본 연구에서는 아스팔트 함량의 중요성을 인식하여 현재 법적 규제 면제치인 100[${\mu}Ci$]이하의 방사성 동위원소를 이용한 아스팔트 함량측정기의 개발을 목표로 하였다. 이를 위하여 중성자선원의 위치에 따라 아스팔트 함량에 변화를 주는 3가지의 분야로 나누었다. 먼저, 아스팔트 혼합물과 중성자 선원과의 간격을 줄일 경우, 반사체 설치의 경우, 이력수를 변화시켰을 경우로 나누어서 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 살펴보았으며, 만족스러운 오차범위 결과를 얻어 아스팔트 함량측정기기의 개발을 위한 설계 자료로 활용하고자하였다.
The evaluation of radioactivated components of heavy-ion accelerator facilities affects the safety of radiation management and the exposure dose for workers. and this is an important issue when predicting the disposal cost of waste during maintenance and dismantling of accelerator facilities. In this study, the FLUKA code was used to simulate the proton treatment device nozzle and classify the radio-nuclides and total radioactivity generated by each component over a short period of time. The source term was evaluated using NIST reference beam data, and the neutron flux generated for each component was calculated using the evaluated beam data. Radioactive isotopes caused by generated neutrons were compared and evaluated using nuclide information from the International Radiation Protection Association and the Korea Radioisotope association. Most of the nuclides produced form of beta rays and electron capture, and short-lived nuclides dominated. However, In the case of 54Mn, which is a radioactive product of iron, the effect of gamma rays should be considered. In the case of tritium generated from a material with a low atomic number, it is considered that handling care should be taken due to its long half-life.
This paper presents preliminary analysis and results on IASCC sensitivity of a core shroud in the reactor pressure vessel. First, neutron irradiation flux distribution of the reactor internals was calculated by using the Monte Carlo simulation code, MCNP6.1 and the nuclear data library, ENDF/B-VII.1. Second, based on the neutron irradiation flux distribution, temperature and stress distributions of the core shroud during normal operation were determined by performing finite element analysis using the commercial finite element analysis program, ABAQUS, considering irradiation aging-related degradation mechanisms. Last, IASCC sensitivity of the core shroud was assessed by using the IASCC sensitivity definition of EPRI MRP-211 and the finite element analysis results. As a result of the preliminary analysis, it was found that the point at which the maximum IASCC sensitivity is derived varies over operating time, initially moving from the shroud plate located in the center of the core to the top shroud plate-ring connection brace over operating time. In addition, it was concluded that IASCC will not occur on the core shroud even after 60 years of operation (40EFPYs) because the maximum IASCC sensitivity is less than 0.5.
The mechanical features evaluated theoretically using Makishima-Mackenzie's model for glasses xBaO-(50-x) PbO-50P2O5 where x = 0, 5, 10, 15, 20, 30, 40, and 50 mol%. Wherefore, the elastic characteristics; Young's, bulk, shear, and longitudinal modulus calculated. The obtained result showed an increase in the calculated values of elastic moduli with the replacement of the PbO by BaO contents. Moreover, the Poisson ratio, micro-hardness, and the softening temperature calculated for the investigated glasses. Besides, gamma and neutron shielding ability evaluated for the barium doped lead phosphate glasses. Monte Caro code (MCNP-5) and the Phy-X/PSD program applied to estimate the mass attenuation coefficient of the studied glasses. The decrease in the PbO ratio has a negative effect on the MAC. The highest MAC decreased from 65.896 cm2/g to 32.711 cm2/g at 0.015 MeV for BPP0 and BPP7, respectively. The calculated values of EBF and EABF showed that replacement of PbO with BaO contents in the studied BPP glasses helps to reduce the number of photons accumulated inside the studied BPP glasses.
The propagation of radiation source uncertainties in spent nuclear fuel (SNF) cask shielding calculations is presented in this paper. The uncertainty propagation employs the depletion and source term outputs of the deterministic code STREAM as input to the transport simulation of the Monte Carlo (MC) codes MCS and MCNP6. The uncertainties of dose rate coming from two sources: nuclear data and modeling parameters, are quantified. The nuclear data uncertainties are obtained from the stochastic sampling of the cross-section covariance and perturbed fission product yields. Uncertainties induced by perturbed modeling parameters consider the design parameters and operating conditions. Uncertainties coming from the two sources result in perturbed depleted nuclide inventories and radiation source terms which are then propagated to the dose rate on the cask surface. The uncertainty analysis results show that the neutron and secondary photon dose have uncertainties which are dominated by the cross section and modeling parameters, while the fission yields have relatively insignificant effect. Besides, the primary photon dose is mostly influenced by the fission yield and modeling parameters, while the cross-section data have a relatively negligible effect. Moreover, the neutron, secondary photon, and primary photon dose can have uncertainties up to about 13%, 14%, and 6%, respectively.
