This paper presents the neutron dose rate analysis of the new CONSTOR® RBMK-1500/M2 storage cask intended for the spent nuclear fuel storage at Ignalina Nuclear Power Plant in Lithuania. These casks are designed to be stored in a new "closed" type interim storage facility, with the capacity to store up to 202 CONSTOR® RBMK-1500/M2 casks. In 2016 y, the "hot trials" of this new facility were conducted and 10 CONSTOR® RBMK-1500/M2 casks loaded with the spent nuclear fuel were transported to the dedicated storage places in this facility. During "hot trials", the dose rate measurements of the CONSTOR® RBMK-1500/M2 casks were performed as the dose rate is one of the critical parameter to control and it must be below design (and safety) criteria. Therefore, having the actual data of the spent nuclear fuel characteristics, the neutron dose rate modeling of the CONSTOR® RBMK-1500/M2 cask loaded with this particular fuel was also performed. Neutron dose rate modeling was performed using MCNP 5 computer code with very detailed geometrical representation of the cask and the fuel. The obtained modeling results were compared with the measurement results and it was revealed, that modeling results are generally in good agreement with the measurements.
Silicon, especially silicon in the form of SiO2, is a major component of rocks. Final spent fuel storages, which are being designed, are located in suitable rock formations in the Earth's crust. Reduction of the uncertainty of silicon neutron scattering and capture is needed; improved silicon evaluations have been recently produced by the ORNL/IAEA collaboration within the INDEN project. This paper deals with the nuclear data validation of that evaluation performed at the LR-0 reactor by means of critical experiments and measurement of reaction rates. Large amounts of silicon were used both as pure crystalline silicon and SiO2 sand. The critical moderator level was measured for various core configurations. Reaction rates were determined in the largest core configuration. Simulations of the experimental setup were performed using the MCNP6.2 code. The obtained results show the improvement in silicon cross-sections in the INDEN evaluations compared to existing evaluations in major libraries. The new Thermal Scattering Law for SiO2 published in ENDF/B-VIII.0 additionally reduces the discrepancy between calculation and experiments. However, an unphysical peak is visible in the neutron spectrum in SiO2 obtained by calculation with the new Thermal Scattering Law.
Jae Chang Kim;Jae Young Jeong;Kihong Pak;Yong Hyun Kim;Junesic Park;Ju Hahn Lee;Yong Kyun Kim
Nuclear Engineering and Technology
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제55권10호
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pp.3692-3699
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2023
The Rare isotope Accelerator complex for ON-line experiments in Korea houses several accelerator complexes. Among them, the µSR facility will be initially equipped with a 600 MeV and 100 kW proton beam to generate surface muons, and will be upgraded to 400 kW with the same energy. Accelerated proton beams lose approximately 20% of the power at the target, and the remaining power is concentrated in the beam direction. Therefore, to ensure safe operation of the facility, concentrated protons must be distributed and absorbed at the beam dump. Additionally, effective dose levels must be lower than the legal standard, and the beam dumps used at 100 kW should be reused at 400 kW to minimize the generation of radioactive waste. In this study, we introduce a tailored method for designing beam dumps based on the characteristics of the µSR facility. To optimize the geometry, the absorbed power and effective dose were calculated using the MCNP6 code. The temperature and stress were determined using the ANSYS Mechanical code. Thus, the beam dump design consists of six structures when operated at 100 kW, and a 400 kW beam dump consisting of 24 structures was developed by reusing the 100 kW beam dump.
KIM MYONG-SEOP;LEE CHOONG-SUNG;OH SOO-YOUL;HWANG SUNG-YUL;JUN BYUNG-JIN
Nuclear Engineering and Technology
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제38권1호
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pp.93-98
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2006
The radial uniformity of neutron irradiation in silicon ingots for neutron transmutation doping (NTD) at HANARO is examined by both calculations and measurements. HANARO has two NTD holes named NTD1 and NTD2. We have been using the NTD2 hole for 5 in. NTD commercial service, and we intend to use two holes for 6 in. NTD. The objective of this study is to predict the radial uniformity of 6 in. NTD at the two holes. The radial neutron flux distributions inside single crystal and noncrystal silicon loaded at the NTD2 hole are calculated by the VENTURE code. For NTD1, the radial distributions of the reaction rate for a 6 in. NTD with a neutron screen are calculated by MCNP, and measured by gold wire activation. The results of the measurements are compared with those of the calculations. From the VENTURE calculation, it is confirmed that the neutron flux distribution in the single crystal silicon is much flatter than that in the non-crystal silicon. The non-uniformities of the measurements for radial neutron irradiation are slightly larger than those of the calculations. However, excluding local dips in the measurements, the overall trends of the distributions are similar. The radial resistivity gradient (RRG) for a 5 in. silicon ingot is estimated to be about $1.5\%$. For a 6 in. ingot, the RRG of a silicon ingot irradiated at HANARO is predicted to be about $2.1\%$. Also, from the experimental results, we expect that the RRG would not be larger than $4.4\%$.
