Organic Scintillation Detectors for Spectroscopic Radiation Portal Monitors

Thousands of radiation portal monitors have been deployed worldwide to detect and deter the smuggling of nuclear and radiological materials that could be used in nefarious acts. Radiation portal monitors are often installed at bottlenecks where large amounts of people or goods must traverse. Examples of use include scanning cargo containers at shipping ports, vehicles at border crossings, and people at high profile functions and events. Traditional radiation portal monitors contain separate detectors for passively measuring neutron and gamma ray count rates. 3He tubes embedded in polyethylene and slabs of plastic scintillators are the most common detector materials used in radiation portal monitors. The radiation portal monitor alarm mechanism relies on measuring radiation count rates above user defined alarm thresholds. These alarm thresholds are set above natural background count rates. Minimizing false alarms caused by natural background and maximizing sensitivity to weakly emitting threat sources must be balanced when setting these alarm thresholds. Current radiation portal monitor designs suffer from frequent nuisance radiation alarms. These radiation nuisance alarms are most frequently caused by shipments of large quantities of naturally occurring radioactive material containing cargo, like kitty litter, as well as by humans who have recently undergone a nuclear medicine procedure, particularly 99mTc treatments. Current radiation portal monitors typically lack spectroscopic capabilities, so nuisance alarms must be screened out in time-intensive secondary inspections with handheld radiation detectors. Radiation portal monitors using organic liquid scintillation detectors were designed, built, and tested. A number of algorithms were developed to perform on-the-fly radionuclide identification of single and combination radiation sources moving past the portal monitor at speeds up to 2.2 m/s. The portal monitor designs were tested extensively with a variety of shielded and unshielded radiation sources, including special nuclear material, at the European Commission Joint Research Centre in Ispra, Italy. Common medical isotopes were measured at the C.S. Mott Children’s Hospital and added to the radionuclide identification algorithms.PHDNuclear Engineering & Radiological SciencesUniversity of Michigan, Horace H. Rackham School of Graduate Studieshttps://deepblue.lib.umich.edu/bitstream/2027.42/136997/1/mpaff_1.pd

PEREKAYASAAN PERANGKAT LUNAK PORTAL MONITOR RADIASI DENGAN LabVIEW™

ABSTRAKPEREKAYASAAN   PERANGKAT LUNAK PORTAL MONITOR RADIASI DENGAN LabVIEW™. Telah dilakukan pembuatan   perangkat lunak portal monitor radiasi dengan menggunakan  LabVIEW™.  Perangkat  lunak  ini  mampu  mendeteksi  adanya  sumber  radiasi standard di dalam model kendaraan. Pada saat model kendaraan melewati Portal Monitor Radiasi (PMR) akan terjadi  alarm karena hasil cacahan  melebihi ambang batas yang sudah ditetapkan. Semua   alarm yang terjadi, data   pemindaan, data latar   dan   kendaraan   disimpan di dalam database. Dari sepuluh kali percobaan PMR, adanya sumber pada model kendaraan tersebut selalu dapat dikenali. Bentuk profil hasil pemindaian belum dapat    menunjukkan  letak sumber didalam model kendaraan.Katakunci: Portal Monitor Radiasi (PMR) ,  LabVIEW™ ABSTRACTAN ENGINEERING OF RADIATION PORTAL MONITOR PROGRAM USING LabVIEW™. A computer program package for radiation portal monitor (RPM) using LabVIEW has been developed. This program is able to detect the presence of a standard source in a modeled vehicle. When the modeled vehicle passes through an RPM, the sensor is alarmed because the count exceeds the alarm threshold previously set. All data on the alarm occurrence, scanning process, background counts, and vehicles are stored in a database. The experiment was repeated ten times. The results indicate that the RPM is able to detect the presence of the standard source located in the modeled vehicle. However, the program still needs an improvement in the scanning profile to make it able to identify the precise location of the source in the vehicle.Keywords: Radiation Portal Monitor (RPM), LabVIEW

