Background: A variety of inorganic scintillators have been developed and improved for use in radiation detection and measurement, and in situ gamma-ray spectrometry in the environment remains an important area in nuclear safety. In order to verify the feasibility of promising scintillators in an actual environment, a performance test is necessary to identify gamma-ray peaks and calculate the radioactivity from their net count rates in peaks. Materials and Methods: Among commercially available scintillators, $LaBr_3(Ce)$ scintillators have so far shown the highest energy resolution when detecting and identifying gamma-rays. However, the intrinsic background of this scintillator type affects efficient application to the environment with a relatively low count rate. An algorithm to subtract the intrinsic background was consequently developed, and the in situ calibration factor at 1 m above ground level was calculated from Monte Carlo simulation in order to determine the radioactivity from the measured net count rate. Results and Discussion: The radioactivity of six natural radionuclides in the environment was evaluated from in situ gamma-ray spectrometry using an $LaBr_3(Ce)$ detector. The results were then compared with those of a portable high purity Ge (HPGe) detector with in situ object counting system (ISOCS) software at the same sites. In addition, the radioactive cesium in the ground of Jeju Island, South Korea, was determined with the same assumption of the source distribution between measurements using two detectors. Conclusion: Good agreement between both detectors was achieved in the in situ gamma-ray spectrometry of natural as well as artificial radionuclides in the ground. This means that an $LaBr_3(Ce)$ detector can produce reliable and stable results of radioactivity in the ground from the measured energy spectrum of incident gamma-rays at 1 m above the ground.
As the field of application of in-situ gamma spectroscopy is diversified, proficiency is required for consistent and accurate analysis. In this study, a program was developed to virtually create gamma energy spectra of artificial nuclides, which are difficult to obtain through actual measurements, for training. The virtual spectrum was created by synthesizing the spectra of the background radiation obtained through actual measurement and the theoretical spectra of the artificial radionuclides obtained by a Monte Carlo simulation. Since the theoretical spectrum can only be obtained for a given geometrical structure, representative major geometries for in-situ measurement (ground surface, concrete wall, radioactive waste drum) and the detectors (HPGe, NaI(Tl), LaBr3(Ce)) were predetermined. Generated virtual spectra were verified in terms of validity and harmonization by gamma spectrometry and energy calibration. As a result, it was confirmed that the energy calibration results including the peaks of the measured spectrum and the peaks of the theoretical spectrum showed differences of less than 1 keV from the actual energies, and that the calculated radioactivity showed a difference within 20% from the actual inputted radioactivity. The verified data were assembled into a database and a program that can generate a virtual spectrum of desired condition was developed.
WooCheol Choi;Tae-Hoon Jeon;Jung-Ho Song;KwangPyo Kim
Journal of Radiation Industry
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v.17
no.4
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pp.471-479
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2023
In In-situ radioactivity measurement techniques, efficiency calibration models use predefined models to simulate a sample's geometry and radioactivity distribution. However, simplified efficiency calibration models lead to uncertainties in the efficiency curves, which in turn affect the radioactivity concentration results. This study aims to develop an efficiency calibration optimization methodology to improve the accuracy of in-situ gamma radiation measurements for byproducts from industrial facilities. To accomplish the objective, a drive mechanism for rotational measurement of an byproduct simulator and a sample was constructed. Using ISOCS, an efficiency calibration model of the designed object was generated. Then, the sensitivity analysis of the efficiency calibration model was performed, and the efficiency curve of the efficiency calibration model was optimized using the sensitivity analysis results. Finally, the radiation concentration of the simulated subject was estimated, compared, and evaluated with the designed certification value. For the sensitivity assessment of the influencing factors of the efficiency calibration model, the ISOCS Uncertainty Estimator was used for the horizontal and vertical size and density of the measured object. The standard deviation of the measurement efficiency as a function of the longitudinal size and density of the efficiency calibration model decreased with increasing energy region. When using the optimized efficiency calibration model, the measurement efficiency using IUE was improved compared to the measurement efficiency using ISOCS at the energy of 228Ac (911 keV) for the nuclide under analysis. Using the ISOCS efficiency calibration method, the difference between the measured radiation concentration and the design value for each simulated subject measurement direction was 4.1% (1% to 10%) on average. The difference between the estimated radioactivity concentration and the design value was 3.6% (1~8%) on average when using the ISOCS IUE efficiency calibration method, which was closer to the design value than the efficiency calibration method using ISOCS. In other words, the estimated radioactivity concentration using the optimized efficiency curve was similar to the designed radioactivity concentration. The results of this study can be utilized as the main basis for the development of regulatory technologies for the treatment and disposal of waste generated during the operation, maintenance, and facility replacement of domestic byproduct generation facilities.
