Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2008.03a
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pp.602-605
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2008
The anode sheath structure in the hollow anode of an anode-layer type Hall thruster was numerically computed using a fully kinetic 2D3V Particle-in-Cell and Direct Simulation Monte Carlo(PIC-DSMC) code. By treating both ions and electrons as particles, anode surface region, which is electrically non-neutral, was analyzed. In order to analyze in detail, the calculation code was parallelized using Message Passing Interface (MPI). The code successfully simulated the discharge current oscillation. In the low magnetic induction case, ion sheath appears in the anode surface because ionization is enough to maintain the plasma occurs in the anode hollow. As the magnetic induction increases, main ionization region move to outside of the anode. At the same time, anode sheath voltage decreases. In the high magnetic induction case, electron sheath appears on the anode surface periodically because the ionization occurs mainly in the discharge channel. This anode sheath condition shift can be explained using the simple sheath model.
Hydrogen is the most abundant element in the universe, which is, in the cosmological context, attributed to its simplest structure consisting of a proton and an electron. Hydrogen interacts with an electromagnetic wave in astrophysical environments. Rayleigh scattering refers to elastic scattering, where the frequencies of the incident and scattered photons are the same. Rayleigh and resonance scattering is a critical role study Lyman Alpha objects in the early universe. The scattering causes the frequency and spatial diffusion of Lyα. In the case of Raman scattering, the energies of the incident and scattered photons are different. The photons near Lyβ convert to the optical photons near Hα through Raman scattering. The photon scattered by atomic hydrogen can carry both of the properties of the H I region and the emission region. I adopt a Monte Carlo approach to investigate the formation of the various spectral line features through Rayleigh and Raman scattering in highly thick media of atomic hydrogen. In this thesis, I present my works on radiative transfer involving the scattering processes between far UV photon and atomic hydrogen. I introduce scattering processes with atomic hydrogen and the spectral, spatial, and polarized information originating from the scattering.
This paper contains results of the theoretical studies of the electrical breakdown properties in sulfur hexafluoride. Since the strong interaction of high-energy electrons with the polyatomic sulfur hexafluoride molecule causes their rapid deceleration to the lower energy of electron capture and dissociative attachment, the breakdown is only possible at relatively high field strengths. From the breakdown voltage curves, the effective yields that characterize secondary electron productions have been estimated. Values of the effective yields are found to be more consistent if they are derived from the experimentally determined values of the ionization coefficient and the breakdown voltages. In addition, simulations were performed using an one-dimensional Particle-in-cell/Monte Carlo collision code. The obtained simulation results agree well with the available experimental data with an error margin of less than 10% over a wide range of pressures and the gap sizes. The differences between measurements and calculations can be attributed to the differences between simulation and experimental conditions. Simulation results are also compared with the theoretical predictions obtained by using expression that describes linear dependence of the breakdown voltage in sulfur hexafluoride on the pressure and the gap size product.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2012.02a
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pp.581-581
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2012
나노스케일에서의 자구체(magnetic domain), 자화벽(magnetic domain wall)에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있으며 특히 자화벽의 위치를 임의로 제어할 수 있는 기술을 응용한 메모리 소자에 대한 연구가 활발하다. 반면에 이러한 연구에 필수적인 자구체, 자화벽 이미징 장비는 매우 미비한 상황이다. 이와 같은 자성이미징(magnetic domain image), 자화벽(magnetic domain wall)을 연구하는데 있어 가장 핵심적인 장비가 SEMPA(Scanning Electron Microscopy with Polarization Analysis)이다. 일반적으로 SEM의 경우 고 에너지 빔의 전자 빔을 주사 시키고 이때 발생되는 이차 전자의 수를 2차원상의 영역에 따라 달라지는 비로 형상을 측정하게 된다. 이때 전자의 수 뿐만 아니라 이들의 spin polarization을 측정할 수 있다면 형상뿐 만 아니라 표면에서의 스핀 상태를 동시에 측정할 수 있게 된다. 기 개발된 W-filament source를 이용한 SEMPA는 field emission source에 비하여 전자빔의 세기가 약하며 이차 전자의 수도 적어 spin polarization 감도가 현저히 떨어진다. 또한 초고진공($1{\times}10^{-10}torr$)에서 사용할 수 없어 측정시료의 contamination을 방지할 수 없다. 이러한 문제점들을 보안하기 위하여 field emission source를 이용한 FE-SEMPA를 개발 중이며 2차전자의 spin polarization감도를 증가시키기 위하여 monte carlo simulation과 전산시늉등울 통해 스핀 검출기를 개발 및 연구결과를 발표하고자 한다.
In this study, simulations were done of a 661.6 keV line from a point source of $^{137}Cs$ housed in a lead shield. When increasing the scattering angle from 60 to 120 degrees with a 6061 aluminum alloy target placed at angles of 30 and 45 degrees to the incident beam, the spectra showed that the single scattering component increases and that the multiple scattering component decreases. The investigation of the single and multiple scattering components was carried out using a MCNP5 simulation code. The component of the single Compton scattering photons is proportional to the target electron density at the point where the scattering occurs. The single scattering peak increases according to the thickness of the target and saturates at a certain thickness. The signal-to-noise ratio was found to decrease according to the target thickness. The simulation was experimentally validated by measurements. These results will be used to determine the best conditions under which this method can be applied to testing electron densities or to assess the thickness of samples to locate defects in them.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.25
no.4
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pp.1-11
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2021
To develop technologies for the stable operation of electric propulsion systems, the exhaust plume behavior of electric thrusters was studied using PIC-DSMC(particle-in-cell and direct simulation Monte Carlo). For the numerical analysis, the Simple Electron Fluid Model using Boltzmann relation was employed, and the charge and momentum exchanges due to atom-ion collisions were considered. The results of this study agreed with the plasma potentials measured experimentally. Near the thruster exit, active collisions among particles and charge exchanges created slow ions and fast atoms, which were expected to significantly affect the trajectory and velocity of the thruster exhaust plume.
