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.
Neutron spectrum analyses of spallation neutrons are conducted in the accelerator-driven system (ADS) facility at the Kyoto University Critical Assembly (KUCA). High-energy protons (100 MeV) obtained from the fixed field alternating gradient accelerator are injected onto a tungsten target, whereby the spallation neutrons are generated. For neutronic characteristics of spallation neutrons, the reaction rates and the continuous energy distribution of spallation neutrons are measured by the foil activation method and by an organic liquid scintillator, respectively. Numerical calculations are executed by MCNPX with JENDL/HE-2007 and ENDF/B-VI libraries to evaluate the reaction rates of activation foils (bismuth and indium) set at the target and the continuous energy distribution of spallation neutrons set in front of the target. For the reaction rates by the foil activation method, the C/E values between the experiments and the calculations are found around a relative difference of 10%, except for some reactions. For continuous energy distribution by the organic liquid scintillator, the spallation neutrons are observed up to 45 MeV. From these results, the neutron spectrum information on the spallation neutrons generated at the target are attained successfully in injecting 100 MeV protons onto the tungsten target.
Kim, Jin-Kyu;Lee, Young-Keun;Kim, Jae-Sung;Shin, Hae-Shick;Hyun, Soung-Hee
Journal of Radiation Protection and Research
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v.25
no.2
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pp.67-73
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2000
The effects of combined irradiation of neutrons and ${\gamma}$-rays were analysed by means of Tradescantia stamen hair (TSH) assay. Potted plants were irradiated with $0{\sim}2$ Gy of ${\gamma}$-rays. For the combined treatments, the plants were irradiated with neutrons from $^{252}Cf$ 24 hours before or after ${\gamma}$-irradiation. The slopes of dose-response curves were 5.98, 6.17 and 7.48, in ${\gamma}$-rays, ${\gamma}$-rays+neutrons, and neutrons+${\gamma}$ -rays irradiated groups, respectively. The biological efficacy of radiations in the induction of pink mutations increased by 25% in neutrons+${\gamma}$-rays irradiated group, while it increased by 12% in ${\gamma}$-rays+neutrons irradiated group. The combined irradiation with two kinds of radiations results in the different efficacy of radiation depending on the order of irradiations, which is of great importance in the related fields such as sterilization and radiotherapy.
Panasonic UD-809P type albedo neutron TL dosimeters mounted on a water phantom were used to measure neutron personal dose equivalent in a Korean nuclear power plant. From the measured TL readings, personal dose equivalents from thermal, epithermal and fast neutrons were evaluated by using a method adopted in a neutron dose calculation algorithm for Panasonic UD-809P type albedo neutron TL dosimeters, which was suggested in a Panasonic TLD System User's Manual. The results showed that personal dose equivalent from fast neutrons could not be adequately evaluated in a field with high thermal neutron fraction to be encountered in a nuclear power plant. This seems to be related to the incomplete incidence of albedo thermal neutrons to the TL dosimeters. In order to evaluate appropriately the personal dose equivalent from fast neutrons in the field condition, new method fer the neutron dose calculation algorithm was suggested. In this new method, neutrons are grouped into thermal neutrons and fast neutrons. For each neutron component, equations for TL response, sensitivity factor, calibration factor and personal dose equivalent were derived.
Sara Sadat Madani Kouchak;Dariush Rezaei Ochbelagh;Peiman Rezaeian;Majid Abdouss
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.4
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pp.1425-1430
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2024
This study develops superheated emulsion detectors that are both sensitive to fast neutrons, and thermal neutrons owing to the exergonic 63Li(n, α)31H capture reaction caused by the 6Li-containing compound dispersed throughout the gel-like medium. The experimental research was conducted on two SEDs. One detector was an ordinary Freon-12 detector and the other was a Freon-12 detector containing 3.4 % (by weight) LiCl. In order to investigate the sensitivity of lithium-containing SEDs to thermal neutrons, two types of SEDs were simultaneously exposed to various flux levels of thermal neutrons from 241Am-Be neutron source inside a cylindrical tank filled with water. A Boron-lined proportional counter was used to estimate the thermal neutron flux and the relevant MCNP code was developed for flux and dose calculations in the prepared set-up around 241Am-Be source. The results demonstrate that there is a proportional relationship between the variations of SED response and the change in thermal neutron flux and dose. Also, the sensitivity of SED was estimated.