PEREKAYASAAN PERANGKAT LUNAK PORTAL MONITOR RADIASI DENGAN LabVIEW™

ABSTRAKPEREKAYASAAN   PERANGKAT LUNAK PORTAL MONITOR RADIASI DENGAN LabVIEW™. Telah dilakukan pembuatan   perangkat lunak portal monitor radiasi dengan menggunakan  LabVIEW™.  Perangkat  lunak  ini  mampu  mendeteksi  adanya  sumber  radiasi standard di dalam model kendaraan. Pada saat model kendaraan melewati Portal Monitor Radiasi (PMR) akan terjadi  alarm karena hasil cacahan  melebihi ambang batas yang sudah ditetapkan. Semua   alarm yang terjadi, data   pemindaan, data latar   dan   kendaraan   disimpan di dalam database. Dari sepuluh kali percobaan PMR, adanya sumber pada model kendaraan tersebut selalu dapat dikenali. Bentuk profil hasil pemindaian belum dapat    menunjukkan  letak sumber didalam model kendaraan.Katakunci: Portal Monitor Radiasi (PMR) ,  LabVIEW™ ABSTRACTAN ENGINEERING OF RADIATION PORTAL MONITOR PROGRAM USING LabVIEW™. A computer program package for radiation portal monitor (RPM) using LabVIEW has been developed. This program is able to detect the presence of a standard source in a modeled vehicle. When the modeled vehicle passes through an RPM, the sensor is alarmed because the count exceeds the alarm threshold previously set. All data on the alarm occurrence, scanning process, background counts, and vehicles are stored in a database. The experiment was repeated ten times. The results indicate that the RPM is able to detect the presence of the standard source located in the modeled vehicle. However, the program still needs an improvement in the scanning profile to make it able to identify the precise location of the source in the vehicle.Keywords: Radiation Portal Monitor (RPM), LabVIEW

DESAIN DASAR PORTAL MONITOR RADIASI UNTUK KENDARAAN

ABSTRAKDESAIN DASAR PORTAL MONITOR RADIASI UNTUK KENDARAAN. Kemungkinan penyalahgunaan bahan bakar nuklir dan bahan radioaktif harus ditekan serendah mungkin. Untuk keperluan hal ini, suatu portal monitor radiasi (PMR) kendaraan dapat digunakan dan dipasang di titik-titik pemeriksaan (check points) di fasilitas-fasilitas nuklir, industri, pelabuhan udara dan pelabuhan laut. PMR ini menggunakan detektor sintilasi NaI(Tl) untuk mendeteksi sinar gamma dan detektor berbasis 10B/ZnS(Ag) untuk mendeteksi neutron. Persyaratan desain telah ditetapkan. Persyaratan desain ini meliputi 20 aspek, antara lain konfigurasi fisik, identifikasi spektrum, user interface, deteksi radiasi, dan lain-lain. Desain konseptual dan desain awal peralatan PMR ini diuraikan dalam makalah ini. Makalah ini juga memberikan spesifikasi teknis detektor sintilasi, detektor neutron, multi-channel analyzer (MCA), catu daya tegangan tinggi, akuisisi data, sensor kecepatan, sensor occupancy, dan komputer sentral. Pembuatan desain rinci sebagai tahap berikutnya dari perancangan peralatan PMR ini perlu dilakukan.Kata kunci: Desain dasar, portal monitor radiasi, detektor sinar gamma, detektor neutron ABSTRACTBASIC DESIGN OF A RADIATION PORTAL MONITOR FOR VEHICLES. Possibility of unauthorized uses of nuclear and radioactive material should be minimized as low as possible. For this objective, a radiation portal monitor (RPM) for vehicles can be employed and installed at check points of nuclear and industrial facilities, airport, and harbors. This RPM utilizes scintillation detector NaI(Tl) to detect gamma rays and 10B/ZnS(Ag) based detector to detect neutron. A set of design requirement for this equipment has been defined. It includes 20 aspects, for example physical configuration, spectrum identification, user interface, radiation detection, et cetera. Conceptual design and basic design are described in this paper. This paper also outlines technical specification of scintillation detector, neutron detector, multi-channel analyzer (MCA), high voltage power supply, data acquisition, speedometer sensor, occupancy sensor, and central computer. Detailed design as the next phase of RPM engineering should be carried out later.Keywords: Basic design, radiation portal monitor, gamma ray detector, neutron detecto

