• Nuclear Engineering and Technology
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• 제53권12호
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• pp.4142-4149
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• 2021

In the radiation protection application, the metal-polymer composites have been developed for their radiation shielding properties. In this research, the elastomer composites doped by 10 ㎛ and 100nm size of lead, bismuth and tungsten particles as filler with 30 and 60 wt percentages were prepared. To survey the shielding properties of the polymer composites using gamma-ray emitted from 152Eu and 137Cs sources, the gamma flux was measured by using NaI(Tl) detector, then the linear attenuation coefficient was calculated. Also, the Monte Carlo simulation (MCs) method was used. The results showed a direct relationship between the linear attenuation coefficients of the absorbent and filler ratio. Also, the decrease in the particle size of the shielding material in each weight percentage improved the radiation shielding features. When the dimension of the particles was in the order of nano-size, more attenuation was achieved. At low energies used for medical diagnostic X-ray applications due to the predominance of the photoelectric effect, bismuth and lead were suitable selection as filler.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제51권3호
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• pp.800-806
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• 2019

This paper presents a laboratory experiment on data acquisition technique that applied to the gamma radiation scanning coupled with computed tomography (CT) technique for inspection of broken nozzle inside the vertical vessel. The acquisition technique was developed to inspect a large diameter vessel when suspicious problem location is not easily accessed. This technique allows the installation of gamma radiation source (Cesium 137, Cs-137), and detectors (Sodium Iodine. NaI(Tl)) from the accessible location to the required location and performs the scanning by designed pattern. To demonstrate the designed technique, top opened tank which installed with six cut steel pipes diameter of 76.2 mm (3") at a certain position was selected. They were assumed to be a gas riser pipes inside the vessel. Three studied cases were performed, (a) projection of well installed six pipes, (b) projection of one out of six broken pipe and (c) one of nozzle was assumed to be failure and fell down until one out of six pipes was broken and obstructed by nozzle. Results clearly indicated the capability of developed technique to distinguish between normal situation case and abnormal situation cases.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제55권3호
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• pp.1045-1051
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• 2023

In this study, we fabricated a liquid light-guide-based radiation sensor with a LaBr₃:Ce scintillator for remote gamma-ray spectroscopy. We acquired the energy spectra of Cs-137 and Co-60 using the proposed sensor, estimated the energy resolutions of the full energy peaks, and compared the scintillation light output variations. The major peaks of the radionuclides were observed in each result, and the estimated energy resolutions were similar to that of a general NaI(Tl) scintillation detector without a liquid light guide. Moreover, we showed the relationships of energy resolution and analog-to-digital channel regarding the number of photoelectrons produced and confirmed the effects of light guide length on remote gamma-ray spectroscopy. The proposed sensor is expected to be utilized to perform remote gamma-ray spectroscopy for distances of 3 m or more and would find application in many fields of nuclear facilities and industry.

• Journal of Radiation Protection and Research
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• 제33권1호
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• pp.13-20
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• 2008

석유 및 정유관련 산업에서 다중상(multi-phase flow) 유체의 배관 내 흐름은 일반적인 현상의 하나이다. 그러나 각각의 상에 대한 정확한 유량측정은 항상 정확한 결과획득을 얻는데 장애의 근원으로 작용하였다. 일반 상업용 유량계는 일정 이상의 기포가 포함된 유체 흐름의 경우 유량계측에 상당한 오차를 유발한다. 본 연구에서는 ${\gamma}$-ray attenuation 기법을 이용하여 clamp-on 타입으로 배관 외부에서 다중상 유체흐름의 유량 측정을 수행하였다. 사용된 밀봉 감마선원으로는 $^{137}Cs$ 20 mCi와 17 mCi 두 개의 동위원소를 사용하였으며, 감마선 검출기로는 $2"{\times}2"$ NaI(Tl) 섬광계수관을 이용하였다. 방사선 검출기로부터 데이터를 수집하고 각각의 데이터에 대해 푸리에 변환과 필터링을 통해 노이즈를 최소화하였다. 복원된 신호에 대해 상호상관함수(cross correlation function)를 적용하여 두 검출기 사이의 통과시간(transit time)을 측정함으로써 유량을 산정하였다. 배관 내 기포함량 측정을 통해 유량을 보정해줌으로써 측정유량의 정확도를 높였다. 두 선원간의 거리가 4D(D; inner diameter) 그리고 본 실험의 측정조건(N/S: $0.12{\sim}0.15$, sampling time ${\Delta}\;t$: 4msec) 하에서 기포량(단면적 대비 $6.1\;%{\sim}9.2\;%$) 보정을 통해 산정된 유량은 계측오차가 실제 평균유량 대비 1.7 % 이하인 정확도를 보였다. 또한 두 밀봉 감마선원 간의 거리가 가까울수록 통과시간 측정에 정확도가 향상되므로 보다 정확한 유량측정이 가능하였다. 본 연구를 통해 다중상 혼합유체의 유량을 밀봉감마선원과 상호상관 기법으로 이용하여 계측할 수 있음을 확인하였다. 방사성동위원소의 선택 및 계측시스템의 최적화 조건 등에 대한 추가연구가 수행된다면 석유화학 산업과 같은 장치산업의 유지관리 측면에 경제적으로 크게 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제18권3호
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• pp.291-299
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• 1997