The Korea Atomic Energy Research Institute (KAERI) has designed a Hybrid-Low Power Research Reactor (H-LPRR) which can be used for critical assembly and conventional research reactor as well. It is an open tank-in-pool type research reactor (Thermal Power: 50 kWth) of which the most important applications are Neutron Activation Analysis (NAA), Radioisotope (RI) production, education and training. There are eight irradiation holes on the edge of the reactor core: IR (6 holes for RI production) and NA (2 holes for NAA) holes. In order to quantify the elemental concentration in target samples through the Instrumental Neutron Activation Analysis (INAA), it is necessary to measure neutron spectrum parameters such as thermal neutron flux, the deviation from the ideal 1/E epithermal neutron flux distribution (α), and the thermal-to-epithermal neutron flux ratio (f) for the irradiation holes. In this study, the MCNP6.1 code and FORTRAN 90 language are applied to determine the parameters for the two irradiation holes (NA-SW and NA-NW) in H-LPRR, and in particular its α and f parameters are compared to values of other research reactors. The results confirmed that the neutron irradiation holes in H-LPRR are designed to be sufficiently applied to neutron activation analysis, and its performance is comparable to that of foreign research reactors including the TRIGA MARK II.
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.
Non-uniformity of Pu and Cm composition in used nuclear fuel was analyzed to determine its effect on Pu accountancy in pyroprocessing, while employing the Pu-to-244Cm ratio method. Burnup simulation of a typical pressurized water reactor fuel assembly, required for the analysis, was carried out using MCNP code. Used fuel nuclide composition, as a function of nine axial and two radial meshes, were evaluated. The axial variation of neutron flux and self-shielding effects were found to affect the uniformity of Pu and Cm compositions and in turn the Pu-to-244Cm ratio. However, the results of the study showed that these non-uniformities do not affect the use of Pu-to-244Cm ratio method for Pu accountancy, if the measurement samples are drawn from the voloxidized powder at the feed step of pyroprocessing. 'Material Unaccounted For' and its uncertainty estimates are also presented for a pyrprocessing facility to verify safeguards monitoring requirements of the IAEA.
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.
자체 개발한 수소화금속을 이용하여 고속 중성자 방사선을 효율적으로 차폐할 수 있다면 방사선 안전신기술 개발과 확립에 큰 기여를 할 것으로 생각되어 본 연구를 시행하였다. 여러 수소화 안정 금속들을 대상으로 핵적 특성, 단위 부피당 수소원자함유 수 등의 예비평가를 통하여 수소화금속($ZrH_2,\;TiH_2$) 등과 낮은 중성자 흡수 단면적과 높은 에너지 감쇄능력을 고려하여 중수소화 금속($ZrD_2,\;TiD_2$) 등을 추가하여 개발하였다. MCNP 코드를 이용하여 각각의 흡수율과 에너지 감소율을 평가하였다. 전산 모사 계산과 실험과의 비교평가를 위해 실험과 동일한 조건의 모사를 수행하였는데, 즉 중성자 선원은 Cf-252(10 mCi)을 사용하였으며 각 수소화금속의 0, 1, 3, 5 cm 두께를 통과한 중성자속의 강도와 에너지별 분포변화를 계산하였다. 코드 계산을 통해 평가된 $TiH_2/TiD_2,\;ZrH_2,/ZrD_2$ 등의 수소화금속에 대한 중성자 감소율은 각 수소화금속 두께의 증가에 따라 중성자 감소율이 지수적으로 증가함을 보였다. 또한 이 때 중수소 함유 금속, $ZrD_2$과 $TiD_2$는 중성자 흡수에 있어 $ZrH_2$와 $TiH_2$의 각각 보다 적게 나타냈다. 본 연구를 통하여 개발된 수소화금속의 중성자 방사선 차폐에 관한 결과는 과학 기술적으로 많은 인용과 아울러 학술적 연구뿐만 아니라 실제 실용화를 위한 연구의 기초자료로 충분한 활용이 있을 것으로 기대한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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