As the field of application of in-situ gamma spectroscopy is diversified, proficiency is required for consistent and accurate analysis. In this study, a program was developed to virtually create gamma energy spectra of artificial nuclides, which are difficult to obtain through actual measurements, for training. The virtual spectrum was created by synthesizing the spectra of the background radiation obtained through actual measurement and the theoretical spectra of the artificial radionuclides obtained by a Monte Carlo simulation. Since the theoretical spectrum can only be obtained for a given geometrical structure, representative major geometries for in-situ measurement (ground surface, concrete wall, radioactive waste drum) and the detectors (HPGe, NaI(Tl), LaBr3(Ce)) were predetermined. Generated virtual spectra were verified in terms of validity and harmonization by gamma spectrometry and energy calibration. As a result, it was confirmed that the energy calibration results including the peaks of the measured spectrum and the peaks of the theoretical spectrum showed differences of less than 1 keV from the actual energies, and that the calculated radioactivity showed a difference within 20% from the actual inputted radioactivity. The verified data were assembled into a database and a program that can generate a virtual spectrum of desired condition was developed.
Moonhyung Cho;Jisung Hwang;Sangho Lee;Kilyoung Ko;Wonku Kim;Gyuseong Cho
Nuclear Engineering and Technology
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제56권7호
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pp.2690-2697
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2024
With advancements in machine learning technologies, artificial neural networks (ANNs) are being widely used to improve the performance of gamma-ray spectroscopy based on NaI(Tl) scintillation detectors. Typically, the performance of ANNs is evaluated using test datasets composed of actual spectra. However, the generation of such test datasets encompassing a wide range of actual spectra representing various scenarios often proves inefficient and time-consuming. Thus, instead of measuring actual spectra, we generated virtual spectra with diverse spectral features by sampling from categorical distribution functions derived from the base spectra of six radioactive isotopes: 54Mn, 57Co, 60Co, 134Cs, 137Cs, and 241Am. For practical applications, we determined the optimum counting time (OCT) as the point at which the change in the Kullback-Leibler divergence (ΔKLDV) values between the synthetic spectra used for training the ANN and the virtual spectra approaches zero. The accuracies of the actual spectra were significantly improved when measured up to their respective OCTs. The outcomes demonstrated that the proposed method can effectively determine the OCTs for gamma-ray spectroscopy based on ANNs without the need to measure actual spectra.
Background: Cadmium zinc telluride (CZT) is a promising material because of a high detection efficiency, good energy resolution, and operability at room temperature. However, the cost of CZT dramatically increases as its size increases. In this study, to achieve a large effective volume with relatively low cost, an array structure comprised of individual virtual Frisch-grid CZT detectors was proposed. Materials and Methods: The prototype consisted of 2 × 2 CZTs, a holder, anode and cathode printed circuit boards (PCBs), and an application-specific integrated circuit (ASIC). CZTs were used and the non-contacting shielding electrode method was applied for virtual Frisch-grid effect. An ASIC was used, and the holder and the PCBs were fabricated. In the current system, because the CZTs formed a common cathode, a total of 5 channels were assigned for data processing. Results and Discussion: An experiment using 137Cs at room temperature was conducted for 10 minutes. Energy and timing information was acquired and the depth of interaction was calculated by the timing difference between the signals of both electrodes. Based on obtained three-dimensional position information, the energy correction was carried out, and as a result the energy spectra showed the improvements. In addition, a Compton image was reconstructed using the iterative method. Conclusion: The virtual Frisch-grid CZT detector based on the array structure was developed and the energy spectra and the Compton image were successfully acquired.
Younghak Kim ;Kichang Shin ;Aleksey Bolotnikov;Wonho Lee
Nuclear Engineering and Technology
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제55권5호
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pp.1718-1733
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2023
The virtual Frisch-grid method for room-temperature radiation detectors has been widely used because of its simplicity and high performance. Recently, side electrodes were separately attached to each surface of the detectors instead of covering the entire detector surface with a single electrode. The side-electrode structure enables the measurement of the three-dimensional (3D) gamma-ray interaction in the detector. The positional information of the interaction can then be utilized to precisely calibrate the response of the detector for gamma-ray spectroscopy and imaging. In this study, we developed a 3D position-sensitive 5 × 5 × 12 mm3 cadmium-zinc-telluride (CZT) detector and applied a flattening method to correct detector responses. Collimated gamma-rays incident on the surface of the detector were scanned to evaluate the positional accuracy of the detection system. Positional distributions of the radiation interactions with the detector were imaged for quantitative and qualitative evaluation. The energy spectra of various radioisotopes were measured and improved by the detector response calibration according to the calculated positional information. The energy spectra ranged from 59.5 keV (emitted by 241Am) to 1332 keV (emitted by 60Co). The best energy resolution was 1.06% at 662 keV when the CZT detector was voxelized to 20 × 20 × 10.
The understanding spectral characterization of possible earth-like extra solar planets has generated wide interested in astronomy and space science. The technical central issue in observation of exoplanet is deconvolution of the temporally and disk-averaged spectra of the exoplanets. The earth model based on atmospheric radiative transfer method has been studied in recent years for solutions of characterization of earthlike exoplanet. In this study, we report on the current progress of the new method of 3D earth model as a habitable exoplanet. The computational model has 3 components 1) the sun model, 2) an integrated earth BRDF (Bi-directional Reflectance Distribution Function) model (Atmosphere, Land and Ocean) and 3) instrument model combined in ray tracing computation. The ray characteristics such as radiative power and direction are altered as they experience reflection, refraction, transmission, absorption and scattering from encountering with each all of optical surfaces. The Land BRDF characteristics are defined by the semi-empirical "parametric-kernel-method" from POLDER missions from CNES. The ocean BRDF is defined for sea-ice cap structure and for the sea water optical model, considering sun-glint scattering. The input cloud-free atmosphere model consists of 1 layers with vertical profiles of absorption and aerosol scattering combined Rayleigh scattering and its input characteristics using the NEWS product in NASA data and spectral SMARTS from NREL and 6SV from Vermote E. The trial simulation runs result in phase dependent disk-averaged spectra and light-curves of a virtual exoplanet using 3D earth model.
