This is an HTML version of an attachment to the Freedom of Information request 'Woomera (Hangar 5) Documents and Reports: ARPANSA Disclosure Log'.



[FOR-OFFICIAL-USE-ONLY]  
 
 
 
 
 
 
RELEASED 
BY Woomera Gamma Imaging 
ARPANSA 
Nuclear Stewardship 
Authors: 
Dr Mathew Guenette and Lachlan Chartier 
UNDER 
Date: 
4/09/2018 
Report Number:  R180128 
FOI 
Approved By: 
Dr Mark Reinhard 
FEBRUARY 
Technical 
Reviewer: 
Jennifer Harrison 
Issued To: 
Jen Baxter, CSIRO 
2019
Date Issued: 
21/09/2018 
s 47F - privacy
Contact Details:  Telephone   
Email 
 
 
 
 
ANSTO, New Illawarra Road, Lucas Heights (Locked Bag 2001, Kirrawee DC NSW 2232) 
Page 1 of 22 
www.ansto.gov.au 
 
(T-6725 R3 Report Template Effective Date: 06/09/2018) 


[FOR-OFFICIAL-USE-ONLY]  
 
Executive Summary  
 
ANSTO  staff  visited  a  CSIRO  facility  in  Woomera,  SA  from  29/5/2018  until  the  31/5/2018  to 
conduct  gamma  imaging  of  a  building  annex  containing  ~10  000  drums  of  waste  material.  The 
purpose of the trip 
RELEASED was to non-invasively characterise the radiological status of the drums using 
ANSTO developed gamma ray imaging technology. 
Data  analysis  indicated  the  presence  of  214Bi  and  214Pb.  Both  of  these  radionuclides  are  gamma 
emitting members of the 238U decay series. The 238U decay series radionuclides are often present in 
naturally  occurring  radioactive  material  (NORM)  and  are  found  in  all  rocks  and  soils.  Higher 
radioactivity levels of 238U decay series radionuclides can be found in NORM such as uranium ore 
or  Technologically  Enhanc
BY ed NORM (TENORM) such as waste streams from ore processing and 
industrial  processes.  No  other  gamma  emitting  radionuclides  were  detected  above  local 
background from the drums.  
ARPANSA 
Gamma image pairs, for both 214Bi and 214Pb, were generated at five locations which indicated that 
214Bi  and  214Pb  were  predominantly  co-located  in  drums.    Obtained  images  indicate  that  only  a 
select  few  first  layer  drums  have  elevated  levels  of  radioactivity  and  that  the  majority  contain 
levels below the detection limits of the gamma ray imaging technology. 
UNDER 
Purpose 
 
The  objective  of  this  work  was  to  non-invasively  characterise  the  radiological  status  of  drums 
stored  at  the  Woomera  site  using  ANSTO  developed  gamma  ray  imaging  technology.  Gamma 
FOI 
imaging identifies the location of drums with relative higher levels of radioactivity which will inform 
future detailed characterisation campaigns.  
FEBRUARY 
Additional  outcomes  of  this  work  are  demonstration  of  the  non-invasive  gamma  ray  imaging 
capability  and  operational  insights  of  gamma  imaging  deployment  at  the  Woomera  site.  This 
includes investigating hardware and algorithmic modifications to the gamma imager for enhanced 
characterisation, as well as identifying aspects of the broader Woomera project where imaging or 
detection technology may be beneficial to the characterisation effort. 
Method 
2019
 
The  ANSTO  spectroscopic  gamma-ray  imaging  system  (‘Cyclops’)  provides  a  passive  and  non-
invasive capability to locate and identify sources of gamma emitting radionuclides at distance. The 
imaging system has a large field of view (360° x 90°), wide energy range (40 keV to 3000 keV) 
and produces a combined optical/gamma-ray image for the visualisation of the radiation location. 
The imaging system consists of a 1.5” CeBr3 Scionix scintillation detector located in the centre of 
dual  rotating,  mask  collimators.  Gamma  images  are  then  created  using  any  specified  energy 
Woomera Gamma Imaging 
 
Page 2 of 22 




[FOR-OFFICIAL-USE-ONLY]  
window  of  the  recorded  gamma  spectrum  using  the  signal  processing  theory  of  compressed 
sensing (Compressed sensing, D.L. Donohue, IEEE Trans Inf. Theory 52 (2006), 1289-1306). 
 