This study concerns about the measurement and the investigation of environmental radiation characteristics which the components and the distribution of exposure rates by terrestrial y-rays in Taegu area. $4^{'}{\phi}{\times}4^{'}$ NaI(T1) scintillation detector with a multichannel analyzer was used in the measurement of y-rays as a part of in-situ spectrometry at twenty eight different locations in this area. The conversion into the exposure rate from the measured ${\gamma}-ray$ spectrum has been carried out leading to a net exposure rate and component ones by $^{40}K,\;^{238}U$ series and $^{232}Th$ series products which are known by the major parts in the terrestrial ${\gamma}-rays$ generally. As a result, the average exposure rate by the terrestrial ${\gamma}-rays$ in Taegu area is $9.4{\mu}R/h$ and the distribution of individual exposure rates shows more or less differences between these locations even after the consideration of diurnal and yearly variations which are always involved in these measurements. The component parts of exposure rates are distributed $^{40}K\;2.9{\sim}4.6{\mu}R/h,\;^{238}U$ series $1.2{\sim}3,\;1{\mu}R/h,\;^{232}Th$ series $2.5{\sim}5.0{\mu}R/h$ over the measured locations.
Ji, Young-Yong;Chung, Kun Ho;Kim, Chang-Jong;Yoon, Jin;Lee, Wanno;Choi, Geun-Sik;Kang, Mun Ja
Journal of Radiation Protection and Research
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v.41
no.2
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pp.87-91
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2016
Background: A hand-held detector for an emergency response was developed for nuclide identification and to estimate the information of the ambient dose rate in the scene of an accident as well as the radioactivity of the contaminants. Materials and Methods: To achieve this, the most suitable sensor was first selected as a cadmium zinc telluride (CZT) semiconductor and the signal processing unit from a sensor and the signal discrimination and storage unit were successfully manufactured on a printed circuit board. Results and Discussion: The performance of the developed signal processing unit was then evaluated to have an energy resolution of about 14 keV at 662 keV. The system control unit was also designed to operate the CZT detector, monitor the detector, battery, and interface status, and check and transmit the measured results of the ambient dose rate and radioactivity. In addition, a collimator, which can control the inner radius, and the airborne dust sampler, which consists of an air filter and charcoal filter, were developed and mounted to the developed CZT detector for the quick and efficient response of a nuclear accident. Conclusion: The hand-held CZT detector was developed to make the in-situ gamma-ray spectrometry and its performance was checked to have a good energy resolution. In addition, the collimator and the airborne dust sampler were developed and mounted to the developed CZT detector for a quick and efficient response to a nuclear accident.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.17
no.3
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pp.321-328
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2019
The detection performances of the NaI(Tl), $LaBr_3$(Ce) and $CeBr_3$ scintillation detectors, which can be used to rapidly evaluate the major artificial radionuclides deposited on the soil surface in a nuclear accident or radiological emergency, were compared. Detection performance was assessed by calculating the minimum detectable activity (MDA). The detection efficiency of each detector for artificial radionuclides was semi-empirically determined using mathematical modelling and point-like sources having certified radioactivity. The background gamma-ray energy spectrum for MDA evaluation was obtained from relatively wide and flat grassland, and the MDA values of each detector for the major artificial radionuclides that could be released in nuclear accidents were calculated. As a result, the relative MDA values of each detector regarding surface deposition distribution at normal environmental radiation level were evaluated as high in the order of the NaI(Tl), $LaBr_3$(Ce), and $CeBr_3$ detectors. These results were compared based on each detector's intrinsic and measurement environment background, detection efficiency, and energy resolution for the gamma-ray energy region of the radionuclide of interest.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.21
no.4
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pp.543-558
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2023
Currently, Japan is undertaking a nationwide project to measure and map radioactive contamination around Fukushima, as part of the efforts to restore normalcy following the nuclear accident. The Japan Atomic Energy Agency (JAEA) manages the Fukushima Environmental Safety Center, located approximately 20 km north of the Fukushima Daiichi nuclear power plant in Minamisōma City, Fukushima Prefecture. In collaboration with the JAEA, this study involved conducting comparison experiments and analyses with radiation detectors in high radiation environments, a challenging task in Korean environments. Environmental radiation surveys were conducted using three types of detectors: CZT, NaI(Tl), and LaBr3(Ce), across two contaminated areas. Dose rate values were converted using dose rate conversion factors for each detector type, and dose rate maps were subsequently created and compared. The detectors yielded similar results, demonstrating their feasibility and reliability in high radiation environments. The findings of this study are expected to be a crucial reference for enhancing the verification and supplementation of procedures and methods in future radiation measurements and mobile surveys in high-radiation environments, using these three types of radiation instruments.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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