$^3He$ 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.
As the modernization of the nuclear instrumentation system progresses, research reactors have adopted digital wide-range neutron power measurement (DWRNPM) systems. These systems typically monitor the neutron flux across a range of over 10 decades. Because neutron detectors only measure the local neutron flux at their position, the local neutron flux must be converted to total reactor power through calibration, which involves mapping the local neutron flux level to a reference reactor power. Conventionally, the neutron power range is divided into smaller subranges because the neutron detector signal characteristics and the reference reactor power estimation methods are different for each subrange. Therefore, many factors should be considered when preparing the calibration procedure for DWRNPM channels. The main purpose of this work is to serve as a reference for performing the calibration of DWRNPM systems in research reactors. This work provides a comprehensive overview of the calibration of DWRNPM channels by describing the configuration of the DWRNPM system and by summarizing the theories of operation and the reference power estimation methods with their associated calibration procedure. The calibration procedure was actually performed during the commissioning of an open-pool type research reactor, and the results and experience are documented herein.
Background: This study aims to calculate detector positions as a design of a radioactive source localizing radiation portal monitor (RPM) system using an improved genetic algorithm. Materials and Methods: To calculate of detector positions for a source localizing RPM system optimization problem is defined. To solve the problem, a modified iterative genetic algorithm (MIGA) is developed. In general, a genetic algorithm (GA) finds a globally optimal solution with a high probability, but it is not perfect at all times. To increase the probability to find globally optimal solution rather, a MIGA is designed by supplementing the iteration, competition, and verification with GA. For an optimization problem that is defined to find detector positions that maximizes differences of detector signals, a localization method is derived by modifying the inverse radiation transport model, and realistic parameter information is suggested. Results and Discussion: To compare the MIGA and GA, both algorithms are implemented in a MATLAB environment. The performance of the GA and MIGA and that of the procedures supplemented in the MIGA are analyzed by computer simulations. The results show that the iteration, competition, and verification procedures help to search for globally optimal solutions. Further, the MIGA is more robust against falling into local minima and finds a more reliably optimal result than the GA. Conclusion: The positions of the detectors on an RPM for radioactive source localization are optimized using the MIGA. To increase the contrast of the measurements from each detector, a relationship between the source and the detectors is derived by modifying the inverse transport model. Realistic parameters are utilized for accurate simulations. Furthermore, the MIGA is developed to achieve a reliable solution. By utilizing results of this study, an RPM for radioactive source localization has been designed and will be fabricated soon.
This paper presents a neutron/gamma detector based on a micropixel avalanche photodiode and a plastic scintillator that monitors the status of the accelerator-driven intense resonance neutron source (IREN) facility by measuring the neutron/gamma intensity in the target hall. The electronics of the neutron/gamma detector has been designed and developed. The size of the plastic scintillator was selected to be 3.7 × 3.7 × 30 mm3 due to the sensitive area of the MAPD. The experimental results demonstrated a dependence between the count rate of the detector and the frequency of the accelerator. The detector is sensitive to intermediate and fast neutrons. The minimum detectable energy was determined to be 200 keV using Cs-137 point gamma source. The maximum counting rate of the detector from TTL out is about 2.2⋅106 counts/sec, but for analogue output it is about 2⋅107 counts/sec. The detector can not allow discriminating neutrons and gamma rays by charge integration method.
J. Byun ;J. Seo ;Y. Kim;J. Park;K. Shin ;W. Lee ;K. Lee ;K. Kim;B. Park
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.3
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pp.1031-1035
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2023
Neutron is an indirectly ionizing particle without charge, which is normally measured by detecting reaction products. Neutron detection system based on measuring gadolinium-converted gamma-rays is a good way to monitor the neutron because the representative prompt gamma-rays of gadolinium have low energies (79, 89, 182, and 199 keV). Low energy gamma-rays and their high attenuation coefficient on materials allow the simple design of a detector easier to manufacture. Thus, we designed a cadmium zinc telluride detector to investigate feasibility of simultaneous detection of gamma-rays and neutrons by using the Monte-Carlo simulation, which was divided into two parts; first was gamma-detection part and second was gamma- and neutron-simultaneous detection part. Consequently, we confirmed that simultaneous detection of gamma-rays and neutrons could be feasible and valid, although further research is needed for adoption on real detection.
Self-powered neutron detector (SPND) is a sensor to monitor a neutron flux proportional to a reactor power of the nuclear power plants. Since an SPND is usually installed in the reactor core and does not require additional outside power, it generates electrons itself from interaction between neutrons and a neutron-sensitive material called an emitter, such as rhodium and vanadium. This paper presents the simulations of the depletion sensitivity evaluations based on MCNP models of rhodium and vanadium SPNDs and light water reactor fuel assembly. The evaluations include the detail geometries of the detectors and fuel assembly, and the modeling of rhodium and vanadium emitter depletion using MCNP and ORIGEN-S codes, and the realistic energy spectrum of beta rays using BETA-S code. The results of the simulations show that the lifetime of an SPND can be prolonged by using vanadium SPND than rhodium SPND. Also, the methods presented here can be used to analyze a life-time of those SPNDs using various emitter materials.
Self-powered neutron detector (SPND) is being widely used to monitor the reactor core of the nuclear power plants. The SPND contains a neutron-sensitive metallic emitter surrounded by a ceramic insulator. Currently, the vanadium (V) SPND has been being developed to be used in OPR1000 nuclear power plants. Some Monte Carlo simulations were accomplished to calculate the initial sensitivity of vanadium emitter material and alumina insulator with a cylindrical geometry. An MCNP code was used to simulate some factors (neutron self-shielding factor and beta escape probability from the emitter) and space charge effect of an insulator necessary to calculate the sensitivity of vanadium detector. The simulation results were compared with some theoretical and experimental values. The method presented here can be used to analyze the optimum design of the vanadium SPND and contribute to the development of TMI (Top-mount In-core Instrumentation) which might be used in the SMART and SMR.
Radiation exposure of the personnel in the neutron therapy facility of KCCH cyclotron neutron system is discussed. In neutron therapy room, medical personnel is exposed to photons of the remanent induced radioactivity from the isocentric gantry in which targets and collimators are mounted. The radiation level of the neutron therapy room of KCCH cyclotron was acceptable and it decreased immediately after beam off. Personal exposure measured by individual monitor was far less than permissible level.
In this paper, we propose an integrated control system that measures neutrons, gamma ray, and x-ray. The proposed system is able to monitor and control the data measured and analyzed on the remote or network, and can monitor and control the status of each part of the system remotely without remote control. The proposed system consists of a gamma ray/x-ray sensor part, a neutron sensor part, a main control embedded system part, a dedicated display device and GUI part, and a remote UI part. The gamma ray/x-ray sensor part measures gamma ray and x-ray of low level by using NaI(Tl) scintillation detector. The neutron sensor part measures neutrons using Proportional Counter Detector(low-level neutron) and Ion Chamber Type Detector(high-level neutron). The main control embedded system part detects radiation, samples it in seconds, and converts it into radiation dose for accumulated pulse and current values. The dedicated display device and the GUI part output the radiation measurement result and the converted radiation amount and radiation amount measurement value and provide the user with the control condition setting and the calibration function for the detection part. The remote UI unit collects and stores the measured values and transmits them to the remote monitoring system. In order to evaluate the performance of the proposed system, the measurement uncertainty of the neutron detector was measured to less than ${\pm}8.2%$ and the gamma ray and x-ray detector had the uncertainty of less than 7.5%. It was confirmed that the normal operation was not less than ${\pm}15$ percent of the international standard.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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