Reprocessing nuclear fuel is becoming more viable in the United States due to the anticipated increase in construction of nuclear power plants, the growing stockpile of existing used nuclear fuel, and a public desire to reduce the amount of this fuel. However, a new reprocessing facility in non-weapon states must be safeguarded and new reprocessing facilities in weapon states will likely have safeguards due to political and material accountancy reasons. These facilities will have state of the art controls and monitoring methods to safeguard special nuclear materials, as well as to provide real-time monitoring. The focus of this project is to enable the development of a safeguards strategy that uses well established photon measurement methods to characterize samples from the UREX+3a reprocessing method using a variety of detector types and measurement times. It was determined that the errors from quantitative measurements were too large for traditional safeguards methods; however, a safeguards strategy based on qualitative gamma ray and neutron measurements is proposed. The gamma ray detection equipment used in the safeguard strategy could also be used to improve the real-time process monitoring in a yet-to-be built facility. A facility that had real-time gamma detection equipment could improve product quality control and provide additional benefits, such as waste volume reduction. In addition to the spectral analyses, it was determined by Monte Carlo N Particle (MCNP) simulations that there is no noticeable self shielding for internal pipe diameters less than 2 inches, indicating that no self shielding correction factors are needed. Further, it was determined that HPGe N-type detectors would be suitable for a neutron radiation environment. Finally, the gamma ray spectra for the measured samples were simulated using MCNP and then the model was extended to predict the responses from an actual reprocessing scenario from UREX+3a applied to fuel that had a decay time of three years. The 3-year decayed fuel was more representative of commercially reprocessed fuel than the acquired UREX+3a samples. This research found that the safeguards approach proposed in this paper would be best suited as an addition to existing safeguard strategies. Real-time gamma ray detection for process monitoring would be beneficial to a reprocessing facility and could be done with commercially available detectors.

The response of low energy nuclear recoil in NaI(Tl) is investigated in the following experiment. Such detectors have been used recently to search for evidence of dark matter in the form of weakly interacting massive particles (WIMPs). NaI(Tl) crystal response to nuclear recoil energy deposition is a key element in these searches. I discuss the cosmological and experimental motivations for these experiments, followed by an overview of the physics of direct detection and current relevant WIMP search experiments. With the experiment motivations covered, the details of NaI(Tl) detectors are reviewed. The specifics of our experiment are laid out including the neutron production, neutron beam calibration, shielding optimization, experimental design and setup. Then the crystal response calibration studies and Geant4 simulations are discussed followed by the final quenching factor values and uncertainties. This experiment measured quenching factors for sodium recoils in the energy range of (9 keV-40 keV) of 19%-27% QF. These results are similar to current published measurements. Interesting features of the QF measurements include an increase at low energies and a dip in the values at 30 keV, the iodine K-shell absorption edge. The goal of this experiment was to add valuable measurements of nuclear recoils at low energies that are relevant to low-mass WIMP experiments. Future plans will improve and expand on these measurements in order to better understand the response of NaI(Tl) at low energies.

Thesis (D. Min.)--Columbia Biblical Seminary and Graduate School of Missions, 1996. / Abstract. Includes bibliographical references (leaves 160-175).

Thesis (M. Phil.)--University of Hong Kong, 1999. / Includes bibliographical references (leaves 125-128).

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:48:40Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:59:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 09020.pdf: 3988111 bytes, checksum: 2604028ac5be423a7b85b745a959fb86 (MD5) / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

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Made available in DSpace on 2014-10-09T12:41:49Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:08:28Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Dissertação (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:48:40Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:59:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 09020.pdf: 3988111 bytes, checksum: 2604028ac5be423a7b85b745a959fb86 (MD5) / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:42:23Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:01:46Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Por sua disponibilidade e características diferenciadas, a madeira foi um dos primeiros materiais a ser usado pelos seres humanos, com uma grande multiplicidade de usos, diretos e indiretos. Ainda hoje é uma importante fonte de energia doméstica e industrial, além de ser usada como matéria prima na fabricação de papel e celulose, nas indústrias químicas, moveleira, naval, de artigos esportivos, brinquedos e instrumentos musicais, bem como na construção civil e na distribuição de energia elétrica. A madeira tem sido bastante estudada, sendo do conhecimento dos pesquisadores da área, a influência de vários fatores no desenvolvimento das árvores e por consequência, nas madeiras, como temperatura, latitude, longitude, altitude, insolação, solo e índice pluviométrico, razões pelas quais, quando se trata de madeira, se fala sempre em propriedades médias. A densidade é na opinião da grande maioria dos pesquisadores, a propriedade mais importante da madeira, por manter estreitas relações com propriedades físicas e mecânicas. Há três tipos de densidades, básica, aparente e a verde. Destas, usou-se a densidade aparente, a 12% de umidade e próxima da umidade de equilíbrio com o meio ambiente e a densidade a verde, na simulação no laboratório. Neste trabalho foram utilizadas madeiras de densidades variáveis, de sete espécies diferentes, a saber: freijó, peroba-mica, jequitibá, muiracatiara, cumaru, ipê e sucupira. Para a determinação das densidades pelo método não convencional, um dos objetivos deste trabalho, foi usar os radioisótopos: 241Am, 133Ba, 192Ir, 137Cs e 60Co, um detetor de cintilação de NaI e um espectrômetro multicanal, desenvolvendo-se uma técnica alternativa, rápida e precisa, fato evidenciado pelos resultados obtidos. Os parâmetros nucleares obtidos, como meias espessuras e coeficientes de absorção linear, proporcionaram a escolha do radioisótopo, 137Cs, em relação à energia, atividade, espessuras ótimas de ensaio, resolução e proteção radiológica, para simulação em laboratório da integridade física de postes de madeira e árvores vivas, constituindo os parâmetros nucleares e as simulações em laboratório, os outros importantes objetivos do trabalho. / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:41:49Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:08:28Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Esse trabalho avalia a metodologia utilizada pelo Laboratório de Monitoração in vivo (LMIV) do IPEN na calibração dos detectores de NaI(Tl) pelo código PENELOPE- penEasy, baseado no Método de Monte Carlo. Inicialmente, foram realizadas simulações sem o simulador antropomórfico com o objetivo de encontrar uma geometria que representasse adequadamente os detectores para exames de corpo inteiro e de tireoide. A aquisição dos dados experimentais foi realizada pelo software GENIE, que é utilizado na rotina do laboratório e as áreas dos fotopicos foram calculadas pelos softwares GENIE e GNUPLOT e pelo método descrito no Ciemat Technical Report, que também fornece os valores de eficiência de fotopico. Fontes de 60Co, 137Cs, 152Eu, 207Bi e 241Am calibradas foram utilizadas nas medições. Os resultados mostraram que o software GENIE é apropriado para ser utilizado nas calibrações de rotina e fontes que possuam picos isolados e definidos pelo detector de NaI(Tl), são ideais para serem utilizadas nas calibrações em eficiência. A simulação MC indica que é possível substituir calibrações experimentais por simulações utilizando uma geometria simplificada do detector de NaI(Tl), mas as grandezas relevantes como a fonte, o detector e o sistema eletrônico devem ser conhecidos com detalhes para que as fontes de erros sistemáticos sejam as menores possíveis. / Dissertação (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP