A high detection efficiency thermal neutron detector based on the 6LiF/ZnS(Ag) scintillation screens, wavelength-shifting fibers (WLSF) and Silicon photomultiplier (SiPM) readout is under development at China Spallation Neutron Source (CSNS) for the Engineering Material Diffractometer (EMD).A prototype with a sensitive volume of 180mm×192mm has been built. Signals from SiPMs are processed by the self-design Application Specific Integrated Circuit (ASIC). The performances of this detector prototype are as follows: neutron detection efficiency could reach 50.5% at 1 Å, position resolution of 3, the dark count rate <0.1Hz, the maximum count rate >200KHz. Such detector prototype could be an elementary unit for applications in the EMD detector arrays.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.21
no.2
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pp.235-246
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2023
Neutron resonance transmission technique was applied for assaying isotopic fissile materials produced in the pyro-process. In each process of the pyro-process, a different composition of the fissile material is produced. Simulation was basically performed on 235U and 239Pu assay for TRU-RE product, hull waste, and uranium addition. The resonance energies were evaluated for uranium and plutonium in the simulation, and the linearity in the detection response was examined on the fissile content variation. The linear resonance energies were determined for the analysis of 235U and 239Pu on the different fissile materials. For enriched TRU-RE assay, the sample condition was suggested; The sample density, content, and thickness are the key factors to obtain accurate fissile content. The detection signal is discriminated for uranium and plutonium in neutron resonance technique. The transmitted signal for fissile resonance has a direct relation with the content of fissile. The simulation results indicated that the neutron resonance technique is promising to analyze 235U and 239Pu for various types of the pyro-process material. An accurate fissile assay will contribute toward safeguarding the pyro-processing system.
CZT detectors, which are compound semiconductors that have been widely used recently for gamma-ray detection purposes, are difficult to detect neutrons because direct interaction with them does not occur unlike gamma-rays. In this paper, a method of detecting and determining energy levels (fast neutrons and thermal neutrons) of neutrons, in addition of identifying energy and nuclide of gamma-rays, and evaluating gamma dose rates using a CZT semiconductor detector is described. Neutrons may be detected by a secondary photoelectric effect or compton scattering process with a characteristic gamma-ray of 558.6 keV generated by a capture reaction (113Cd + 1n → 114Cd + 𝛾) with cadmium (Cd) in the CZT detector. However, in the case of fast neutrons, the probability of capture reaction with cadmium (Cd) is very low, so it must be moderated to thermal neutrons using a moderator and the material and thickness of moderator should be determined in consideration of the portability and detection efficiency of the equipment. Conversely, in the case of thermal neutrons, the detection efficiency decreases due to shielding effect of moderator itself, so additional CZT detector that do not contain moderator must be configured. The CZT detector that does not contain moderator can be used to evaluate energy, nuclide, and gamma dose-rate for gamma-rays. The technology proposed in this paper provides a method for detecting both neutrons and gamma-rays using a CZT detector.
The current study relates to RADAR (RAdio Detection and Ranging) application for level measurement of vitrified radioactive liquid nuclear waste. The vitrification of radioactive liquid waste is carried out in special equipment called 'Melters'. The study is directed towards the design and frequency modulation used in the level measurement of vitrified waste. More specifically, the RADAR design and frequency used for level measurement in a melter. This level measurement technique can also be used for dynamic vitrification process and can be used to measure the level variations without using any external medium/material and using only electromagnetic waves. Also, this technique is durable and accurate even under the high radioactive environment present inside the melter.
A future nuclear energy system is being developed at Korea Atomic Energy Research Institute (KAERI), the system involves a Sodium Fast Reactor (SFR) linked with the pyro-process. The pyro-process produces a source material to fabricate a SFR fuel rod. Therefore, an isotopic fissile content assay is very important for fuel rod safety and SFR economics. A new technology for an analysis of isotopic fissile content has been proposed using a lead slowing down spectrometer (LSDS). The new technology has several features for a fissile analysis from spent fuel: direct isotopic fissile assay, no background interference, and no requirement from burnup history information. Several calculations were done on the designed spectrometer geometry: detection sensitivity, neutron energy spectrum analysis, neutron fission characteristics, self shielding analysis, and neutron production mechanism. The spectrum was well organized even at low neutron energy and the threshold fission chamber was a proper choice to get prompt fast fission neutrons. The characteristic fission signature was obtained in slowing down neutron energy from each fissile isotope. Another application of LSDS is for an optimum design of the spent fuel storage, maximization of the burnup credit and provision of the burnup code correction factor. Additionally, an isotopic fissile content assay will contribute to an increase in transparency and credibility for the utilization of spent fuel nuclear material, as internationally demanded.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.15
no.1
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pp.310-317
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1995
Crack detection technique by ultrasonics in structures and components made of austenitic stainless steel often loses its reliability due to the material characteristics during inservice inspection of nuclear power plants, especially in the area of detection and sizing in centrifugally cast stainless steel pipings. In order to understand and overcome this problem, computer program for tracing the ultrasonic rays within material has been developed to simulate the process of defect detection within weld. The program simulates through transmission and reflection technique in crack detection of austenitic stainless steel as well as ultrasonic beam propagation through multiple media including stainless steel cladding interface.