Non-destructive, radiological assessment of waste drums produced by the nuclear industry often 
employs  gamma  scanning  technology  (e.g.  segmented  or  tomographic  scanning  systems  from 
Canberra or Antech Inc.). However, this technology requires the movement and manual handling 
of each drum, which potentially poses contamination/spill risks due to age and unknown condition 
RELEASED 
of the drums. Furthermore, a dedicated processing facility in close proximity to the drums would 
be  required  which  may  not  be  feasible.  The  use  of  conventional  radiation  dose  rate  surveying 
equipment to measure each drum also presents its own problem; the closely stacked, stationary 
configuration of the drums means that dose rate measurements of particular drum will be affected 
by radiation originating from the surrounding drums. 
 
The use of gamma-ray imaging is valuable as a means of identifying hot spots of gamma-emitting 
BY 
radionuclides  within  the  drums  in  their  current  configuration.    In  contrast  to  other  methods, 
compressive gamma-ray imaging can be undertaken at a distance which reduces the radiological 
ARPANSA 
exposure  of  workers  and  measures  radiation  from  its  source  through  a  collimator,  allowing  the 
location of the source to be determined. As a result, radiation sources from adjacent drums can be 
resolved individually, based on the spatial resolution of the imaging system being utilised. 
 
Gamma-ray imaging was undertaken at five locations outside the annex, shown in Figure 1. Image 
location number is ordered chronologically by the time the images were acquired.s 33 - security
 
UNDER  Figure 2 shows the deployed imaging 
system at two measurement locations. Limited and confined access restricted imaging to the first 
layer of drums only. It should be noted that neither the annex nor hangar were entered for this 
activity. 
 
FOI 
 
 
FEBRUARY 
s 33 - security
s 33 - 
securit
y
s 33 
s 33 - security

secur
s 33 - security
ity
2019
 
 
 
Figure 1: Image locations 1 – 5. Location numbers are shown in purple boxes and annex bay numbers are 
indicated by the blue text. 

 
Woomera Gamma Imaging 
 
Page 3 of 22 


[FOR-OFFICIAL-USE-ONLY]  
The  choice  of  imaging  location  was  informed  by  previously  identified  radiation  hot  spots  from 
‘ANSTO report R180057: Woomera Characterisation: Gamma Survey of Area 1, D. Boardman and 
S.  Hagan  (2018)’.  Descriptions  of  the  imaging  locations  and  approximate  dose  rates  at  the 
detector are given in Table 1.  
 
The dose rates at each of the imaging locations (Table 1) are considered low. For reference, the 
average dose rate from background radiation in Australia is approximately 0.2 μSv/h (Exposure to 
RELEASED 
background  radiation  in  Australia,  S.B.  Solomon,  Australian  Nuclear  Association  Inc;  ANA'97: 
Second  conference  on  nuclear  science  and  engineering,  (1997)  102-106).  Since  dose  rate  is 
proportional  to  radioactivity  concentration  it  was  anticipated  that  the  gamma-ray  images, 
measured in counts, would need to be acquired for many hours. The mean Woomera temperature 
at the site varied between ~10.7 °C (9 AM) and 17.1 °C (3 PM) during the days of the imaging 
activity.  Additional  heating  of  the  system  occurred  due  to  the  deployment  in  the  sun.  Detector 
energy  calibration  during  the  image  acquisition  was  applied  by  using  two  energy  calibration 
BY 
measurements  at  the  start  and  end  of  each  image  using  a  small  232Th  mantle  source  (exempt) 
over the energy range 240 keV – 2600 keV. 
ARPANSA 
 
Table 1 
Location 
Description and Approximate Dose Rate at Detector 
s 33 - security
UNDER 
 
 
FOI 
FEBRUARY 
2019
Woomera Gamma Imaging 
 
Page 4 of 22 


[FOR-OFFICIAL-USE-ONLY]  
s 33 - security
RELEASED 
BY ARPANSA 
UNDER 
FOI 
FEBRUARY 
2019
 
Figure 2: Photos of the Cyclops gamma imaging system deployed at Woomera; (Top) Location 2, (Bottom) 
Location 5, as listed in Table 1.
 
 
Woomera Gamma Imaging 
 
Page 5 of 22 


[FOR-OFFICIAL-USE-ONLY]  
Gamma Spectroscopy 
 
Figure 3 shows the gamma spectrum recorded at Location 3 (s 33 - security
 Only one gamma 
spectrum  is  shown  here  as  the  spectra  at  each  location  are  similar  and  contain  identical  peak 
information. For completeness, the gamma spectra from all locations are shown in Appendix A.  
 
The spectra is domin
RELEASED  ated by the 238U decay series daughters (214Bi and 214Pb), with the 232Th decay 
series daughter (208Tl) also being present. In contrast, previous background gamma spectroscopy 
measurements on the eastern side of the hangar and at the Eldo Hotel, two locations not impacted 
by  radioactivity  from  the  drums,  (see  Figure  A6  in  Appendix  A  and  ANSTO  report  R180057: 
Woomera Characterisation: Gamma Survey of Area 1, D. Boardman and S. Hagan (2018)) show 
that 214Bi (only at 619 keV), 40K and 208Tl are present. The relative count rates and spectral shape 
of the two background spectra compared with the spectra acquired from locations 1-5 suggest that 
at imaging locations 1-5:  
BY 
 
ARPANSA 
1)  214Bi is well above background count rates  
2)  214Pb is present  
3)  40K is not observed  
 
In  addition,  the  gamma  spectroscopy  results  from  Boardman  et  al.  show  that  the  208Tl  peak  at 
2614  keV  has  similar  count  rates  when  measured  near  the  drums  and  during  background 
measurements, suggesting that the 208Tl peak originates from loc
UNDER  al background radiation.  
 
Therefore,  the  presence  of  214Bi  and  214Pb  are  attributed  to  drums  whilst  208Tl  and  40K  are 
attributed to local background radiation originating from the soil. 
 
FOI 
The presence of 214Bi and 214Pb at locations 1-5 is indicative of some or all members of the 238U 
decay series in higher activity concentrations than observed in local background measurements. In 
the  238U  decay  series,  214Pb  decays  to  214Bi,  and  secular equilibrium  would  be achieved between 
FEBRUARY 
these  radionuclides and  higher-order members of the  decay  series in  a  matter of hours or days 
due to their short half-lives. However, direct emissions from other higher-order gamma emitting 
238U decay series radionuclides such as 234Th, 234mPa, 230Th and 226Ra were not observed, nor was 
210Pb, a lower-order member of the series. 235U or any gamma emitting members of the 235U decay 
series were  also not observed. This may be due to the low  relative abundance, or low emission 
energies of the gamma rays and attenuation by the steel drums. The presence or absence of other 
238U or 235U series radionuclides would need to be established using specialised lab-based gamma 
2019
spectroscopy equipment. 
 
