Stainless steel is used commonly in nuclear applications for shielding radiation, so in this study, three different types of new stainless steel samples were designed and developed. New stainless steel compound ratios were determined by using Monte Carlo Simulation program Geant 4 code. In the sample production, iron (Fe), nickel (Ni), chromium (Cr), silicium (Si), sulphur (S), carbon (C), molybdenum (Mo), manganese (Mn), wolfram (W), rhenium (Re), titanium (Ti) and vanadium (V), powder materials were used with powder metallurgy method. Total macroscopic cross sections, mean free path and transmission number were calculated for the fast neutron radiation shielding by using (Geant 4) code. In addition to neutron shielding, the gamma absorption parameters such as mass attenuation coefficients (MACs) and half value layer (HVL) were calculated using Win-XCOM software. Sulfuric acid abrasion and compressive strength tests were carried out and all samples showed good resistance to acid wear and pressure force. The neutron equivalent dose was measured using an average 4.5 MeV energy fast neutron source. Results were compared to 316LN type stainless steel, which commonly used in shielding radiation. New stainless steel samples were found to absorb neutron better than 316LN stainless steel at both low and high temperatures.
In this study, a gradient material for shielding neutrons and gamma rays was developed, which consists of epoxy resin, boron carbide (B4C), lead (Pb) and a little graphene oxide. It aims light weight and compact, which will be applied on the transportable nuclear reactor. The material is made up of sixteen layers, and the thickness and components of each layer were designed by genetic algorithm (GA) combined with Monte Carlo N Particle Transport (MCNP). In the experiment, the viscosities of the epoxy at different temperatures were tested, and the settlement regularity of Pb particles and B4C particles in the epoxy was simulated by matlab software. The material was manufactured at 25 ℃, the Pb C and O elements of which were also tested, and the result was compared with the outcome of the simulation. Finally, the material's shielding performance was simulated by MCNP and compared with the uniformity material's. The result shows that the shielding performance of gradient material is more effective than that of the uniformity material, and the difference is most noticeable when the materials are 30 cm thick.
Aljawhara H. Almuqrin;Abd Allh M. Abd El-Hamid;M.I. Sayyed;K.A. Mahmoud
Nuclear Engineering and Technology
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제56권6호
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pp.2324-2331
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2024
The current study investigated Saudi Arabian oil fly ash impacts on Egyptian clay bricks' structural and radiation shielding properties. To produce the required bricks, crushed clay minerals from the Hafafit area were mixed with 0, 10, 20, 30, and 40 % wt.% Saudi Arabian oil fly ash and pressed at a pressure rate of 68.55 MPa. Identification of the minerals in the chosen clay was achieved via X-ray diffraction. Additionally, the material's morphology and chemical composition were determined through scanning electron microscope and energy-dispersive X-ray. The fabricated bricks' density was reduced by 36.3 % through increasing the concentration of fly ash from 0 to 40 wt%. Then, the fly ash addition's influence on the fabricated clay bricks' γ-ray shielding properties was investigated by Monte Carlo simulation, which found a reduction in the fabricated bricks' linear attenuation coefficient (LAC) by 41.2, 36.0, 33.8, and 33.8 % at the 0.059, 0.103, 0.662, and 1.252 MeV γ-ray energies, respectively. The LAC reduction caused an increase in the fabricated bricks' half-value thickness, transmission factor, and the equivalent thickness of the lead. Moreover, the thicker fabricated sample thicknesses were found to have high γ-ray shielding capacity and can thus be used in radiation shielding applications.
The 3D simulations of the shielding concrete and the Rotary Specimen Rack(RSR) in the Korea Research Reactor-1&2(KRR-1&2) were carried out in present work. Four main dismantling processes, which are the removal of the RSR, reactor core region, beam tube, and thermal column and activated concrete, were selected for the graphic simulation by the consideration of the activation, worker training, work difficulty and so on. On the basis of these, we constructed their 3D CAD models and then drawn and reviewed their dismantling processes. In this study, the 3D simulation results of the shielding concrete and the RSR among main components are also presented and discussed.
의료기관에서 사용되고 있는 전자파 방사선은 매우 다양한 에너지를 사용하고 있으며 연구자에 따라 고에너지의 전자파 방사선이 납치마와 상호작용을 한 후 차폐효과를 얻을 수 있다는 의견과 차폐가 효과가 없을 뿐만 아니라 오히려 피폭을 가중 시킨다는 상반된 의견이 제시되고 있다. 이에 본 연구에서는 몬테칼로 모사를 이용하여 전자파 방사선의 에너지에 따른 납치마의 차폐효과를 분석하고자 하였다. 몬테칼로 모사를 이용하여 전자파 방사선을 10 keV부터 500 keV까지 10 keV 단위로 1 MBq 방출시켜 납차폐체의 유무에 따른 선량차이를 차폐율로 표현한 결과 납차폐체(0.25 mmPb)를 사용하여 차폐를 실시하였을 때 고에너지 전자파 방사선에서 차폐율이 현저히 떨어져 차폐시 오히려 선량이 증가됨을 알 수 있었다.