The purpose of this study is to evaluate the radiation effect on damage when the external shield of the spent nuclear fuel transport cask is damaged due to impact as the cause of an unexpected accident. The neutron and gamma-ray intensities and spectra are calculated using the ORIGEN-Arp module in the SCALE 6.2.4 code package(1) and then using MCNP6.2(2) code calculate the dose rate. In order to evaluate the radiation dose according to the size of damage caused by external impact, various sized holes of 0.3~13.7% are assumed in the outer shield of the cask to evaluate the sensitivity to the dose. In the case of radiation source leakage, damage to the nuclear fuel assembly is assumed to be up to 6% based on overseas test cases. When only the outer shield is damaged, the maximum surface dose is calculated as 3.12E+03 mSv/hr. However, if the radiation source is leaked due to damage to the nuclear fuel assembly, it becomes 7.00E+05 mSv/hr which is about 200 times greater than the former case.
Kim, Hyun Suk;Smith, Martin B.;Koslowsky, Martin R.;Kwak, Sung-Woo;Ye, Sung-Joon;Kim, Geehyun
Journal of Radiation Protection and Research
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제42권1호
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pp.48-55
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2017
Background: Simultaneous detection of neutrons and gamma rays have become much more practicable, by taking advantage of good gamma-ray discrimination properties using pulse shape discrimination (PSD) technique. Recently, we introduced a commercial CLYC system in Korea, and performed an initial characterization and simulation studies for the CLYC detector system to provide references for the future implementation of the dual-mode scintillator system in various studies and applications. Materials and Methods: We evaluated a CLYC detector with 95% $^6Li$ enrichment using various gamma-ray sources and a $^{252}Cf$ neutron source, with validation of our Monte Carlo simulation results via measurement experiments. Absolute full-energy peak efficiency values were calculated for gamma-ray sources and neutron source using MCNP6 and compared with measurement experiments of the calibration sources. In addition, behavioral characteristics of neutrons were validated by comparing simulations and experiments on neutron moderation with various polyethylene (PE) moderator thicknesses. Results and Discussion: Both results showed good agreements in overall characteristics of the gamma and neutron detection efficiencies, with consistent ~20% discrepancy. Furthermore, moderation of neutrons emitted from $^{252}Cf$ showed similarities between the simulation and the experiment, in terms of their relative ratios depending on the thickness of the PE moderator. Conclusion: A CLYC detector system was characterized for its energy resolution and detection efficiency, and Monte Carlo simulations on the detector system was validated experimentally. Validation of the simulation results in overall trend of the CLYC detector behavior will provide the fundamental basis and validity of follow-up Monte Carlo simulation studies for the development of our dual-particle imager using a rotational modulation collimator.
Food irradiation is important not only in ensuring safety but also improving antioxidant activity of peaches. Our objective was to establish the best irradiation treatment for peaches by calculating dose distribution using Monte Carlo simulation. 3-D geometry and component densities of peaches, extracted from CT scan, were entered into MCNP to obtain simulated dose distribution. Radiation energies for electron beam were 1.35 MeV (low energy) and 10 MeV (high energy). Co (1.25 MeV) and the Husman irradiator, containing three sealed Cs source rods in an annular array, were used for gamma irradiation. At 1.35 MeV electron beam simulation, electrons penetrated well beyond the peach skin, enough for surface treatment for microorganisms and allergens. At 10 MeV electron beam simulation, for top-beam only treatment, doses at the core were the highest and for double beam treatment, the electron energy was absorbed by the entire sample. At Co source, the radiation doses were presented on the whole area. At Cs source, the dose uniformity ratios were 2.78 for one source and 1.48 for three ones at 120 degrees interval. Proper control of irradiation treatment is critical to establish confidence in the irradiation process.
Yumi Lee;Ji Won Choi;Lior Braunstein;Choonsik Lee;Yeon Soo Yeom
Journal of Radiation Protection and Research
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제49권1호
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pp.50-64
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2024
Background: The reference dose coefficients (DCs) of the International Commission on Radiological Protection (ICRP) have been widely used to estimate organ doses of individuals for risk assessments. This approach has been well accepted because individual anatomy data are usually unavailable, although dosimetric uncertainty exists due to the anatomical difference between the reference phantoms and the individuals. We attempted to quantify the individual variation of organ doses for photon external exposures by calculating and comparing organ DCs for 30 individuals against the ICRP reference DCs. Materials and Methods: We acquired computed tomography images from 30 patients in which eight organs (brain, breasts, liver, lungs, skeleton, skin, stomach, and urinary bladder) were segmented using the ImageJ software to create voxel phantoms. The phantoms were implemented into the Monte Carlo N-Particle 6 (MCNP6) code and then irradiated by broad parallel photon beams (10 keV to 10 MeV) at four directions (antero-posterior, postero-anterior, left-lateral, right-lateral) to calculate organ DCs. Results and Discussion: There was significant variation in organ doses due to the difference in anatomy among the individuals, especially in the kilovoltage region (e.g., <100 keV). For example, the red bone marrow doses at 0.01 MeV varied from 3 to 7 orders of the magnitude depending on the irradiation geometry. In contrast, in the megavoltage region (1-10 MeV), the individual variation of the organ doses was found to be negligibly small (differences <10%). It was also interesting to observe that the organ doses of the ICRP reference phantoms showed good agreement with the mean values of the organ doses among the patients in many cases. Conclusion: The results of this study would be informative to improve insights in individual-specific dosimetry. It should be extended to further studies in terms of many different aspects (e.g., other particles such as neutrons, other exposures such as internal exposures, and a larger number of individuals/patients) in the future.
