Chae, K.H.;Gautam, S.;Yu, B.Y.;Song, J.H.;Augustine, S.;Kang, J.K.;Asokan, K.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2011.02a
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pp.171-171
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2011
Co and Fe doped multi-wall carbon nano-tubes (MWCNTs) synthesized by microwave plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) technique are investigated with synchrotron radiations at Pohang Light Source (PAL) and European Synchrotron Radiation Facility (ESRF). Near edge x-ray absorption spectroscopy (NEXAFS) measurement at C K, Co $L_{3,2}$ and Fe $L_{3,2}$-edges, and x-ray magnetic circular dichroism (XMCD) at Co and Fe $L_{3,2}$-edges have been carried at 7B1 XAS KIST and 2A MS beamline, respectively, to understand the electronic structure and responsible magnetic interactions at room temperature. X-ray absorption spectroscopy (XAS) at C K-edge shows significant p-bonding and Co and Fe L-edges proves the presence of $Co^{2+}$ and $Fe^{2+}$ in octahedral symmetry. Co and Fe doped MWCNTs show good XMCD spectra at 300K. The effect on the magnetism is also studied through swift heavy ion (SHI) radiations and magnetism is found enhanced and change in the electronic structure in Co-CNTs is investigated.
Kim, J.W.;Kim, D.G.;Jo, H.C.;Choi, Y.S.;Kim, S.H.;Sim, K.D.;Sohn, M.H.
Progress in Superconductivity and Cryogenics
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v.17
no.1
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pp.28-31
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2015
An in-flight fragment separator, which aims to produce and study rare isotopes, consists of superferric quadrupole triplets and $30^{\circ}$ dipole magnets to focus and bend the beams for achromatic focusing and momentum dispersion, respectively. The separator is divided into pre and main stages, and we plan to use superconducting magnets employing high-Tc superconductor (HTS) coils in the pre-separator area, where radiation heating is high. The HTS coils will be cooled by cold He gas in 20-50 K, and in the other area, superferric magnets using low-temperature superconductor (LTS) will be used at 4 K. A few LTS coils were wound and successfully tested in a LHe dewar, and the design of cryostat has been optimized. Development of the HTS coils is ongoing in collaboration with a group at KERI. An HTS coil of racetrack shape was wound and tested in a $LN_2$ bath and in a dewar with cryocooler. No degradation on critical current due to coil winding was found.
Following the launch of Rare Isotope Science Project in December 2011, a heavy ion accelerator complex in South Korea, named RAON, has since been designed. It includes a muon facility for muon spin rotation, relaxation, and resonance. The facility will be provided with 600 MeV and 100 kW (one-fourth of the maximum power) proton beam. In this study, the graphite target in RAON was designed to have a rotating disk shape and was cooled by radiative heat transfer. This cool-down process has the following advantages: a low-temperature gradient in the target and the absence of a liquid coolant cooling system. Monte Carlo simulations and ANSYS calculations were performed to optimize the target system in a thermally stable condition when the 100 kW proton beam collided with the target. A comparison between the simulation and experimental data was also included in the design process to obtain reliable results. The final design of the target system will be completed within 2020, and its manufacturing is in progress. The manufactured target system will be installed at the RAON in the Sindong area near Daejeon-city in 2021 to carry out verification experiments.
Background: Concrete activation in cyclotron vaults is a major concern associated with their decommissioning because a considerable amount of activated concrete is generated by secondary neutrons during the operation of cyclotrons. Reducing the amount of activated concrete is important because of the high cost associated with radioactive waste management. This study aims to investigate the capability of the neutron absorbing materials to reduce concrete activation. Materials and Methods: The Particle and Heavy Ion Transport code System (PHITS) code was used to simulate a cyclotron target and room. The dimensions of the room were 457 cm (length), 470 cm (width), and 320 cm (height). Gd2O3, B4C, polyethylene (PE), and borated (5 wt% natB) PE with thicknesses of 5, 10, and 15 cm and their different combinations were selected as neutron absorbing materials. They were placed on the concrete walls to determine their effects on thermal neutrons. Thin B4C and Gd2O3 were placed between the concrete wall and additional PE shield separately to decrease the required thickness of the additional shield, and the thermal neutron flux at certain depths inside the concrete was calculated for each condition. Subsequently, the optimum combination was determined with respect to radioactive waste reduction, price, and availability, and the total reduced radioactive concrete waste was estimated. Results and Discussion: In the specific conditions considered in this study, the front wall with respect to the proton beam contained radioactive waste with a depth of up to 64 cm without any additional shield. A single layer of additional shield was inefficient because a thick shield was required. Two-layer combinations comprising 0.1- or 0.4-cm-thick B4C or Gd2O3 behind 10 cm-thick PE were studied to verify whether the appropriate thickness of the additional shield could be maintained. The number of transmitted thermal neutrons reduced to 30% in case of 0.1 cm-thick Gd2O3+10 cm-thick PE or 0.1 cm-thick B4C+10 cm-thick PE. Thus, the thickness of the radioactive waste in the front wall was reduced from 64 to 48 cm. Conclusion: Based on price and availability, the combination of the 10 cm-thick PE+0.1 cmthick B4C was reasonable and could effectively reduce the number of thermal neutrons. The amount of radioactive concrete waste was reduced by factor of two when considering whole concrete walls of the PET cyclotron vault.