DESAIN DASAR PORTAL MONITOR RADIASI UNTUK KENDARAAN

ABSTRAKDESAIN DASAR PORTAL MONITOR RADIASI UNTUK KENDARAAN. Kemungkinan penyalahgunaan bahan bakar nuklir dan bahan radioaktif harus ditekan serendah mungkin. Untuk keperluan hal ini, suatu portal monitor radiasi (PMR) kendaraan dapat digunakan dan dipasang di titik-titik pemeriksaan (check points) di fasilitas-fasilitas nuklir, industri, pelabuhan udara dan pelabuhan laut. PMR ini menggunakan detektor sintilasi NaI(Tl) untuk mendeteksi sinar gamma dan detektor berbasis 10B/ZnS(Ag) untuk mendeteksi neutron. Persyaratan desain telah ditetapkan. Persyaratan desain ini meliputi 20 aspek, antara lain konfigurasi fisik, identifikasi spektrum, user interface, deteksi radiasi, dan lain-lain. Desain konseptual dan desain awal peralatan PMR ini diuraikan dalam makalah ini. Makalah ini juga memberikan spesifikasi teknis detektor sintilasi, detektor neutron, multi-channel analyzer (MCA), catu daya tegangan tinggi, akuisisi data, sensor kecepatan, sensor occupancy, dan komputer sentral. Pembuatan desain rinci sebagai tahap berikutnya dari perancangan peralatan PMR ini perlu dilakukan.Kata kunci: Desain dasar, portal monitor radiasi, detektor sinar gamma, detektor neutron ABSTRACTBASIC DESIGN OF A RADIATION PORTAL MONITOR FOR VEHICLES. Possibility of unauthorized uses of nuclear and radioactive material should be minimized as low as possible. For this objective, a radiation portal monitor (RPM) for vehicles can be employed and installed at check points of nuclear and industrial facilities, airport, and harbors. This RPM utilizes scintillation detector NaI(Tl) to detect gamma rays and 10B/ZnS(Ag) based detector to detect neutron. A set of design requirement for this equipment has been defined. It includes 20 aspects, for example physical configuration, spectrum identification, user interface, radiation detection, et cetera. Conceptual design and basic design are described in this paper. This paper also outlines technical specification of scintillation detector, neutron detector, multi-channel analyzer (MCA), high voltage power supply, data acquisition, speedometer sensor, occupancy sensor, and central computer. Detailed design as the next phase of RPM engineering should be carried out later.Keywords: Basic design, radiation portal monitor, gamma ray detector, neutron detecto

