Jalil, A.;Chetaine, A.;Amsil, H.;Embarch, K.;Benchrif, A.;Laraki, K.;Marah, H.
Nuclear Engineering and Technology
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v.53
no.3
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pp.942-948
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2021
The aim of this work is to help inform the decision for choosing a convenient material for the PGAA (Prompt Gamma Activation Analysis) collimator plug to be installed at the tangential channel of the Moroccan Triga Mark II Research Reactor. Two families of materials are usually used for collimator construction: a mixture of high-density polyethylene (HDPE) with boron, which is commonly used to moderate and absorb neutrons, and heavy materials, either for gamma absorption or for fast neutron absorption. An investigation of two different collimator designs was performed using N-Particle Monte Carlo MCNP6.2 code with the ENDF/B-VII.1 and MCLIP84 libraries. For each design, carbon steel and lead materials were used separately as collimator heavy materials. The performed study focused on both the impact on neutron beam quality and the neutron-gamma background at the exit of the collimator beam tube. An analysis and assessment of the principal findings is presented in this paper, as well as recommendations.
The neutron induced nuclear data for Eu-153, Gd-155 and Cd-157 are calculated and evaluated in the high energy region. The evaluation procedure for deformed nuclei is setup by using Ecis-Empire codes. The energy dependent optical model potential parameters are searched based on the recent experimental data and applied up to 20 MeV. Optical model, full featured Hauser-Feshbach model and multistep direct and multistep compound model are used in the calculation. The direct-semidirect capture model and the direct coupled-channels contribution to discrete levels are introduced to improve the capture and inelastic scattering cross sections. The theoretically calculated cross sections are compared with the experimental data and the evaluated files. The model-calculated total and capture cross sections are in good agreement with the reference experimental data. The evaluated cross section results are compiled to ENDF-6 format and are expected to improve the ENDF/B-Vl.
Trace elements are important components in the biological system, as a structural material and metabolic controller. Neutron activation analysis (NAA) with high neutron flux and high energy resolution Ge (Li) detector coupled to multichannel analyzer (MCA) has been one of the most accurate method for the determination of ultra-trace level components, and is applicable to biological material. In human body, the NAA can be used for quantitation of trace elements in various organs and tissue with endocrinological and metabolic disease and industrial metal poisoning. In this study, Triga Mark III nuclear reactor in Korea Atomic Research Institute was used for quantitation of trace eleement in human lung cancer tissues by neutron activation analysis. In the squamous cell carcinoma tissues, Br, Hg, La, Sb, Sc, Cl, Fe and I content were lower than normal lung tissues, and K, Rb and Se content were higher. In the adenocarcinoma tissues, Fe, Au, La, Sc and Zn content were lower than normal lung tissues, and Rb, Co and Se content were higher. Rb content was higher in the adenocarcinoma tissues than in the squamous cell carcinoma tissues. Fe and Na content were higher in the squamous cell carcinoma tissues than in the adenocarcinoma tissues.
Background: A nondestructive test is commonly used to inspect the surface defects and internal structure of an object without any physical damage. X-rays generated from an electron accelerator or a tube are one of the methods used for nondestructive testing. The high penetration of X-rays through materials with low atomic numbers makes it difficult to discriminate between these materials using X-ray imaging. The interaction characteristics of neutrons with materials can supplement the limitations of X-ray imaging in material discrimination. Materials and Methods: The radiation image acquisition process for air-cargo security inspection equipment using X-rays and neutrons was simulated using a GEometry ANd Tracking (Geant4) simulation toolkit. Radiation images of phantoms composed of 13 materials were obtained, and the R-value, representing the attenuation ratio of neutrons and gamma rays in a material, was calculated from these images. Results and Discussion: The R-values were calculated from the simulated X-ray and neutron images for each phantom and compared with those obtained in the experiments. The R-values obtained from the experiments were higher than those obtained from the simulations. The difference can be due to the following two causes. The first reason is that there are various facilities or equipment in the experimental environment that scatter neutrons, unlike the simulation. The other is the difference in the neutron signal processing. In the simulation, the neutron signal is the sum of the number of neutrons entering the detector. However, in the experiment, the neutron signal was obtained by superimposing the intensities of the neutron signals. Neutron detectors also detect gamma rays, and the neutron signal cannot be clearly distinguished in the process of separating the two types of radiation. Despite these differences, the two results showed similar trends and the viability of using simulation-based radiation images, particularly in the field of security screening. With further research, the simulation-based radiation images can replace ones from experiments and be used in the related fields. Conclusion: The Korea Atomic Energy Research Institute has developed air-cargo security inspection equipment using neutrons and X-rays. Using this equipment, radiation images and R-values for various materials were obtained. The equipment was reconstructed, and the R-values were obtained for 13 materials using the Geant4 simulation toolkit. The R-values calculated by experiment and simulation show similar trends. Therefore, we confirmed the feasibility of using the simulation-based radiation image.