As a microimaging device detecting gamma rays emitted from small lesions or tumors during operation, the intraoperative surgical probe has been proposed and is now under development. We have designed a multipurpose portable gamma prove system and evaluated the performance both for the absolute counting purpose of residual radioactivities and for the localizing capability of gamma events using the NaI(Tl) crystal and two types of photomultiplier tubes(PMTs). Counting efficiencies in the range of routine clinical use of radiation dose were measured using the assembly of single channel PMTs and 0.5 inch thick NaI(Tl) crystal of 1 inch diameter. The positioning of gamma events for imaging purpose requires the multiple channel PMTs with appropriate positioning electronics. We have designed a simple and reliable positioning circuit based on the concept of modified Anger. In preliminary experiments using the multiple channel PMT of 3 inch diameter and the dim lighth source, we were able to trace and localize the correct position with reduced positioning error by the use of two multiplier/divider chipset and simplified peripherals. The energy resolutions for the counting gamma probe measured as full width at half maximum(FWHM) for Cs-137, F-18, Tc-99m were 12%, 13%, and 36%, respectively. The spatial resolution for the imaging gamma probe measured as FWHM for green LED was 2.9 mm. The results indicate that the currently developing probe is very promising and could be very useful for many applications in nuclear medicine. Future studies will include developing collimators, improving interface hardwares, and evaluating the system with clinical data.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제11권9호
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• pp.3517-3523
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• 2010

본 논문은 이중 에너지 DR(Digital Radiography) 방식 중, 단일 조사 X-선(single shot X-ray exposure) 장치와 이중 모드 검출기 모듈 (Low Energy Detector & High Energy Detector)을 이용한 이중 X-선 이미징이 가능한 검출기 모듈에 관한 연구이다. 상용 BIS(baggage inspection system)에서 사용되고 있는 X-선 발생장치의 스펙트럼과 이중 모드 검출기에 대한 특징 및 방사선적 특성을 분석하여 새롭게 제안 할 검출기 모듈의 최적 설계 방향을 기술하고 상용화된 용화된 LED 및 HED 검출기와 새롭게 제안 한 검출기 모듈에 대해 전기적, 광학적, 방사선적 특성 실험을 실시하여, 새롭게 제안된 검출기 모듈이 BIS 용도로 사용 가능함을 증명하였다. 새롭게 제안 된 검출기 모듈이 적용된 BIS에 대해, 기본 특성 실험에 대한 X-선 영상을 획득하여 실험 및 분석을 실시하였다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제53권9호
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• pp.3051-3057
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• 2021

The concrete is considered as an important radiation shielding material employed widely in nuclear reactors, particle accelerators, laboratory hot cells and other different radiation sources. The present research is dedicated to the shielding properties study of the ordinary concrete reinforced with different weight fractions of lead oxide micro/nano particles. Lead oxide particles were fabricated by chemical synthesis method and their properties including the average size, morphological structure, functional groups and thermal properties were characterized by XRD, FESEM-EDS, FTIR and TGA analysis. The gamma ray mass attenuation coefficient of concrete composites has been calculated and measured by means of the Monte Carlo simulation and experimental methods. The simulation process was based on the use of MCNP Monte Carlo code where the mass attenuation coefficient (μ/ρ) has been calculated as a function of different particle sizes and filler weight fractions. The simulation results showed that the employment of the lead oxide filler particles enhances the mass attenuation coefficient of the ordinary concrete, drastically. On the other hand, there are approximately no differences between micro and nano sized particles. The mass attenuation coefficient was increased by increasing the weight fraction of nanoparticles. However, a semi-saturation effect was observed at concentrations more than 10 wt%. The experimental process was based on the fabrication of concrete slabs filled by different weight fractions of nano lead oxide particles. The mass attenuation coefficients of these slabs were determined at different gamma ray energies using ²²Na, ¹³⁷Cs and ⁶⁰Co sources and NaI (Tl) scintillation detector. The experimental results showed that the HVL parameter of the ordinary concrete reinforced with 5 wt% of nano PbO particles was reduced by 64% at 511 keV and 48% at 1332 keV. Reasonable agreement was obtained between simulation and experimental results and showed that the employment of nano PbO particles is more efficient at low gamma energies up to 1Mev. The proposed concrete is less toxic and could be prepared in block form instead of toxic lead blocks.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제55권7호
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• pp.2662-2669
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• 2023