Kim, Sunghwan;Nam, Uk-Won;Lee, Jaejin;Park, Won-Kee;Pyo, Jeonghyun;Moon, Bong-Kon
Journal of radiological science and technology
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v.39
no.1
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pp.43-49
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2016
In this study, equivalent dose and LET (Linear Energy Transfer) calibration of CR-39 SSNTD (Solid State Nuclear Track Detector) were performed using 400 MeV/u C heavy ions in HIMAC (Heavy Ion Medical Accelerator in Chiba) for high LET radiation therapy. The irradiated CR-39 SSNDTs were etched according the etching condition of JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency). And the etched SSNTDs were analyzed by using Image J. Determined frequency mean dose (${\bar{y_D}}$)and dose-mean lineal energy (${\bar{y_F}}$)of 400 MeV/u C are about 8.5keV/mm and 10.1 keV/mm, respectively by using the CR-39 SSNTD. This value is very similar to the results calculated by GEANT4 Monte Carlo simulation and measured with TEPC (Tissue Equivalent Proportional Counter) active radiation detector. We could determine the equivalent dose and LET calibration factors of CR-39. And we confirmed that the CR-39 SSNTD was useful for high LET radiation dosimetry in hadron radiotherapy.
The purpose of the Monte Carlo simulation study was to provide the optimized nozzle design to satisfy the beam conditions for biomedical researches in the Korean heavy-ion accelerator, RAON. The nozzle design was required to produce $C^{12}$ beam satisfying the three conditions; the maximum field size, the dose uniformity and the beam contamination. We employed the GEANT4 toolkit in Monte Carlo simulation to optimize the nozzle design. The beams for biomedical researches were required that the maximum field size should be more than $15{\times}15cm^2$, the dose uniformity was to be less than 3% and the level of beam contamination due to the scattered radiation from collimation systems was less than 5% of total dose. For the field size, we optimized the tilting angle of the circularly rotating beam controlled by a pair of dipole magnets at the most upstream of the user beam line unit and the thickness of the scatter plate located downstream of the dipole magnets. The values of beam scanning angle and the thickness of the scatter plate could be successfully optimized to be $0.5^{\circ}$ and 0.05 cm via this Monte Carlo simulation analysis. For the dose uniformity and the beam contamination, we introduced the new beam configuration technique by the combination of scanning and static beams. With the combination of a central static beam and a circularly rotating beam with the tilting angle of $0.5^{\circ}$ to beam axis, the dose uniformity could be established to be 1.1% in $15{\times}15cm^2$ sized maximum field. For the beam contamination, it was determined by the ratio of the absorbed doses delivered by $C^{12}$ ion and other particles. The level of the beam contamination could be achieved to be less than 2.5% of total dose in the region from 5 cm to 17 cm water equivalent depth in the combined beam configuration. Based on the results, we could establish the optimized nozzle design satisfying the beam conditions which were required for biomedical researches.
TEPC (Tissue Equivalent Proportional Counter) was usually used for high LET radiation dosimetry. We developed a prototype TEPC for micro-dosimetry in the range of $0.2{\sim}300 keV/{\mu}m$. And, the simulated site diameter of the TEPC is $2{\mu}m$, of similar size to a cell nucleus. For purposes of characterization the response for high LET radiation of the TEPC has been investigated under 135MeV/u Carbon ions in HIMAC (Heavy Ion Medical Accelerator). We determined the gas multiplication factor and measured the lineal energy spectrum [yd(y)] of 135 MeV/u Carbon ions. The value of the gas multiplication factor was 315 at 700 V bias voltage. As a result of the experiment, we could more understand the performance of the TEPC for high LET (Linear Energy Transfer) radiation. And the procedure of high LET radiation dosimetry using TEPC is established.