본 연구에서는 최근 개발중인 360 다발 장전용량의 중수로 사용후핵연료 운반용기에 대한 설계기준연료의 방사선원항 평가와 용기외부에서의 방사선량률 계산을 수행하였다. 그리고 국·내외 방사선적 안전성평가와 관련한 기술기준 부합여부를 판단하고 결과의 적합성을 제시하였다. 방사선원항으로 작용하는 설계기준연료 선정을 위해 월성원전에서 운영중인 운반 용기 및 두 가지 방식의 건식저장시설에 적용된 설계기준연료의 사양 및 특성을 조사하였다. 각 운반·저장 시스템 별 설계 기준연료의 연소도, 최소 냉각기간 및 중간저장시설로의 운반시점 등을 바탕으로 연소도 7,800 MWD/MTU와 최소 냉각기간 6년을 설계기준연료로 설정하였다. 설계기준연료의 방사선원항은 SCALE 전산코드의 ORIGEN-ARP모듈을 이용하여 평가하였다. 운반용기의 방사선차폐평가는 MCNP6 전산코드를 이용하였으며, 기술기준에서 요구하는 운반용기 외부에서의 방사선량률 평가를 정상 및 사고조건으로 구분하여 수행하였다. 방사선량률 평가결과, 정상운반조건의 운반용기 표면 및 운반용기 표면 2 m 이격지점에서 계산된 최대 방사선량률은 각각 0.330 mSv·h-1와 0.065 mSv·h-1로 도출되어 선량률 제한치인 2.0 mSv·h-1와 0.1 mSv·h-1를 모두 만족하는 결과를 도출하였다. 또한 운반사고조건하 운반용기 표면 1 m 지점에서의 최대 방사선량률은 0.321 mSv·h-1로서 기술기준인 10.0 mSv·h-1 미만으로 평가되어, 대용량 중수로 사용후핵연료 운반용기는 방사선적 안전성을 확보하는 것으로 나타났다.
본 연구에서는 공정 시뮬레이션 기술을 적용하여 조사유기응력부식균열 시험 작업자의 피폭량 평가를 하였다. 상용 공정 시뮬레이션 코드인 DELMIA Version 5를 사용하여 조사유기응력부식균열 분석 시험 설비, 핫셀 및 작업자를 작성하고 조사유기응력부식균열 시험 공정을 구현하였으며, 사용자 코딩을 통해 선량이 분포된 공간을 지나는 작업자의 누적 피폭량을 평가할 수 있도록 하였다. 작업자 모사를 위해 시험 공정별로 인체의 근골격계를 모방하여 약 200 개 이상의 자유도를 가지는 휴먼 마니킨 자세를 작성하였다. 작업자 피폭량 계산을 위하여 휴먼 마니킨 작업의 하위정보에 접근하여 자세 별 좌표, 시작 시간 및 유지 시간을 추출하였으며, 공간 선량 값과 자세 유지 시간을 곱하여 누적 피폭량을 계산하였다. 피폭량 평가를 위한 공간 선량은 MCNP6 Version 1.0을 사용하여 핫셀 내·외부 공간 선량을 계산하였으며, 계산된 공간 선량은 공정 시뮬레이션 도메인에 입력하였다. 공정 시뮬레이션을 이용한 피폭량 평가 결과와 전형적인 피폭량 평가 결과를 비교 분석한 결과, 상시 출입구역 내 일상 시험 작업에 대한 연간 피폭량은 각각 0.388 mSv/year 및 1.334 mSv/year로서 공정 시뮬레이션을 이용한 피폭량 평가 결과가 전형적인 방법의 피폭량 평가 결과 대비 70 % 낮게 예측되었다. 공간 선량 높은 구역에서 수행되는 특수작업에 대해서도 공정 시뮬레이션을 이용한 피폭량 평가를 수행하였으며, 피폭량이 높은 작업을 쉽게 선별할 수 있었고, 해당 작업의 휴먼 마니킨 자세와 공간 선량 가시화를 통해 직관적으로 작업 개선안을 도출할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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