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.
Kim, Tae-Wook;Park, Jong-Mook;Park, Jong-Gil;Shin, Sang-Woon;Jun, Jae-Shik
Journal of Radiation Protection and Research
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v.26
no.2
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pp.67-71
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2001
In order to shield the neutrons affecting the background of Low Level Gamma Ray Spectrometer, a neutron shielder was designed. The method used in this study for neutron shielding was the deceleration of fast neutrons by high density polyethylene(HDPE) and the absorption of those slowing-down neutrons by $B_4C$. The calculation results of neutron Interaction in HDPE using Monte Carlo simulation code MCNP4B showed that the thermal-neutron flux was maximum at 10 cm thickness of HDPE. The results also showed that 95% of the thermal neutrons were absorbed by 2 mm thickness of $B_4C$ absorber Consisted of 30 w% $B_4C$ and 70 w% polymer. The results of the Monte Carlo calculation were in good agreement with the experimental value obtained by a neutron shielding apparatus designed for this purpose.
The radiation shielding characteristic of neutron shielding material has been studied as the preliminary study in order to design cosmic-ray shielding material. Specially, Soft Magnetic Material, known to be effective in EMP and radiation shielding, has been investigated to check if the material would be applicable to cosmic-ray shielding. In this work, thermal neutron shielding experiment was conducted and the Monte Carlo N-Particle(MCNP) was applied to employ skymap.dat, which is cosmic-ray data embedded in MCNP. As a result, polyethylene, borated polyethylene, and carbon nano tube, containing carbon or hydrogen, have been found to be effective in reduction of neutron flux below 20 MeV (including thermal, epithermal, evaporation). In contrast, the materials composed of iron such as SS316 and Soft Magnetic Material show a good shielding performance in the cascade energy range (above 20 MeV). Since Soft Magnetic Material is consisting of 13% of boron, it can also decrease thermal neutron flux, so it is expected that it would show a significant reduction on the entire range of neutron energy if the Soft Magnetic Material is used with hydrogen and carbon, so called low Z material.
The neutron multiplication factor in spent fuel storage racks, in which a stainless steel plate encloses a fuel assembly, was evaluated according to the variation of distance between the fuel assembly and stainless steel plate, as well as the pitch. The stainless steel plate position with the lowest multiplication factor on each pitch consistently appeared as 6mm or 9mm away from the outmost surface of the fuel assembly. Because the stainless steel plate has a thermal neutron absorption cross section, its ability to absorb neutrons can work best only if it is installed at the position where thermal neutrons can be gathered most easily. Therefore, the stainless steel plate position should not be too close or too far away from the fuel assembly, but it should be kept a pertinent distance from the fuel assembly.
Taeyun Kim;Bo-Young Han;Seongwoo Yang;Jaegi Lee ;Gwang-Min Sun;Byung-Gun Park;Sung-Joon Ye
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.11
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pp.3996-4001
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2023
The High-flux Advanced Neutron Application Reactor (HANARO) produces radioisotopes (RIs) (131I, 192Ir, etc.) through neutron irradiation on various RI production targets. Among them, 177Lu and 166Ho are particularly promising owing to their theranostic characteristics that facilitate simultaneous diagnosis and treatment. Prior to neutron irradiation, evaluating the nuclear heating of the RI production target is essential for ensuring the thermal-hydraulic safety of HANARO. In this study, the feasibility of producing 177Lu and 166Ho using irradiation holes of HANARO was investigated in terms of thermal-hydraulic safety. The nuclear heating rates of the RI production target by prompt and delayed radiation were calculated using MCNP6. The calculated nuclear heating rates were used as an input parameter in COMSOL Multiphysics to obtain the temperature distribution in an irradiation hole. The degree of temperature increase of the 177Lu and 166Ho production targets satisfied the safety criteria of HANARO. The nuclear heating rates and temperature distribution obtained through the in silico study are expected to provide valuable insight into the production of 177Lu and 166Ho using HANARO.
A 100 kW thermal power pool-type light water reactor and Pu(Be) as a fast neutron source were used to determine the appropriate carrier for irradiating boron-containing samples with neutron beams. The tested materials (carriers) were subjected to neutron beams in the reactor's tangential channel. The geometrical arrangement of experimental facilities relative to the neutron beam trajectory, as well as the effect of sample thickness on the count rate, were investigated. The majority of the detectable charged particles emitted by the neutron beam's interaction with tested materials and the detector's detecting layer are protons (recoiled hydrogen) and particles generated in nuclear reactions (protons and alpha particles), respectively. Stopping and Range of Ions in Matter (SRIM) software was used to do theoretical calculations for the range of expected released particles in various materials, including human tissue. The results of measurement and calculation are in good agreement. According to experiments and theoretical calculations, the number of protons emitted by tissue-like materials may commit a dose comparable to that of boron capture reactions. Furthermore, the range of protons is significantly larger than that of alpha particles, which most probably changes dose distribution in healthy cells surrounding the tumor, which is undesirable in the BNCT approach.