PEMANFAATAN PENCACAHAN MONOTONIK DETEKTOR UNTUK MEMINIMALKAN ALARM PALSU PADA PORTAL MONITOR RADIASI

PEMANFAATAN PENCACAHAN MONOTONIK DETEKTOR UNTUK MEMINIMALKAN ALARM PALSU PADA PORTAL MONITOR RADIASI. Portal monitor radiasi (PMR) berperan penting dalam pencegahan penyalahgunaan dan penyelundupan bahan radioaktif melaluipendeteksian terhadap kendaraan di titik-titik pemeriksaan, seperti pelabuhan laut dan udara, serta fasilitas-fasilitas industri, kesehatan, dan nuklir. Kinerja PMR dicirikan oleh rendahnya kejadian alarm palsu. Penentuan batas ambang alarm pada PMR bersifat variatif dan subyektif, karena banyak faktor yang harus diperhitungkan. Salah satunya adalah cacah latar yang berfluktuasi. Penetapan batas ambang alarm dapat dilakukan dengan memanfaatkan sifat monotonik pencacahan dari detektor. Makalah ini menguraikan suatu simulasi sumber radioaktif yang bergerak mendekati/menjauhi detektor portal monitor. Teknik Moving Average Filter digunakan pada analisis statistik dalam simulasi ini untuk memperoleh deretan data (data series). Perbedaan(difference) intensitas radiasi menentukan kemiringan (slope) deret data pencacahan yangdibangkitkan. Hasil yang diperoleh menunjukkan apakah detektor mencacah monotonik naik atau turun, sehingga batas ambang alarm dapat ditetapkan dalam rangka untuk meminimalkan terjadinya alarm palsu.Kata kunci: Alarm palsu, portal monitor radiasi, pencacahan monotonikTHE USE OF DETECTOR’S MONOTONIC COUNTING TO MINIMIZE FALSE ALARM ONRADIATION PORTAL MONITOR. Radiation portal monitor (RPM) has essential role in preventing the diversion and smuggling of radioactive material by detection of vehicles at check-points, such as seaport and airport, as well as industrial, health, and nuclear facilities. The RPM performance is characterized by low number of false alarm occurrences. The alarm threshold setting varies and is subjective, because there are many factors that should be considered. One of them is fluctuating background. The alarm threshold can be set by using detector’s monotonic counting. This paperdescribes a simulation of a radioactive source moving toward/leaving from the detector of RPM. The moving average filter is used in the statistical analysis. The difference of radiation intensity defines the slope of the generated data. The results obtained indicate whether the detector iscounting monotonically increasing or decreasing, so that the alarm threshold can be set in order to minimize the occurrence of false alarm.Keywords: False alarm, radiation portal monitor, monotonic countin

PEMANFAATAN PENCACAHAN MONOTONIK DETEKTOR UNTUK MEMINIMALKAN ALARM PALSU PADA PORTAL MONITOR RADIASI

PEMANFAATAN PENCACAHAN MONOTONIK DETEKTOR UNTUK MEMINIMALKAN ALARM PALSU PADA PORTAL MONITOR RADIASI. Portal monitor radiasi (PMR) berperan penting dalam pencegahan penyalahgunaan dan penyelundupan bahan radioaktif melaluipendeteksian terhadap kendaraan di titik-titik pemeriksaan, seperti pelabuhan laut dan udara, serta fasilitas-fasilitas industri, kesehatan, dan nuklir. Kinerja PMR dicirikan oleh rendahnya kejadian alarm palsu. Penentuan batas ambang alarm pada PMR bersifat variatif dan subyektif, karena banyak faktor yang harus diperhitungkan. Salah satunya adalah cacah latar yang berfluktuasi. Penetapan batas ambang alarm dapat dilakukan dengan memanfaatkan sifat monotonik pencacahan dari detektor. Makalah ini menguraikan suatu simulasi sumber radioaktif yang bergerak mendekati/menjauhi detektor portal monitor. Teknik Moving Average Filter digunakan pada analisis statistik dalam simulasi ini untuk memperoleh deretan data (data series). Perbedaan(difference) intensitas radiasi menentukan kemiringan (slope) deret data pencacahan yangdibangkitkan. Hasil yang diperoleh menunjukkan apakah detektor mencacah monotonik naik atau turun, sehingga batas ambang alarm dapat ditetapkan dalam rangka untuk meminimalkan terjadinya alarm palsu.Kata kunci: Alarm palsu, portal monitor radiasi, pencacahan monotonikTHE USE OF DETECTOR’S MONOTONIC COUNTING TO MINIMIZE FALSE ALARM ONRADIATION PORTAL MONITOR. Radiation portal monitor (RPM) has essential role in preventing the diversion and smuggling of radioactive material by detection of vehicles at check-points, such as seaport and airport, as well as industrial, health, and nuclear facilities. The RPM performance is characterized by low number of false alarm occurrences. The alarm threshold setting varies and is subjective, because there are many factors that should be considered. One of them is fluctuating background. The alarm threshold can be set by using detector’s monotonic counting. This paperdescribes a simulation of a radioactive source moving toward/leaving from the detector of RPM. The moving average filter is used in the statistical analysis. The difference of radiation intensity defines the slope of the generated data. The results obtained indicate whether the detector iscounting monotonically increasing or decreasing, so that the alarm threshold can be set in order to minimize the occurrence of false alarm.Keywords: False alarm, radiation portal monitor, monotonic countin