Todays, medium energy resolution detectors are preferably used in radioisotope identification devices(RID) in nuclear and radioactive material categorization. However, there is still a need to develop or enhance « automated identifiers » for the useful RID algorithms. To decide whether any material is SNM or NORM, a key parameter is the better energy resolution of the detector. Although masking, shielding and gain shift/stabilization and other affecting parameters on site are also important for successful operations, the suitability of the RID algorithm is also a critical point to enhance the identification reliability while extracting the features from the spectral analysis. In this study, a RID algorithm based on Bayesian statistical method has been modified for medium energy resolution detectors and applied to the uranium gamma-ray spectra taken by a LaBr3:Ce detector. The present Bayesian RID algorithm covers up to 2000 keV energy range. It uses the peak centroids, the peak areas from the measured gamma-ray spectra. The extraction features are derived from the peak-based Bayesian classifiers to estimate a posterior probability for each isotope in the ANSI library. The program operations were tested under a MATLAB platform. The present peak based Bayesian RID algorithm was validated by using single isotopes(241Am, 57Co, 137Cs, 54Mn, 60Co), and then applied to five standard nuclear materials(0.32-4.51% at.235U), as well as natural U- and Th-ores. The ID performance of the RID algorithm was quantified in terms of F-score for each isotope. The posterior probability is calculated to be 54.5-74.4% for 238U and 4.7-10.5% for 235U in EC-NRM171 uranium materials. For the case of the more complex gamma-ray spectra from CRMs, the total scoring (ST) method was preferred for its ID performance evaluation. It was shown that the present peak based Bayesian RID algorithm can be applied to identify 235U and 238U isotopes in LEU or natural U-Th samples if a medium energy resolution detector is was in the measurements.
Purpose: Positron emisson tomography (PET) is a crucial medical imaging scanner for the detection of cancer lesions. In order to maintain the improved image quality, it is crucial to apply detectors of superior performance. Therefore, the purpose of this study was to compare PET image quality using Monte Carlo simulation based on the detector materials of BGO, LSO, and LuAP. Materials and Methods: The Geant4 Application for Tomographic Emission (GATE) was used to design the PET detector. Scintillations with BGO, LSO and LuAP were modelled, with a size of 3.95 × 5.3 mm2 (width × height) and 25.0 mm (thickness). The PET detector consisted of 34 blocks per ring and a total of 4 rings. A line source of 1 MBq was modelled and acquired with a radius of 1 mm and length of 20 mm for 20 seconds. The acquired image was reconstructed maximum likelihood expectation maximization with 2 iteration and 10 subsets. The count comparison was carried out. Results and Discussion: The highest true, random, and scatter counts were obtained from the BGO scintillation detector compared to LSO and LuAP. Conclusion: The BGO scintillation detector material indicated excellent performance in terms of detection of gamma rays from emitted PET phantom.
So-on Park;Su-jung Min;Bum-kyoung Seo;Chang-hyun Roh;Sang-bum Hong
Journal of Radiation Industry
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v.18
no.1
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pp.89-93
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2024
Accidents at nuclear facilities and nuclear power plants led to leaks of large amounts of radioactive substances. Of the various radioactive nuclides released, 137Cs are radioactive substances generated during the fission of uranium. Therefore, due to the high fission yield (6.09%), strong gamma rays, and a relatively long half-life (30 years), a rapid and efficient removal method and a study of adsorbents are needed. Accordingly, an adsorbent was prepared using Prussian blue (PB), a material that selectively adsorbs radioactive cesium. As a result of evaluating the adsorption performance with the prepared adsorbent, it was confirmed that 82% of the removal efficiency was obtained, and most of the cesium was rapidly adsorbed within 10 to 15 minutes. The purpose of this study was to adsorb cesium using the Prussian blue alginate bead and to compare the change in detection efficiency according to the amount of adsorbent added for quantitative evaluation. However, in this case, it is difficult to determine the detection efficiency using a standard source with the same conditions as the measurement sample, so the efficiency change of the HPGe detector according to the different heights of Prussian blue was calculated through MCNP simulation using certified standard materials (1 L, Marinelli beaker) for radioactivity measurement. It is expected to derive a relational equation that can calculate detection efficiency through an efficiency curve according to the volume of Prussian blue, quantitatively evaluate the activity at the same time as the adsorption of radioactive nuclides in actual contaminated water and use it in the field of nuclear facility operation and dismantling in the future.
In this paper, we demonstrate the neutron attenuation of dry cask shielding materials using the S670e helium-4 detector manufactured by Arktis Radiation Ltd. In particular, two materials expected to be applied to the TN-32 dry cask manufactured by ORANO Korea and KORAD-21 by the Korea Radioactive Waste Agency (KORAD) were utilized. The measured neutron attenuation was compared with our Monte Carlo N-Particle Transport simulation results, and the difference is given as the root mean square (RMS). For the fast neutron case, a rapid decline in neutron counts was observed as a function of increasing material thickness, exhibiting an exponential relationship. The discrepancy between the experimentally acquired data and simulation results for the fast neutron was maintained within a 2.3% RMS. In contrast, the observed thermal neutron count demonstrated an initial rise, attained a maximum value, and exhibited an exponential decline as a function of increasing thickness. In particular, the discrepancy between the measured and simulated peak locations for thermal neutrons displayed an RMS deviation of approximately 17.3-22.4%. Finally, the results suggest that a minimum thickness of 5 cm for Li-6 is necessary to achieve a sufficiently significant cross-section, effectively capturing incoming thermal neutrons within the dry cask.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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