This study compares and analyzes the performance of a shield manufactured using 3D printing technology to find out its applicability as a shield in high-energy electron beam therapy. Actual measurement and monte carlo simulations were performed to evaluate the shielding performance of 3D printing materials for high-energy electron beams. First, in order to secure reliability for the simulation, a source term evaluation was conducted by referring to the IAEA's TRS-398 recommendation. Second, to analyze the shielding performance of PLA+W (93%), a specimen was manufactured using a 3D printer, and the shielding rate by thickness according to electron beam energy was evaluated. Third, the shielding thickness required for electron beam treatment was calculated through a comparative analysis of shielding performance between PLA+W (93%) and existing shielding bodies. First, as a result of the evaluation of the source term through actual measurement and simulation, the TRS-398 recommendation was satisfied with an error of less than 1%, thereby securing the reliability of the simulation. Second, as a result of the shielding performance analysis for PLA+W (93%), 6 MeV electron beams showed a shielding rate of more than 95% at 3.12 mm, and 15 MeV electron beams showed a shielding rate of more than 90% at 10 mm thickness. Third, through simulations, comparative analysis between PLA+W (93%) materials and existing shields showed high shielding rates within the same thickness in the order of tungsten, lead, copper, PLA+W (93%), and aluminum. 6 MeV electron beams showed almost similar shielding rates at 5 mm or more and 15 MeV electron beams. Through this study in the future, it is judged that it can be used as basic data for the production and application of shielding bodies using PLA+W (93%) materials in high-energy electron beam treatment.
Jeong, Dong Hyeok;Lee, Manwoo;Lim, Heuijin;Kang, Sang Koo;Lee, Sang Jin;Kim, Hee Chang;Lee, Kyohyun;Kim, Seung Heon;Lee, Dong Eun;Jang, Kyoung Won
Nuclear Engineering and Technology
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v.53
no.4
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pp.1289-1296
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2021
In this study, an electron-scattering device was fabricated to practically use the ultra-high dose rate electron beams for the FLASH preclinical research in Dongnam Institute of Radiological and Medical Sciences. The Dongnam Institute of Radiological and Medical Sciences has been involved in the investigation of linear accelerators for preclinical research and has recently implemented FLASH electron beams. To determine the geometry of the scattering device for the FLASH preclinical research with a 6-MeV linear accelerator, the Monte Carlo N-particle transport code was exploited. By employing the fabricated scattering device, the off-axis and depth dose distributions were measured with radiochromic films. The generated mean energy of electron beams via the scattering device was 4.3 MeV, and the symmetry and flatness of the off-axis dose distribution were 0.11% and 2.33%, respectively. Finally, the doses per pulse were obtained as a function of the source to surface distance (SSD); the measured dose per pulse varied from 4.0 to 0.2 Gy/pulse at an SSD range of 20-90 cm. At an SSD of 30 cm with a 100-Hz repetition rate, the dose rate was 180 Gy/s, which is sufficient for the preclinical FLASH studies.
A tumor on the eyelid is often treated using a high-energy electron beam, with a metallic eye shield inserted between the eyelid and the eyeball to preserve the patient's sight. Pretreatment quality assurance of the inner eyelid dose on the metallic shield requires a very small dosimetry tool. For enhanced accuracy, a flexible device fitting the curved interface between the eyelid and the shield is also required. The radiochromic film is the best candidate for this device. To measure the doses along the curved interface and small area, a 3-mm-wide strip of EBT2 film was inserted between the phantom eyelid and the shield. After irradiation with 6 MeV electron beams, the film was evaluated for the dose profile. An acrylic eye shield of the same size as the real eye shield was machined, and CT images free from metal artifacts were obtained. Monte Carlo simulation was performed on the CT images, taking into account eye shield material, such as tungsten, aluminum, and steel. The film-based interface dose distribution agreed with the MC calculation within 2.1%. In the small (millimeter scale) and curved region, radiochromic film dosimetry promises a satisfactory result with easy handling.
In this work we developed a EGS4 control code to calculate the dose distributions for high energy electron beams in water phantom applied longitudinal magnetic field. We reviewed the electron's motion in magnetic field and delivered equations for direction changs of the electron by the external magnetic field. The mathematical results are inserted into the EGS4 code system to account for the presence of external magnetic fields in phantom. The electron pencil beam paths of 6 MeV in water phantom are calculated for magnetic fields of 1-3 T and the dose distributions for a field of 1.0 cm in diameter are calculated for magnetic fields of 0.6-1 T using the code. From the results of path calculations we found that the lateral ranges of the electrons are reduced in the magnetic field of 3 T. For a field of 1 cm diameter and a magnetic field of 1 T, the small dose enhancement near the range of the electrons on the depth dose and the penumbra reduction of 0.15 cm on the beam profile are observed. We discussed and evaluated the results from the theoretical concepts.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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