 
Woomera Gamma Imaging 
 
Page 6 of 22 



[FOR-OFFICIAL-USE-ONLY]  
RELEASED 
BY 
 
ARPANSA 
 
Figure 3: Gamma spectrum recorded at Location 3 s 33 - security
The spectrum is dominated by peaks 
originating from the 238U decay series daughters, 214Bi and 214Pb. 
Gamma Images 
UNDER 
 
Two radionuclides were identified above background in the gamma spectra for all locations; 214Bi 
and  214Pb,  which  are  238U  series  daughter  products.  As  such,  gamma  images  were  produced  for 
both  radionuclides  at  each  location  using  the  a)  214Bi  609  keV  peak  with  relative 
abundance/intensity  of  47%  and  b)  the  214Pb  295  keV  +  214Pb  351  keV  peaks  with  relative 
FOI 
abundances/intensities of 19% and 36% respectively. For all locations, the distribution of 214Bi and 
214Pb is similar. This is expected as  214Pb and 214Bi would be in equilibrium with each other  and 
higher-order members of the decay series.  
FEBRUARY 
 
In  general,  each  image  shows  only  a  few  drums  that  have  elevated  levels  of  radioactivity.  The 
count rates for all images were extremely low (~0.3-20 counts per second at the detector), which 
required long acquisition times of ~2-4 hours per image. Furthermore, relatively high image noise 
is  attributed  to  contribution  from  background  radiation  and  the  presence  of  some  radionuclides 
originating  from  both  the  drum  contents  and  the  local  background.  Due  to  the  long  image 
acquisition times required throughout different parts of each day, temperature drift of the detector 
2019
energy calibration further contributed to increased image noise. 
 
Most  drums  were  observed  to  have  historical  labels  on  the  side  of  the  drums,  although  this 
labelling  is  not  always  visible  due  to  the  direction  the  drums  are  facing  or  degradation.  Two 
labelling  systems  were  observed;  a  set  of  original  identifying  numbers  marked  directly  on  the 
drums  and  a  set  of  updated  identifying  numbers  marked  by  white  stickers.  Any  other  visible 
markings on the drums were also noted to assist in the identification of listed drums. 
 
Woomera Gamma Imaging 
 
Page 7 of 22 


[FOR-OFFICIAL-USE-ONLY]  
Figure  4  shows  a  gamma  image  using  the  214Pb  295  keV  and  214Pb  351  keV  peaks,s 33 - 
 
, which is an area with a particularly low count rate. Areas with mildly elevate
security d 
radioactivity  were  located  in  the  top  right  and  middle  areas  of 
 The  hot  spot  seen  in  the 
bottom right of s 33 -  and near the gazebo is likely image noise; this result can be considered as 
inconclusive. The extrem
securi
ely low count rates under the 214Bi 609 keV peak meant that a 214Bi 609 
keV gamma image
ty  was unable to be produced without unacceptably high levels of image noise. 
 
RELEASED 
 
 
BY ARPANSA 
UNDER 
FOI 
FEBRUARY 
2019
Woomera Gamma Imaging 
 
Page 8 of 22 


 
[FOR-OFFICIAL-USE-ONLY]  
 
RELEASED 
s 33 - security
BY ARPANSA 
Figure 4: Gamma image from 214Pb (295 keV + 351 keV peaks) at Location 1 UNDER 
FOI 
FEBRUARY 
2019
Woomera Gamma Imaging 
 
 
 
 
 
Page 9 of 22 


[FOR-OFFICIAL-USE-ONLY]  
 
Figure 5 shows gamma images froms 33 - security
 which are in the area identified as having 
the  highest  dose  rate  in  ANSTO  report  R180057:  Woomera  Characterisation:  Gamma  Survey  of 
Area 1, D. Boardman and S. Hagan (2018). A strong hotspot was identified on the bottom left of 
 The two drums with the elevated dose rate are the drums immediately to the right of the 
two red drums in the bottom row (the red drums are partially obscured by the left sliding door in 
Figure 5). The visible identifying marks on these drums are shown in Table 2. 
 