Accretion flows around black holes and neutron stars emit high energy radiation with varying spectral and timing properties. Observed timing variations, both short and long-term, point to the existence of a mechanism, dictated by the flow dynamics, and not by the stellar surface or magnetic fields, that is common in both. Spectral energy distributions of multiple sources indicate that the Comptonization process, the dominant mechanism for changing states in X-ray, takes place inside the flow that has similar physical properties in both the objects. In a series of observational and numerical studies, we enquire about the following: 1. Is there a steady state configuration for accreting matter around black holes that can explain spectral and timing properties? 2. Could a similar formalism explain spectral and timing properties of accretion around neutron stars? 3. Could there be a generalized flow configuration for accreting matter around such compact objects? Furthermore, we show that a unified spectral model can be constructed based on the generalized flow configuration, common to black holes and neutron stars.
The radiation protection measures for the photoneutrons are one of the most important issue of radiation safety in high energy X-ray facilities. When the photoneutrons are released from the facility, the general public as well as occupational workers are exposed to unexpected radiations by neutron skyshine effect. In this study, the photoneutron inventory are calculated using monte carlo mothed, and the neutron skyshine dose rate is assessed using the inventory. A 9MeV X-ray cargo inspection facility is considered as a reference facility.
Trace elements in airborne particulates were analyzed by instrumental neutron activation analysis (INAA) under the optimum analytical condition. Neutron irradiation for sample was done at the irradiation hole(neutron flux 1$\times$10$^{13}$ n/$\textrm{cm}^2$.s) of TRIGA MARK-III research reactor in the Korea Atomic Energy Research Institute. For the verification of the analytical method, NIST SRM-1648 and NIES CRM No.8 ore chosen and analyzed. The accuracy and precision of the analysis of 40 and 24 trace elements in the samples were compared with the certified and reported values, respectively. The analytical method was found to be reliable enough when the analytical data of NIES sample were compared with those of different counties. In the analytical result of two or both of standard reference materials, relative standard deviation wes within the 15% except a few elements and the relative error was within the 10%. We used this method to analyze 30 trace elements in airborne particulates collected with the high volume air sampler(PM-10) at too different locations and also confirmed the possibility to use this method as a routine monitoring tool to find out environmental pollution sources.
Stainless steel is used commonly in nuclear applications for shielding radiation, so in this study, three different types of new stainless steel samples were designed and developed. New stainless steel compound ratios were determined by using Monte Carlo Simulation program Geant 4 code. In the sample production, iron (Fe), nickel (Ni), chromium (Cr), silicium (Si), sulphur (S), carbon (C), molybdenum (Mo), manganese (Mn), wolfram (W), rhenium (Re), titanium (Ti) and vanadium (V), powder materials were used with powder metallurgy method. Total macroscopic cross sections, mean free path and transmission number were calculated for the fast neutron radiation shielding by using (Geant 4) code. In addition to neutron shielding, the gamma absorption parameters such as mass attenuation coefficients (MACs) and half value layer (HVL) were calculated using Win-XCOM software. Sulfuric acid abrasion and compressive strength tests were carried out and all samples showed good resistance to acid wear and pressure force. The neutron equivalent dose was measured using an average 4.5 MeV energy fast neutron source. Results were compared to 316LN type stainless steel, which commonly used in shielding radiation. New stainless steel samples were found to absorb neutron better than 316LN stainless steel at both low and high temperatures.
$^3He$ gas has been used for neutron monitors as the neutron converter owing to its advantages such as high sensitivity, good ${\gamma}$-discrimination capability, and long-term stability. However, $^3He$ is becoming more difficult to obtain in last few years due to a global shortage of $^3He$ gas. Accordingly, the cost of a neutron monitor using $^3He$ gas as a neutron converter is becoming more expensive. Demand on a neutron monitor using an alternative neutron conversion material is widely increased. $^{10}B$ has many advantages among various $^3He$ alternative materials, as a neutron converter. In order to develop a neutron converter using $^{10}B$ (actually $B_4C$), we calculated the optimal thickness of a neutron converter with a Monte Carlo simulation using MCNP6. In addition, a neutron converter was fabricated by the Ar sputtering method and the neutron signal detection efficiencies were measured with respect to various thicknesses of fabricated a neutron converter. Also, we developed a 2-dimensional multi-wire proportional chamber (MWPC) for neutron beam profile monitoring using the fabricated a neutron converter, and performed experiments for neutron response of the neutron monitor at the 30 MW research reactor HANARO at the Korea Atomic Energy Research Institute. The 2-dimensional MWPC with boron ($B_4C$) neutron converter was proved to be useful for neutron beam monitoring, and can be applied to other types of neutron imaging.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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