Kim, Jae Hyun;Kim, Song Hyun;Shin, Chang Ho;Choe, Jung Hun;Cho, In-Hak;Park, Hwan Seo;Park, Hyun Seo;Kim, Jung Ho;Kim, Yoon Ho
Journal of Radiation Protection and Research
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v.41
no.4
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pp.384-388
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2016
Background: For a verification of newly-developed neutron absorbers, one of guidelines on the qualification and acceptance of neutron absorbers is the neutron attenuation test. However, this approach can cause a problem for the qualifications that it cannot distinguish how the neutron attenuates from materials. Materials and Methods: In this study, an estimation method of neutron absorption performances for materials is proposed to detect both direct penetration and back-scattering neutrons. For the verification of the proposed method, MCNP simulations with the experimental system designed in this study were pursued using the polyethylene, iron, normal glass and the vitrified form. Results and Discussion: The results show that it can easily test neutron absorption ability using single absorber model. Also, from simulation results of single absorber and double absorbers model, it is verified that the proposed method can evaluate not only the direct thermal neutrons passing through materials, but also the scattered neutrons reflected to the materials. Therefore, the neutron absorption performances can be accurately estimated using the proposed method comparing with the conventional neutron attenuation test. Conclusion: It is expected that the proposed method can contribute to increase the reliability of the performance of neutron absorbers.
Kim, C.J.;Park, S.D.;Jun, B.H.;Kim, B.G.;Choo, K.N.;Ri, H.C.
Progress in Superconductivity and Cryogenics
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v.16
no.1
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pp.9-13
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2014
Effects of neutron irradiation on the superconducting properties of the undoped $MgB_2$ and the carbon(C)-doped $MgB_2$ bulk superconductors, prepared by an in situ reaction process using Mg and B powder, were investigated. The prepared $MgB_2$ samples were neutron-irradiated at the neutron fluence of $10^{16}-10^{18}n/cm^2$ in a Hanaro nuclear reactor of KAERI involving both fast and thermal neutron. The magnetic moment-temperature (M-T) and magnetization-magnetic field (M-H) curves before/after irradiation were obtained using magnetic property measurement system (MPMS). The superconducting critical temperature ($T_c$) and transition width were estimated from the M-T curves and critical current density ($J_c$) was estimated from the M-H curves using a Bean's critical model. The $T_cs$ of the undoped $MgB_2$ and C-doped $MgB_2$ before irradiation were 36.9-37.0 K and 36.6-36.8 K, respectively. The $T_cs$ decreased to 33.2 K and 31.6 K, respectively after irradiation at neutron fluence of $7.16{\times}10^{17}n/cm^2$, and decreased to 22.6 K and 24.0 K, respectively, at $3.13{\times}10^{18}n/cm^2$. The $J_c$ cross-over was observed at the high magnetic field of 5.2 T for the undoped $MgB_2$ irradiated at $7.16{\times}10^{17}n/cm^2$. The $T_c$ and $J_c$ variation after the neutron irradiation at various neutron fluences were explained in terms of the defect formation in the superconducting matrix by neutron irradiation.
Polymers have become widely used substrate materials for shielding neutron rays because of their high hydrogen content and easy processing procedures. Rare-earth materials are also being gradually adopted as neutron absorbers because of their considerable thermal neutron absorption cross-sections. This paper utilizes the FLUKA Monte Carlo simulation program to compare the shielding effects of various polymers and rare-earth oxides on neutron rays across different energy ranges. The study investigates the superior shielding materials for neutron radiation in each energy range. Subsequently, a series of materials are simulated by combining the preferred shielding materials for neutron rays in each energy range, exploring the influence of material composition and composite structure on the effectiveness of neutron ray shielding. It is revealed that the preferred material for shielding neutron rays changes for different energy ranges. For low-energy neutron rays, rare-earth oxides such as Sm2O3 and Gd2O3 demonstrate the most effective shielding, whereas for high-energy neutron rays, polyethylene (PE) provides the best shielding performance. Materials with different compositions show varying preferred structures when dealing with a 252Cf neutron source. However, in mitigating the secondary gamma rays generated during the neutron shielding process, stacked-type materials exhibit the most effective shielding performance.
Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics
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v.27
no.12
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pp.1900-1905
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1990
In this study, the thermal neutron effects on optical fiber are examined theoretically. Also, the induced loss by thermal neutron irradiation in optical fibers is measured at the optical wavelengths of 0.85 and 1.3\ulcorner, respectively, and the results are analyzed. Thermal neutrons cause nuclear reaction with fiber compositions. So secondary ionizing radiations of high energy are generated. Color centers formed by these secondary ionizing rasiations increase transmission loss of optical fiber by absorbing propagating light in fiber core. As a result of experiment, owing to Ge, P, and B doping effects, the induced loss in multimode fibers has been 5 tmes larger than that in single mode fibers at 1.3 \ulcorner wavelengh. In case of multimode fibers, the loss at 0.8 \ulcorner wavelength region more suceptible for radiations has been twice higher than at 1.3\ulcorner.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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