose by neutron and gamma rays. The neutron response function of the bonner sphere with TLDs was calculated by MCNPX (ver. 2.5.0) Monte Carlo simulation in the energy range from $10^{-1}$ to 20 MeV. For the Cf-252 standard neutron source in KRISS, we could estimate the neutron energy spectrum by unfolding method using the response function.
High energy neutron irradiations impact on structural and electrical properties of alumina are studied with particular emphasis on real time in-situ radiation induced conductivity measurement in low flux region. Polycrystalline Al2O3 samples are subjected to high energy neutrons produced from D-T neutron generator and Am-Be neutron source. 14 MeV neutrons from D-T generator are chosen to study the role of fast neutron irradiation in the structural modification of samples. Real time in-situ electrical measurement is performed to investigate the change in insulation resistance of Al2O3 due to radiation induced conductivity at low flux regime. During neutron irradiation, a significant transient decrease in insulation resistance is observed which recovers relative higher value just after neutron exposure is switched off. XRD results of 14 MeV neutron irradiated samples suggest annealing effect. Impact of relatively low energy neutrons on the structural properties is also studied using Am-Be neutrons. In this case, clustering is observed on the sample surface after prolonged neutron exposure. The structural characterizations of pristine and irradiated Al2O3 samples are performed using XRD, SEM, and EDX. The results from these characterizations are analysed and interpreted in the manuscript.
Arzhannikov, Andrey V.;Shmakov, Vladimir M.;Modestov, Dmitry G.;Bedenko, Sergey V.;Prikhodko, Vadim V.;Lutsik, Igor O.;Shamanin, Igor V.
Nuclear Engineering and Technology
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제52권11호
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pp.2460-2470
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2020
To study the thermophysical and neutronic properties of thorium-plutonium fuel, a conceptual design of a hybrid facility consisting of a subcritical Th-Pu reactor core and a source of additional D-D neutrons that places on the axis of the core is proposed. The source of such neutrons is a column of high-temperature plasma held in a long magnetic trap for D-D fusionreactions. This article presents computer simulation results of generation of thermonuclear neutrons in the plasma, facility neutronic properties and the evolution of a fuel nuclide composition in the reactor core. Simulations were performed for an axis-symmetric radially profiled reactor core consisting of zones with various nuclear fuel composition. Such reactor core containing a continuously operating stationary D-D neutron source with a yield intensity of Y = 2 × 1016 neutrons per second can operate as a nuclear hybrid system at its effective coefficient of neutron multiplication 0.95-0.99. Options are proposed for optimizing plasma parameters to increase the neutron yield in order to compensate the effective multiplication factor decreasing and plant power in a long operating cycle (3000-day duration). The obtained simulation results demonstrate the possibility of organizing the stable operation of the proposed hybrid 'fusion-fission' facility.
The radiological characteristics for waste classification were assessed for neutron-activated decommissioning wastes from a CANDU reactor. The MCNP/ORIGEN2 code system was used for the source term analysis. The neutron flux and activation cross-section library for each structural component generated by MCNP simulation were used in the radionuclide buildup calculation in ORIGEN2. The specific activities of the relevant radionuclides in the activated metal waste were compared with the specified limits of the specific activities listed in the Korean standard and 10 CFR 61. The time-average full-core model of Wolsong Unit 1 was used as the neutron source for activation of in-core and ex-core structural components. The approximated levels of the neutron flux and cross-section, irradiated fuel composition, and a geometry simplification revealing good reliability in a previous study were used in the source term calculation as well. The results revealed the radioactivity, decay heat, hazard index, mass, and solid volume for the activated decommissioning waste to be $1.04{\times}10^{16}$ Bq, $2.09{\times}10^3$ W, $5.31{\times}10^{14}\;m^3$-water, $4.69{\times}10^5$ kg, and $7.38{\times}10^1\;m^3$, respectively. According to both Korean and US standards, the activated waste of the pressure tubes, calandria tubes, reactivity devices, and reactivity device supporters was greater than Class C, which should be disposed of in a deep geological disposal repository, whereas the side structural components were classified as low- and intermediate-level waste, which can be disposed of in a land disposal repository. Finally, this study confirmed that, regardless of the cooling time of the waste, 15% of the decommissioning waste cannot be disposed of in a land disposal repository. It is expected that the source terms and waste classification evaluated through this study can be widely used to establish a decommissioning/disposal strategy and fuel cycle analysis for CANDU reactors.