For the precise measurements of special nuclear materials (SNM) including Pu and Am isotopes, we have used phoswich detector combination of two single crystal scintillators of Gd₃Ga₃Al₂O₁₂:Ce and CsI:Tl. High detection efficiency and sensitivity along with high figure of merit for the discrimination of these phoswich detectors ensures the detection and discrimination of thermal neutrons and gammas from spontaneous fission of Pu and other isotopes in presence of high gamma background. Using this detector, the low energy gammas, which is stopped completely in 1mm thick disc of GGAG, can be also discriminated from high energies gamma and shows linearity in wide range of sample quantities. By changing only the appropriate shielding, the similar setup was used for thermal neutron detection and shows a very good linearity over wide range. The quantity of a test sample was also calculated accurately by using the measured calibrated plot.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제26권1호
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• pp.42-51
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• 2015

양성자 치료 시 양성자 빔을 사용하여 정밀한 치료를 수행하고 환자의 안전을 제고하기 위해서는 인체 내 양성자 빔의 선량 분포를 확인하는 것이 중요하다. 이를 위해 본 연구팀은 이전 연구에서 1차원 배열형 검출기를 종형으로 배치하여 빔 진행방향으로 이동시켜가면서 2차원적인 즉발감마선 분포를 측정하여 양성자 선량 분포와 유사한 분포를 갖는 것을 확인하였다. 본 연구에서는 이를 바탕으로 즉발감마선 이차원분포를 실시간으로 측정하기 위해 이차원 평행다공형 집속 장치, 이차원 배열의 NaI(Tl) 섬광체와 MA-PMT로 이루어진 즉발감마선 이차원분포 측정 장치를 개발하였다. 개발한 즉 발감마선 이차원분포 측정 장치의 성능을 평가한 결과 $^{22}Na$ 감마선원의 에너지 분해능은 $10.9%{\pm}0.23p%$ (0.511 MeV)와 $6.4%{\pm}0.24p%$ (1.275 MeV)로 평가되었으며, $^{137}Cs$은 $9.8%{\pm}0.18p%$ (0.662 MeV)로 평가되었다. 고에너지 Am-Be 선원의 double escape 피크인 3.416 MeV의 에너지 분해능은 $11.4%{\pm}3.6p%$로 평가되었다. 본 측정 장치를 이용하여 45 MeV 양성자 빔을 PMMA에 조사하여 발생한 즉발감마선 이차원분포를 측정한 결과 0.5 nA의 세기의 양성자 빔에서 $9{\times}10^9$ 양성자 조사 시 양성자 선량 분포와 유사한 즉발감마선 이차원분포를 측정할 수 있음을 확인하였다. 추가로 측정한 즉발감마선 이차원분포의 프로파일 분포를 이용하여 양성자 빔의 비정을 평가해 본 결과 $17.0{\pm}0.4mm$로 평가되었고, 실제 비정인 17.4 mm과 굉장히 밀접한 관련이 있음을 확인하였다.

• 핵의학기술
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• 제25권2호
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• pp.41-47
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• 2021

최근 사이클로트론 시설의 GMP 인증 및 핵의학과 검사 보험 미적용 등으로 인해 핵의학 검사 수가 감소함에 따라 사이클로트론도 조기에 해체될 가능성이 높다. 이에 본 연구에서는 사이클로트론 해체 시 방사성폐기물 발생량과 관련성이 높은 사이클로트론 차폐벽 내 방사성핵종을 확인하였다. 국내에는 해체가 진행중인 사이클로트론이 없으므로 사이클로트론 차폐벽 Coring이 불가능하고, 국내 모든 사이클로트론에 대한 실험을 수행하는 것은 현실적으로 불가능하다. 따라서, 대구 K대학교 병원 내 KIRAMS-13이 설치된 사이클로트론실에서 Target 진행 방향을 중심으로 총 30 곳에서 방사성핵종을 분석하였다. 본 연구에서 활용한 장비는 Thermo사의 RIIDEye이며, 측정 지점별 측정시간은 24시간으로 설정하였다. 측정 결과 일부 측정 지점에서 장반감기 방사성핵종인 Co-60과 Cs-137이 검출되었다. 또한, 가장 많은 측정 지점에서 검출된 Co-60의 방출에너지별 방사능을 확인한 결과, target 방향을 중심으로 우측 상부에서 좌측 하부로 이어지는 대각선 방향으로 방사능이 높은 것을 확인하였다. 따라서, 향후 사이클로트론 해체 전 차폐벽 coring 위치 선정 시 휴대용핵종분석기를 활용할 수 있을 것으로 예상된다. 하지만, 본 연구는 하나의 사이클로트론에 대한 실험 결과이므로 다수의 사이클로트론에 대한 추가 연구가 필요할 것으로 예상된다. 또한, 본 연구 결과는 휴대용핵종분석기를 사용한 연구결과로서 HPGe를 활용한 추가 연구를 수행하여 일치성을 확인하는 추가 연구가 필요할 것으로 판단된다. 최종적으로 다년간의 각 기관별 콘크리트 표면에서의 방사화 자료가 구축된다면, 사이클로트론 해체 준비 시 보다 정확한 방사성폐기물량을 예측할 수 있을 것으로 판단된다.