RANCANG BANGUN MODUL PENCACAH 16 BIT 3 INPUT DENGAN KOMUNIKASI TCP/IP UNTUK PORTAL MONITOR RADIASI PMR15

ABSTRAK RANCANG BANGUN MODUL PENCACAH 16 BIT 3 INPUT DENGAN KOMUNIKASI tcp/ip UNTUK PORTAL MONITOR RADIASI PMR15. Sejak tahun 2014 PRFN-BATAN telah mengembangkan portal monitor radiasi. Pada tahun 2015 dilakukan rancang bangun sistem portal monitor non spektroskopi yang memerlukan modul pencacah dengan lebar data 16 bit, sehingga cukup untuk mencacah paparan radiasi besar terdeteksi oleh detektor gamma. Desain modul pencacah pada PMR15 membutuhkan 3 input pencacah, tujuannya untuk melakukan pencacahan pada 3 (tiga) level energi, yaitu energi rendah, sedang dan tinggi. Kombinasi ini nantinya akan digunakan pada algoritma untuk menentukan tingkat alaram palsu. Modul pencacah menggunakan 3 (tiga) mikrokontroller terprogram saling terhubung melalui jalur I2C (master-slave). Agar dapat mengirimkan data dengan jarak lebih dari 100 meter digunakan komunikasi TCP/IP. Dari hasil uji fungsi diperoleh bahwa data dari modul pencacah dapat dipantau melalui browser atau perangkat lunak lainnya melalui komunikasi TCP/IP dan dapat merespon jumlah cacahan sesuai dengan data input dengan rata-rata nilai error/faktor koreksi antara ± 0,08 % s.d ± 1,02 %.Kata kunci: Modul Pencacah 16 bit , TCP/IP, Portal Monitor Radiasi           ABSTRACTA DESIGN AND CONTRUCTION OF 3 INPUT 16 BIT COUNTER MODULE WITH TCP / IP COMUNICATION FOR RADIATION PORTAL MONITOR PMR15. Since 2014 PRFN-BATAN has developed a radiation portal monitor. By 2015 the design of the system is done for non spectroscopy portal monitors that require counter module with a data width of 16 bits, which are sufficient for counting large radiation exposure that was detected by a gamma detector. The design of counter module in PMR15 takes 3 counter inputs, in order to carry out the counting at three (3) energy level, that is low, medium and high energy. This combination will be used in an algorithm to determine the rate of false alarms. Counter module uses three (3) programmable microcontrollers connected to each other through the I2C (master-slave). To be able to transmit data over a distance of 100 meters TCP / IP communication is used. From the function test results show that the data of the module counter can be monitored through a browser or other software via TCP / IP communication and be able to respond to the number of counts in accordance with the input data with the average value of the error / correction factor between + - 0.08% to + - 1.02%.Keywords: 16 BIT Counting Modul, TCP/IP, Radiation Portal Monito