A Slowing Down Time Spectrometer (SDTS) system is a highly efficient technique for isotopic nuclear material content analysis. SDTS technology has been used to analyze spent nuclear fuel and the pyro-processing of spent fuel. SDTS requires an external neutron source to induce the isotopic fissile fission. A high intensity neutron source is required to ensure a high for a good fissile fission. The electron linear accelerator system was selected to generate proper source neutrons efficiently. As a first step, the electron generator of an 80-keV electron gun was manufactured. In order to produce the high beam power from electron linear accelerator, a proper beam current is required form the electron generator. In this study, the beam current was measured by evaluating the performance of the electron generator. The beam current was determined by five parameters: high voltage at the electron gun, cathode voltage, pulse width, pulse amplitude, and bias voltage at the grid. From the experimental results under optimal conditions, the high voltage was determined to be 80 kV, the pulse width was 500 ns, and the cathode voltage was from 4.2 V to 4.6 V. The beam current was measured as 1.9 A at maximum. These results satisfy the beam current required for the operation of an electron linear accelerator.
Sergey V. Bedenko ;Igor O. Lutsik;Vadim V. Prikhodko ;Anton A. Matyushin ;Sergey D. Polozkov ;Vladimir M. Shmakov ;Dmitry G. Modestov ;Hector Rene Vega-Carrillo
Nuclear Engineering and Technology
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제55권7호
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pp.2678-2686
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2023
This work demonstrates the results of full-scale numerical experiments of a hybrid thorium-containing fuel plant operating in a state close to critical due to a controlled source of D-T neutrons. The proposed facility represented a level of generated power (~10-100 MWt) in a small pilot. In this work, the simulation of the D-T neutron plasma source operation in conjunction with the facility blanket was performed. The fission of fuel nuclei and the formation of spatial-energy release were studied in this simulation, in pulsed and stationary modes of the facility operation. The optimization results of neutronic and fluid dynamics studies to level the emerging offsets of the radial energy formed in the volume of the facility multiplying part due to the pulsed operation of the D-T neutron plasma source were presented. The results will be useful in improving the power control-based subcriticality monitoring method in coupled systems of the "pulsed neutron source-subcritical fuel assembly" type.
Kim, Sang In;Chang, Insu;Kim, Bong Hwan;Kim, Jang Lyul;Lee, Jung Il
Nuclear Engineering and Technology
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제46권2호
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pp.273-280
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2014
The spectrum weighted responses of various detectors were calculated to provide guidance on the proper selection and use of survey instruments on the basis of their energy response characteristics on the neutron fields. To yield the spectrum weighted response, the detector response functions of 17 neutron-measuring devices were numerically folded with each of the produced calibration neutron spectra through the in-house developed software 'K-SWR'. The detectors' response functions were taken from the IAEA Technical Reports Series No. 403 (TRS-403). The reference neutron fields of 21 kinds with 2 spectra groups with different proportions of thermal and fast neutrons have been produced using neutrons from the $^{241}Am$-Be sources held in a graphite pile, a bare $^{241}Am$-Be source, and a DT neutron generator. Fluence-average energy ($E_{ave}$) varied from 3.8 MeV to 16.9 MeV, and the ambient-dose-equivalent rate [$H^*(10)/h$] varied from 0.99 to 16.5 mSv/h.
$^{252}Cf$ 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.
중성자 측정장비 교정을 위한 표준중성자장을 제작하기 위하여 순수멕스월분포(kt=1.42MeV)로부터 $^{252}Cf$ 자발핵분열 중성자선원의 밀봉이 교정인자에 미치는 영향을 고찰하였다. SR-Cf-100과 SR-Cf-1273 밀봉모형을 실제 제작조건으로 하여 MCNP 코드를 사용하여 몬테카를로 모의를 수행하여, 비등방성교정인자와 선속밀도-대-선량당량 환산인자를 산정하였고, 다른 연구결과와 비교하였다. 결과로서, $FI({\theta}=90^{\circ})$는 1.061(통계오차 : ${\pm}0.2%$), $H/{\Phi}$는 $333.9(pSv\;cm^2)$ (통계오차 : ${\pm}0.5%$)인 것으로 산정되었다. 이 환산인자$(H/{\Phi})$의 값은 ISO 8529의 권고보다 1.8%가 작은 것인데, 이것은 한국원자력연구소의 비감속 $^{252}Cf$중성자선원의 스펙트럼이 ISO의 것보다 약간 더 연화하다는 물리적 의미를 갖는다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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