The present master thesis concerns a study of collimator designs for a high-spatial-resolution Gamma Emission Tomography (GET) instrument for used fuels utilizing Monte Carlo simulation codes. Designing a collimator for this purpose is a multilateral process that requires many interconnected and conflicting objectives to be taken into consideration. The purpose is to design a high-spatial-resolution GET system that combines in the best way the properties of a high detector count-rate, high photopeak to total spectrum ratio, low detector dead time and low leaking background radiation through the collimator material. As to achieve the best trade-off among these objectives, the GEANT4 and the Serpent 2 simulation codes were implemented. Used fuel contains various γ-ray emitting radionuclides and depending on the burnup history and cooling time their absolute intensities vary (i.e. for higher γ-ray intensity from the fuel, bigger collimator length is demanded). For this reason, Serpent 2 was used to produce long- and short-cooled fuel gamma emission spectra of low and high burnup. According to the obtained spectra, the collimator slit dimensions and material were determined. As far as the collimator length and material is concerned, the GEANT4 simulation toolkit was used to deal with shielding problems by applying the geometry splitting/Russian roulette variance reduction techniques. Serpent 2 simulations were performed in order to determine the transmitted signal intensity through the slit for various slit height and width dimensions. Finally, it was investigated the peak-to-total ratio change for different slit sizes and when a cavity structure was added along the slit length. / Denna uppsats handlar om kollimatordesign för hög rumsupplösning i gammaemissionstomografi (GET) av använt kärnbränsle genom att använda Monte Carlo-simuleringskoder. Att konstruera en kollimator för detta syfte är en process som kräver hänsyn till sammankopplande och ibland konflikterande målsättningar. Målet är att designa en GET-system som på bästa sätt kombinerar följande specifikationer: hög räknehastighet i detektorn, hög peak-to-total ratio, låg detektors dödtid och låg bakgrund från läckage genom skärmingsmaterialet. För att uppnå bästa möjliga resultat mellan dessa punkter användes simuleringskoderna GEANT4 och Serpent 2. Använt kärnbränsle innehåller varierande radionuklider och beroende på deras utbränning och nedkylningstid deras emissioner (absolutintensitet) varierar (t.ex större kollimatorers längd krävs vid högre intensitet från bränslet). Serpent 2 har använts för att beräkna gammaemisionsspektra för lång- och kort-kylda bränslen med låga och höga utbränningar. Med dessa hypotetiska bränslen, har spaltdimensioner och material undersökts. Beträffande spaltlängden och materialval användes GEANT4 genom att tillämpa variansreduktionsteknikerna geometry splitting/Russian roulette. Spaltbredden och spalthöjden hittades med Serpent 2 genom att beräkna transmissionssignal genom spalter av varierande dimensioner. Slutligen, undersöktes hur peak-to-total ratio ändras för olika spaltmått och även när en kavitet introduceras i kollimatorn.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:uu-384170 |
| Date | January 2019 |
| Creators | Anastasiadis, Anastasios |
| Publisher | Uppsala universitet, Tillämpad kärnfysik |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | FYSAST ; FYSMAS1094 |
Page generated in 0.0024 seconds