MODERATOR, COLLIMATOR AND SHIELDING DESIGN FOR BNCT RESEARCH AT TRIGA MARK II REACTOR

 

MODERATOR, COLLIMATOR AND SHIELDING DESIGN FOR BNCT RESEARCH AT TRIGA MARK II REACTOR

 

ABSTRACT

 

            The objective of this research is to design optimally a BNCT port at a beam line viewing the thermal column. Collimator with TRIGA MARK II reactor core and thermal column and shielding were simulated with Monte Carlo N-Particle Transport Code, Version 5(MCNP5). Fluxes of neutron and photon were calculated together with their energies. Thermal neutron was selected for Malaysian TRIGA MARK II reactor BNCT system. For fast and epithermal neutron shielding in experiment conducted, a polyethylene and water were used. For gamma-ray shielding, lead was used. A lead shielding cylinder was fabricated. This lead shielding will be placed in the hole in Thermal Column door. For experiment purpose, a collimator was made from polyethylene pipe with 8 cm of diameter filled with paraffin.

 

Neutron and gamma ray measurement in a Central Graphite Stringer (G7) of Thermal Column had been done with TLD detectors. At 1 MW of reactor power, gamma ray dose rate was 30.67 Sv/hr and neutron flux was 1.69E+10 ncm^-2s. Neutron and gamma ray measurement in shielding box had been done with TLD detector. Gamma dose rate was 1.41 Sv/hr. Neutron flux was 3.00E+07 ncm^-2s. This was lower than neutron flux used in BNCT around the world. In order to study neutron and gamma ray penetration in human body, an experiment with water phantom was conducted. Gamma ray dose rate was 30.92 mSv/hr at 0.0 cm depth and increasing up to 174.56 mSv/hr or 0.17 Sv/hr at 16.5 cm depth. Neutron flux was 5.00E+06 ncm^-2s at 0.0 cm depth and 3.00E+07 ncm^-2s at the depth of 0.8 cm and then decreased to 1.00E+06 ncm^-2s at the depth of 8.1 cm.

 

In order to see and analyses neutron spectrum, measurement was done with MICROSPEC-2 detector. The result obtained was as expected, the highest spectrum count was around low or thermal neutron energy and the neutron spectrum was decreasing as neutron energy increased. The experiment continued with a cadmium plate placed at the front of MICROSPEC-2 spectrometer. Cadmium plate had made the thermal neutron peak to become much higher. This proved that cadmium is a very good neutron moderator. Cadmium plate was then replaced with B4C plate. Thermal neutron peak was a little bit lower than for neutron spectrum with cadmium plate moderator. B4C plate was then replaced with lead plate. Thermal neutron peak here was low but higher than in neutron spectrum without a moderator. This proved that lead was also a neutron moderator even though it was not a good one.Lead plate was then replaced with water in an aluminium case. Thermal neutron peak now was much higher than neutron spectrum after cadmium moderator. But this result does not show that water is a better neutron moderator than cadmium because the thickness of the water moderator was thicker than the cadmium moderator. Water was then replaced with ice. Thermal neutron peak produced was the highest.

 

 

 

 

 

 

 

REKABENTUK MODERATOR, KOLIMATOR DAN PERISAIAN UNTUK KAJIAN BNCT DI REAKTOR TRIGA MARK II

 

ABSTRAK

 

            Objektif penyelidikan ini adalah untuk merekabentuk sebaiknya satu radas BNCT pada garisan alur yang melalui kolum terma. Kolimator bersama teras reaktor TRIGA MARK II dan kolum terma dan perisaian disimulasi menggunakan Monte Carlo N-Particle Transport Code, Version 5(MCNP5). Flux neutron dan foton dikira bersama dengan tenaga masing-masing. Neutron terma telah dipilih untuk kegunaan sistem BNCT pada reaktor TRIGA MARK II di Malaysia. Polyethylene dan air telah digunakan sebagai perisai neutron laju dan neutron epiterma didalam eksperimen yang dijalankan. Plumbum pula digunakan sebagai perisai sinar gama. Silinder perisai plumbum telah dihasilkan. Perisai ini akan diletakkan di dalam lubang pada pintu Kolum Terma. Kolimator yang diperbuat dari paip polyethylene berdiameter 8 cm dan disikan dengan lilin telah digunakan di dalam eksperimen yang dijalankan.

 

Pengukuran neutron dan sinar gamma di dalam Central Graphite Stringer (G7) pada Thermal Column telah dilakukan menggunakan pengesan TLD. Pada kuasa reaktor 1 MW, kadar dose sinar gama adalah 30.67 Sv/jam dan flux neutron adalah 1.69E+10 ncm^-2s. Pengukuran neutron dan sinar gama di dalam kotak perisai telah dilakukan menggunakan pengesan TLD. Kadar dos gama adalah 1.41 Sv/jam. Flux neutron adalah 3.00E+07 ncm^-2s. Ianya adalah lebih rendah dari flux neutron yang digunakan dalam BNCT di seluruh dunia. Untuk mengkaji penembusan neutron dan sinar gama ke dalam tubuh manusia, eksperimen menggunakan Water Phantom telah dijalankan. Kadar dos gama pada 0.0 cm adalah 30.92 mSv/jam dan meningkat kepada 0.17 Sv/jam pada kedalaman 16.5 cm. Flux neutron pada 0.0 cm adalah 5.00E+06 ncm^-2s dan 3.00E+07 ncm^-2s pada kedalaman 0.8 cm kemudian berkurang kepada 1.00E+06 ncm^-2s pada kedalaman 8.1 cm.

 

Untuk mengkaji spektrum neutron, pengukuran telah dilakukan menggunakan spektrometer MICROSPEC-2. Dapatan yang diperoleh adalah menepati ramalan. Hitungan spektrum tertinggi adalah pada neutron bertenaga terma dan spektrum berkurang bila tenaga neutron bertambah. Eksperimen diteruskan dengan meletakkan plat cadmium dihadapan spektrometer MICROSPEC-2. Plate cadmium telah menyebabkan puncak neutron terma menjadi lebih tinggi. Terbukti cadmium adalah moderator neutron yang sangat baik. Plat cadmium digantikan dengan plat B4C. Puncak neutron terma adalah rendah sedikit dari spektrum dengan plat cadmium. Plat B4C digantikan dengan plat plumbum. Puncak neutron terma adalah rendah tapi lebih tinggi dari spektrum tanpa moderator. Terbukti plumbum juga adalah moderator neutron walaupun tidak sebaik yang lain. Plat plumbum digantikan dengan air yang diisi di dalam bekas aluminium. Puncak neutron terma menjadi lebih tinggi dari spektrum dengan cadmium tetapi dapatan ini tidak menunjukkan bahawa air adalah moderator neutron yang lebih baik dari cadmium kerana lebar bekas aluminium adalah jauh lebih besar dari ketebalan plat cadmium. Air digantikan pula dengan ais. Ais menghasilkan puncak neutron terma yang paling tinggi.