DESAIN DAN PEMBUATAN PERANGKAT MEKANIK PADA PORTAL MONITOR RADIASI NON SPEKTROSKOPI

ABSTRAKDESAIN DAN PEMBUATAN PERANGKAT MEKANIK PADA PORTAL MONITOR RADIASI NON SPEKTROSKOPI. Desain dan pembuatan perangkat mekanik pada portal monitor radiasi non spektroskopi telah dilakukan untuk kelengkapan bagian penting dari seluruh perangkat prototipe dalam skala percobaan. Desain dan pembuatan ini dilakukan dengan memperhatikan kebutuhan perangkat mekanik terkait komponen dan instrumen yang akan dipasang. Kebutuhan perangkat mekanik antara lain adalah dudukan detektor sebagai komponen utama dan kotak panel untuk penempatan instrumen baik elektrik maupun elektronrik. Terhadap detektor yang diperhatikan adalah bentuk fisik, dimensi, beban berat, dan antisipasi faktor gangguan terhadapnya. Dengan perangkat mekanik ini maka semua perangkat portal monitor radiasi ini dapat terintgrasi dengan baik sehingga dapat dioperasikan untuk skala percobaan. Adapun bahan-bahan mekanik utama yang digunakan dalam desain ini antara lain plat besi 3 mm, plat Ss 2 mm, dan plat aluminium 3 mm. Dari desain dan pembuatan ini dihasilkan 3 unit utama perangkat mekanik berupa rumah detektor, wadah detektor dan kotak panel instrumen yang terintegrasi pada dudukan pondasi dengan baut pengikat 14 mm. Kata kunci : Perangkat mekanik, Portal monitor radiasi, Non spektroskopi ABSTRACTA DESIGN AND CONSTRUCTION OF MECHANICAL DEVICES ON A NON SPECTROSCOPY RADIATION PORTAL MONITOR. A Design and construction of mechanical devices on a non spectroscopy radiation portal monitor has been done to support the main device of all prototype devices in experiment scale. The design and construction has been carried out by considering to the requirement of mechanical device related components and instruments to be installed. The required mechanical devices are the container of detector as the main component, box panel for placement of both electric and electronic instruments. For the detector the attention should be on its physical shapes, dimensions, heavy loads and the anticipation of interferences factor. By this mechanical device this container can be well integrated and operated in experiment scale. The main materials used in the this design are 3 mm  steel plate, 2 mm Ss plate and 3 mm in aluminium plate. The results of this design and construction are 3 mechanical devices namely the housing detector, the detector container and the instrument panel box which is in integrated with based foundation by bolt fastener of 14 mm.Key words: Mechcanical device, Radiation portal monitor, Non spectroscop

DESAIN DAN PEMBUATAN PERANGKAT MEKANIK PADA PORTAL MONITOR RADIASI NON SPEKTROSKOPI

ABSTRAKDESAIN DAN PEMBUATAN PERANGKAT MEKANIK PADA PORTAL MONITOR RADIASI NON SPEKTROSKOPI. Desain dan pembuatan perangkat mekanik pada portal monitor radiasi non spektroskopi telah dilakukan untuk kelengkapan bagian penting dari seluruh perangkat prototipe dalam skala percobaan. Desain dan pembuatan ini dilakukan dengan memperhatikan kebutuhan perangkat mekanik terkait komponen dan instrumen yang akan dipasang. Kebutuhan perangkat mekanik antara lain adalah dudukan detektor sebagai komponen utama dan kotak panel untuk penempatan instrumen baik elektrik maupun elektronrik. Terhadap detektor yang diperhatikan adalah bentuk fisik, dimensi, beban berat, dan antisipasi faktor gangguan terhadapnya. Dengan perangkat mekanik ini maka semua perangkat portal monitor radiasi ini dapat terintgrasi dengan baik sehingga dapat dioperasikan untuk skala percobaan. Adapun bahan-bahan mekanik utama yang digunakan dalam desain ini antara lain plat besi 3 mm, plat Ss 2 mm, dan plat aluminium 3 mm. Dari desain dan pembuatan ini dihasilkan 3 unit utama perangkat mekanik berupa rumah detektor, wadah detektor dan kotak panel instrumen yang terintegrasi pada dudukan pondasi dengan baut pengikat 14 mm. Kata kunci : Perangkat mekanik, Portal monitor radiasi, Non spektroskopi ABSTRACTA DESIGN AND CONSTRUCTION OF MECHANICAL DEVICES ON A NON SPECTROSCOPY RADIATION PORTAL MONITOR. A Design and construction of mechanical devices on a non spectroscopy radiation portal monitor has been done to support the main device of all prototype devices in experiment scale. The design and construction has been carried out by considering to the requirement of mechanical device related components and instruments to be installed. The required mechanical devices are the container of detector as the main component, box panel for placement of both electric and electronic instruments. For the detector the attention should be on its physical shapes, dimensions, heavy loads and the anticipation of interferences factor. By this mechanical device this container can be well integrated and operated in experiment scale. The main materials used in the this design are 3 mm  steel plate, 2 mm Ss plate and 3 mm in aluminium plate. The results of this design and construction are 3 mechanical devices namely the housing detector, the detector container and the instrument panel box which is in integrated with based foundation by bolt fastener of 14 mm.Key words: Mechcanical device, Radiation portal monitor, Non spectroscop