Background: As neutron fields are always accompanied by gamma rays, it is essential to distinguish neutrons from gamma rays in the detection of neutrons. Neutrons and gamma rays can be separated by pulse shape discrimination (PSD) methods. Recently, we performed characterization of a stilbene scintillator detector and an EJ-301 liquid scintillator detector with a high-speed digitizer DT5730 and investigated optimized PSD variables for both detectors. This study is for providing a basis for developing fast neutron/gamma-ray dual-particle imager. Materials and Methods: We conducted PSD experiments using stilbene scintillator and EJ-301 liquid scintillator and evaluated neutron and gamma ray discriminability of each PSD method with a $^{137}Cs$ gamma source and a $^{252}Cf$ neutron source. We implemented digital signal processing techniques to apply two PSD methods - the charge comparison (CC) method and the constant time discrimination (CTD) method - to distinguish neutrons from gamma rays. We tried to find optimized PSD variables giving the best discriminability in a given experimental condition. Results and Discussion: For the stilbene scintillator detector, the charge comparison method and the constant time discrimination method both delivered the PSD FOM values of 1.7. For the EJ-301 liquid scintillator detector, both PSD methods delivered the PSD FOM values of 1.79. With the same PSD variables, PSD performance was excellent in $300{\pm}100keVee$, $500{\pm}100keVee$, and $700{\pm}100keVee$ energy regions. This result shows that we can achieve an effective discrimination of neutrons from gamma rays using these scintillator detector systems. Conclusion: We applied both PSD methods to a stilbene and a liquid scintillator and optimized the PSD performance represented by FOM values. We observed a good separation performance of both scintillators combined with a high-speed digitizer and digital PSD. These results will provide reference values for the dual-particle imager we are developing, which can image both fast neutrons and gamma rays simultaneously.
Park, Cheol-Soo;Lim, Cheong-Hwan;Jung, Hong-Ryang;Shin, Seong-Soo
Journal of radiological science and technology
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v.31
no.4
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pp.415-417
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2008
This study is to measure the radiation dose of neutrons generated by the particle accelerator during X-ray (photon) treatment with a neutron detection method by using CR-39, and to research how the generation of neutrons may incur problems associated with radiation doses for patient treatment when using high energy photons for cancer treatment as a clinical application. The findings are summarized as follows : The results showed that average 0.35mSv was measured with exposure of 1Gy photon in case of fast neutron, 0.65mSv with exposure of 2Gy photon, 1.82mSv exposure of 5Gy, 0.26mSv with exposure of 1Gy photon in case of thermal neutron, 0.56mSv with exposure of 2Gy photon, and 1.23mSv with exposure of 5Gy of photon. By measuring the occurrence of neutron by using Wedge Filter, it has been confirmed that the occurrence of neutrons increased when using Wedge Filter. The results also showed that more neutrons were detected over the existing experiments when using an SRS Cone requiring high doses of radiation. Total 2.85mSv neutrons were found on the average with exposure of 5Gy photon in case of fast neutron and 1.37mSv neutrons were found on the average with exposure of 5Gy photon in case of thermal neutron. During the general treatment, about 1.6 times more neutrons over 5Gy photon were found in case of fast neutron and about 1.12 time more neutrons over 5Gy photon were found in case of thermal neutron.
The high efficiency moderated-type neutron spectrometer and doseequivalent counter were developed for the measurement of low level environmental neutrons. By using these detectors, the neutron energy spectra and dose equivalent rates due to skyshine effect were measured in the environment surrounding the accelerator facilities and also the altitude variation of cosmic ray neutrons in the aircraft flying over Japan.
Lee, Ju Hyuk;Kim, Hyun Nam;Jeong, Heon Yong;Cho, Sung Oh
Nuclear Engineering and Technology
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v.52
no.8
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pp.1817-1825
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2020
Background: Cosmic ray-induced particles can lead to failure of semiconductors packaged for export during air transport. This work performed MCNP 6.2 simulations to optimize shielding against neutrons and protons induced by cosmic radiation Methods and materials: The energy spectra of protons and neutrons by incident angle at the flight altitude were determined using atmospheric cuboid model. Various candidates for the shielding materials and the geometry of the Unit Load Device Container were evaluated to determine the conditions that allow optimal shielding at all sides of the container. Results: It was found that neutrons and protons, at the flight altitude, generally travel with a downward trajectory especially for the particles with high energy. This indicated that the largest number of particles struck the top of the container. Furthermore, the simulation results showed that, among the materials tested, borated polyethylene and stainless steel were the most optimal shielding materials. The optimal shielding structure was also determined with the weight limit of the container in consideration. Conclusions: Under the determined optimal shielding conditions, a significantly reduced number of neutrons and protons reach the contents inside the container, which ultimately reduces the possibility of semiconductor failure during air transport.
The characteristics of the external radiation on the surface of the casks for spent nuclear fuel (SNF) storage by dry method are investigated for the case when the spatial distribution of SNF in the basket changes due to the destruction of the fuel rod claddings. The surface areas are determined, where the changes in fluxes of neutrons, produced by 244Cm actinide, and γ-quanta, produced by long-lived isotopes, are maximum in the result of the decrease in the height of the SNF area. Concrete (VSC-24) and metal (SC-21) casks are considered as examples. The procedure of periodic measurement of the dose rate of neutrons or γ-quanta at the specified points of the cask surface is proposed for identifying the fuel rod cladding destruction. Under normal operation, the decrease in the dose rate produced by neutrons as the function of SNF storage duration is determined by the half-life of 244Cm, and for γ-quanta - by the half-lives of long-lived SNF isotopes. Consequently, a stepwise change in the dose rate of neutrons or γ-quanta, detected by the measurements, as compared to the previous one, would indicate the destruction of the fuel rod claddings.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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