KIM, JEONG DONG;AHN, SANGJOON;LEE, YONG DEOK;PARK, CHANG JE
Nuclear Engineering and Technology
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제47권3호
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pp.380-387
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2015
A lead slowing-down spectrometer (LSDS) system is a promising nondestructive assay technique that enables a quantitative measurement of the isotopic contents of major fissile isotopes in spent nuclear fuel and its pyroprocessing counterparts, such as $^{235}U$, $^{239}Pu$, $^{241}Pu$, and, potentially, minor actinides. The LSDS system currently under development at the Korea Atomic Energy Research Institute (Daejeon, Korea) is planned to utilize a high-flux ($>10^{12}n/cm^2{\cdot}s$) neutron source comprised of a high-energy (30 MeV)/high-current (~2 A) electron beam and a heavy metal target, which results in a very intense and complex radiation field for the facility, thus demanding structural shielding to guarantee the safety. Optimization of the structural shielding design was conducted using MCNPX for neutron dose rate evaluation of several representative hypothetical designs. In order to satisfy the construction cost and neutron attenuation capability of the facility, while simultaneously achieving the aimed dose rate limit (< $0.06{\mu}Sv/h$), a few shielding materials [high-density polyethylene (HDPE)eBorax, $B_4C$, and $Li_2CO_3$] were considered for the main neutron absorber layer, which is encapsulated within the double-sided concrete wall. The MCNP simulation indicated that HDPE-Borax is the most efficient among the aforementioned candidate materials, and the combined thickness of the shielding layers should exceed 100 cm to satisfy the dose limit on the outside surface of the shielding wall of the facility when limiting the thickness of the HDPE-Borax intermediate layer to below 5 cm. However, the shielding wall must include the instrumentation and installation holes for the LSDS system. The radiation leakage through the holes was substantially mitigated by adopting a zigzag-shape with concrete covers on both sides. The suggested optimized design of the shielding structure satisfies the dose rate limit and can be used for the construction of a facility in the near future.
본 연구에서는 야외 방사선투과검사 시 방사선작업종사자의 맞춤형 차폐체 제작을 위해 3D 프린터 필라멘트의 재질 및 두께에 대한 차폐 분석을 수행하였다. MCNPX를 이용한 모의 모사를 통해 복셀 선원 $^{192}Ir$, $^{75}Se$를 선택 후 ICRU Slab Phantom에 차폐체를 부착하고, 선원과 Slab Phantom의 거리를 100 cm으로 설정하였다. 12 개의 차폐물질에 대하여 차폐물질이 없는 경우부터 200 mm 까지 5 mm 단위로 나누어 각 차폐물질별 단위 질량 당 흡수되는 에너지를 평가하였다. 그 결과 모든 방사선투과검사용 감마선원에서 ABS + Tungsten, ABS + Bismuth, PLA + Copper, PLA + Iron 순으로 차폐 효과가 높은 것으로 나타났다. 그러나 납에 비해서는 다소 낮은 차폐 효과를 보였다. 향후 본 연구를 토대로 원자번호와 밀도가 높은 필라멘트 재료에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.
Baek, Un Bong;Lee, Jong Suk;Yu, Seong-Cho;Ryu, Kwon-Sang
Journal of Magnetics
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제19권4호
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pp.349-352
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2014
The system for producing magnetic field constitutes an important component of magnetic refrigerator. Many researchers have directed significant effort to increase the magnetic field intensity, because the magnetocaloric effect at the Curie temperature increases with the power of 2/3 of the magnetic field. In this study, we report the simulation of the magnetic field intensity at polar axis of a Halbach cylinder (HC) by i) changing the length and thickness of the HC, ii) having with or without gap of the HC, and iii) surrounding the HC with a soft magnet shell, acting as a shielding. We simulated the field distribution of a HC with a finite size. Furthermore, the detailed numerical results of the magnetic field distribution and its dependence on shielding are presented in this study.
To develop an effective shielding material for spent fuel that emits fast neutrons is necessary. In this study, thermal neutron and fast neutron shielding performance of polyethylene coated boron carbide-incorporated cement paste was quantitatively analyzed by Monte Carlo N-Particle transport code (MCNP) simulations. As the results of the simulations, fast neutrons were effectively shielded through large quantity of hydrogen and boron elements in polyethylene and boron carbide.
Wang, Ying;Wang, Guangke;Hu, Tao;Wen, Shipeng;Hu, Shui;Liu, Li
Nuclear Engineering and Technology
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제52권7호
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pp.1565-1570
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2020
Photons with the energy of 60 keV are regularly used for some kinds of bone density examination devices, like the single photon absorptiometry (SPA). This article reports a flexible and lightweight rare earth/polymer composite for enhancing shielding efficiency against photon radiation with the energy of 60 keV. Lead oxide (PbO) and several rare earth element oxides (La2O3, Ce2O3, Nd2O3) were dispersed into natural rubber (NR) and the photon radiation shielding performance of the composites were assessed using monte carlo simulation method. For 60 keV photons, the shielding efficiency of rare earthbased composites were found to be much higher than that of the traditional lead-based composite, which has bad absorbing ability for photons with energies between 40 keV and 88 keV. In comparison with the lead oxide based composite, Nd2O3-NR composite with the same protection standard (the lead equivalent is 0.25 mmPb, 0.35 mmPb and 0.5 mmPb, respectively), can reduce the thickness by 35.29%, 37.5% and 38.24%, and reduce the weight by 38.91%, 40.99% and 41.69%, respectively. Thus, a flexible, lightweight and lead-free rare earth/NR composite could be designed, offering efficient photon radiation protection for the users of the single photon absorptiometry (SPA) with certain energy of 60 keV.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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