Kim, Boom-Soo;Kang, Tae-Yoon;Chun, Sang-Hyun;Son, Seung-Nam;Hong, Sang-Jeen
한국진공학회:학술대회논문집
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한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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pp.464-464
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2010
A few years ago, for maintaining high stability and production yield of production equipment in a semiconductor fab, on-line monitoring of wafers is required, so that semiconductor manufacturers are investigating a software based process controlling scheme known as virtual metrology (VM). As semiconductor technology develops, the cost of fabrication tool/facility has reached its budget limit, and reducing metrology cost can obviously help to keep semiconductor manufacturing cost. By virtue of prediction, VM enables wafer-level control (or even down to site level), reduces within-lot variability, and increases process capability, $C_{pk}$. In this research, we have practiced VM on $SiO_2$ etch rate with optical emission spectroscopy(OES) data acquired in-situ while the process parameters are simultaneously correlated. To build process model of $SiO_2$ via, we first performed a series of etch runs according to the statistically designed experiment, called design of experiments (DOE). OES data are automatically logged with etch rate, and some OES spectra that correlated with $SiO_2$ etch rate is selected. Once the feature of OES data is selected, the preprocessed OES spectra is then used for in-situ sensor based VM modeling. ICP-RIE using 葰.56MHz, manufactured by Plasmart, Ltd. is employed in this experiment, and single fiber-optic attached for in-situ OES data acquisition. Before applying statistical feature selection, empirical feature selection of OES data is initially performed in order not to fall in a statistical misleading, which causes from random noise or large variation of insignificantly correlated responses with process itself. The accuracy of the proposed VM is still need to be developed in order to successfully replace the existing metrology, but it is no doubt that VM can support engineering decision of "go or not go" in the consecutive processing step.
The radar cross section (RCS) of a warship is one of the most important design features in terms of her survivability in hostile environments. Ocean waves continuously changes the attitude of an objective warship to hostile radar and distorts the RCS as a result. This paper presents a dynamic RCS analysis technique and procedure that considers temporal ship motion. First, data sets are prepared for ship motions in 6 degrees of freedom, which are numerically simulated for an objective warship via frequency to time domain conversion with response amplitude operators and specified ocean wave spectra. Second, a series of RCS analysis models are transformed geometrically by referring to ship motion data sets. Finally, temporal RCS analyses are carried out with the RCS simulation code, SYSCOS. As an example, RCS analysis results are given for a virtual warship, which show that ship motions temporally change RCS values and cause RCS reduction compared with static value in terms of mean values.
Self-assembled monolayers(SAMs) of alkanethiol have been formed on the Cu(111) surfaces in vacuum. The thermal behavior of octanethiol-based SAMs on the Cu(111) surface have been examined in ultrahigh vacuum. Using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), it is found that the monolayers are stable up to about 500K in vacuum. Decomposition is signaled by a decrease in the intensity of C ls peak, accompanied by an increase of the intensity of the Cu 2p peak. However, the intensity of the S 2p peak doesn't change much as a function of annealing temperature. Thermal the decomposition mass spectra show that n-alkene is the predominant species desorbing from the surface in the 500-600K temperature range. The totality of these data leads to the conclusion that the monolayers decompose through the S-C bond cleavage by hydrogen elimination reaction, resulting in the desorption of hydrocarbon moiety as n-alkene. Following this initial decomposition step, Cu2S layers are observed on the surface. For comparison, attempts were also made to examine the thermal behavior of octanethiol-based SAMs on the Cu(111) surface in air. It has been shown that the SAMs on the Cu(111) surfaces begin to desorb with the oxidation of the thiolate to sulfonate at 400K. Upon annealing to 450K, the monolayer has almost completely desorbed as indicated by the virtual disappearance of the S 2p peak.
Various diseases can diffusely involve central airways, including the trachea and main stem bronchi. Central airway abnormalities are frequently not apparent or are overlooked on chest radiographs, even though the patient may have significant symptoms. Recent advances in spiral and multi-detector computed tomography (CT) with multi-planar reconstruction and three-dimensional demonstration, including virtual bronchoscopy, allow for excellent display of central airway anatomy and abnormalities with visualization of accurate locations of lesions. Early detection and proper diagnosis of airway diseases based on various radiographic findings will help determine appropriate treatment, including surgical planning and evaluation of treatment response. Herein we describe and illustrate the imaging findings of a wide spectra of diffuse central airway diseases.
The design response spectrum presented in the seismic design standard reflects the characteristics of the tectonic environment at a site. However, since the design response spectrum does not represent the ground motion with a specific earthquake magnitude or distance, input ground motions for response history analysis need to be selected reasonably. It is appropriate to use observed ground motions recorded in Korea for the seismic design. However, recently recorded ground motions in the Gyeongju (2016) or Pohang (2017) earthquakes are not compatible with the design response spectrum. Therefore, it is necessary to convert the recorded ground motion in Korea to a model similar to the design response spectrum. In this study, several approaches to adjust the spectral acceleration level at each period range were tested. These are the intrinsic and scattering attenuation considering the earthquake environment, magnitude, distance change by the green function method, and a rupture propagation direction's directivity effect. Using these variables, the amplification ratio for the representative natural period was regressed. Finally, the optimum condition compatible with the design response spectrum was suggested, and the validation was performed by converting the recorded ground motion.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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