Proceedings of the Korea Technology Innovation Society Conference
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2017.11a
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pp.1533-1549
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2017
정부 R&D성과의 질적 수준을 제고하고 중장기 국가 재정사업의 효율성을 높이기 위한 각 연구 기관의 시도들이 있어 왔다. 연구사업의 발굴, 기획 및 수행에 있어 효과적인 정부 R&D 예산의 배분, 우선순위를 도출, 기술개발 전략 수립을 하는 것이 매우 중요해지고 있다. 정부 재정사업인 국가 R&D사업은 국가 기간산업을 활성화하고 경제발전을 수반할 수 있는 중요한 모멘텀으로서의 역할을 하고 있다. 또한, 국가 R&D사업의 한 축인 거대과학은 최첨단 기술의 개발과 미래성장동력의 발굴이라는 대명제로 그 중요성이 강조되고 있다. 거대과학 연구는 그 분야의 특수성으로 인해 대학의 과학자, 공공 연구기관의 연구원, 기업의 엔지니어가 함께 참여하여야 하고 대규모 국가 예산을 동원하는 과학 연구 사업이다. 이는 대규모 예산을 기반으로 하고 있기에 집중적 투자가 수반된다면 단기적으로 기초과학의 발전을 이뤄낼 수 있다. 이것은 산업발전에 밑거름이 되어 그 분야 자체로 하나의 산업생태계를 구성하고 요소 기술들의 응용으로 파생기술이 전파된다면 새로운 신산업 창출 등 국가산업에 많은 혜택을 줄 수 있다. 하지만 많은 인력과 대규모 투자 그리고 중장기 프로젝트라는 특성으로 인해 실패 가능성도 높아 전략적 선택 및 추진이 필요하다. 따라서 본 논문에서는 거대과학의 기술개발전략의 수립을 위하여 중이온 입자가속기 핵심부품 국산화 전략수립 사례를 중심으로 효율적인 R&D추진 방안을 도출해보고자 한다. 또한, 논문, 특허를 기반으로 한 3P분석을 통하여 중이온 가속기 핵심부품의 국산화 전략을 제안하고, 추진 우선순위 및 전략을 제시하고자 한다.
Sung Young Lee;Jin Ho Kim;Ji Hyun Chang;Jong Min Park;Chang Heon Choi;Jung-in Kim;So-Yeon Park
Journal of Radiation Protection and Research
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v.48
no.3
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pp.144-152
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2023
Background: Color texture analysis was applied as a tool for quantitative evaluation of radiation-induced skin injuries. Materials and Methods: We prospectively selected 20 breast cancer patients who underwent whole-breast radiotherapy after breast-conserving surgery. Color images of skin surfaces for irradiated breasts were obtained by using a mobile skin analyzer. The first skin measurement was performed before the first fraction of radiotherapy, and the subsequent measurement was conducted approximately 10 days after the completion of the entire series of radiotherapy sessions. For comparison, color images of the skin surface for the unirradiated breasts were measured similarly. For each color image, six co-occurrence matrices (red-green [RG], red-blue [RB], and green-blue [GB] from color channels, red [R], green [G], blue [B] from gray channels) can be generated. Four textural features (contrast, correlation, energy, and homogeneity) were calculated for each co-occurrence matrix. Finally, several statistical analyses were used to investigate the performance of the color textural parameters to objectively evaluate the radiation-induced skin damage. Results and Discussion: For the R channel from the gray channel, the differences in the values between the irradiated and unirradiated skin were larger than those of the G and B channels. In addition, for the RG and RB channels, where R was considered in the color channel, the differences were larger than those in the GB channel. When comparing the relative values between gray and color channels, the 'contrast' values for the RG and RB channels were approximately two times greater than those for the R channel for irradiated skin. In contrast, there were no noticeable differences for unirradiated skin. Conclusion: The utilization of color texture analysis has shown promising results in evaluating the severity of skin damage caused by radiation. All textural parameters of the RG and RB co-occurrence matrices could be potential indicators of the extent of skin damage caused by radiation.
Since radiation therapy is irradiated with high-energy X-rays in a variety of at least 20 Gy to 80 Gy, a high dose is administered to the local area where the tumor is located, and various side effects of some normal tissues are expected. Currently, in clinical practice, lead, a representative material, is used as an effort to shield normal tissues, but lead is classified as a heavy metal harmful to the human body, and a large amount of skin contact can cause poisoning. Therefore, this study intends to manufacture a measurement sheet that can compensate for the limitations of lead using the materials Tungsten, Brass, and Copper of the 3D printer of the FDM (Fused Deposition Modeling) method and to investigate the penetration performance. Tungsten mixed filament transmission measurement sheet size was 70 × 70 mm and thickness 1, 2, 4 mm using a 3D printer, and a linear accelerator (TrueBeam STx, S/N: 1187) was measured by irradiating 100 MU at SSD 100 cm and 5 cm in water using a water phantom, an ion chamber (FC-65G), and an elcetrometer (PTW UNIDOSE), and the permeability was evaluated. As a result of increasing the measurement sheet of each material by 1 mm, in the case of Tungsten sheet at 3.8 to 3.9 cm in 6 MV, the thickness of the lead shielding body was thinner than 6.5 cm, and in case of Tungsten sheet at 4.5 to 4.6 cm in 15 MV. The sheet was thinner than the existing lead shielding body thickness of 7 cm, and equivalent performance was confirmed. Through this study, the transmittance measurement sheet produced using Tungsten alloy filaments confirmed the possibility of transmission shielding in the high energy region. It has been confirmed that the usability as a substitute is also excellent. It is thought that it can be provided as basic data for the production of shielding agents with 3D printing technology in the future.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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