RELEASED 
Table 2 
Drum 
Updated 
Original 
Other markings 
Number 
Number 
Left 
None 
3145 
None 
Right 
05514 
3147 
FBK204 
BY ARPANSA 
UNDER 
FOI 
FEBRUARY 
2019
Woomera Gamma Imaging 
 
Page 10 of 22 




 
[FOR-OFFICIAL-USE-ONLY]
 
  
RELEASED 
 
s 33 - security
BY ARPANSA 
UNDER 
FOI 
FEBRUARY 
 
Figure 5: Gamma images from (top) 214Pb (295 keV + 351 keV peaks) and (bottom) 214Bi (609 keV peak) at Location 2 
2019
Woomera Gamma Imaging 
 
 
 
 
 
Page 11 of 22 


[FOR-OFFICIAL-USE-ONLY]  
 
Figure 6 shows a close up, higher resolution gamma image of the two drums identified as hot 
spots in Figure 5s 33 - security
. The bottom two thirds of both drums are identified as the 
primary regions with radioactivity. 
 
 
RELEASED 
BY ARPANSA 
UNDER 
FOI 
FEBRUARY 
2019
Woomera Gamma Imaging 
 
Page 12 of 22 




 
[FOR-OFFICIAL-USE-ONLY]  
 
RELEASED 
s 33 - security
s 33 - security
BY ARPANSA 
UNDER 
FOI 
FEBRUARY 
 
Figure 6: Gamma images from (top) 214Pb (295 keV + 351 keV peaks) and (bottom) 214Bi (609 keV peak) at Location 3 
2019
Woomera Gamma Imaging 
 
 
 
 
 
Page 13 of 22 


[FOR-OFFICIAL-USE-ONLY]  
 
Figure  7  shows  gamma  images  from  s 33 - security
  One  drum  is  identified  to  have  a 
significantly  higher  count  rate  compared  to  the  surrounding  drums.  This  drum  is  located  to  the 
immediate  right  of  the  two  green  drums  in  the  bottom  right  of  s 33 -    The  updated  number 
identifying this drum is 05925, with no other visible identifying markers. 
securit
 
y
RELEASED 
BY ARPANSA 
UNDER 
FOI 
FEBRUARY 
2019
Woomera Gamma Imaging 
 
Page 14 of 22 




 
[FOR-OFFICIAL-USE-ONLY]  
 
RELEASED 
s 33 - security
s 33 - security
BY ARPANSA 
UNDER 
FOI 
FEBRUARY 
Figure 7: Gamma images from (top) 214Pb (295 keV + 351 keV peaks) and (bottom) 214Bi (609 keV peak) at Location 4 
2019
Woomera Gamma Imaging 
 
 
 
 
 
Page 15 of 22 


[FOR-OFFICIAL-USE-ONLY]  
 
Figure  8 identifies a  region  of higher activity  drums at 
 The 
identifying marks on these drums are shown in Table 3. 
 
Table 3 
Drum  
Updated 
Original 
Other markings 
(as labeled in Figure 8) 
Number 
Number 

RELEASED 
06072 
None 
FBK9 

06060 
None 
None 

06061 
None 
None 

None 
None 
None 

05606 
None 
None 
 
 
BY ARPANSA 
UNDER 
FOI 
FEBRUARY 
2019
Woomera Gamma Imaging 
 
Page 16 of 22 



 
[FOR-OFFICIAL-USE-ONLY]  
 
RELEASED 
 
 
s 33 - security
 
s 33 - security
BY ARPANSA 
UNDER 
FOI 
FEBRUARY 
 
Figure 8: Gamma images from (top) 214Pb (295 keV + 351 keV peaks) and (bottom) 214Bi (609 keV peak) at Location 5 
2019
Woomera Gamma Imaging 
 
 
 
 
 
Page 17 of 22 


 
[FOR-OFFICIAL-USE-ONLY]  
 
In Figures 4-8, the count rates in the 214Pb gamma images are higher than the 214Bi gamma 
images.  This is due  to  the  wider  energy  range used  for  the  214Pb  images and  the  relative 
counting efficiency of the detector at different energies. 
Future Work 
 
Future imaging campaigns would incorporate several improvements from the lessons learnt 
RELEASED 
during  this  trip.  Incorporating  detector  energy  calibration  temperature  compensation 
electronics,  increased  shielding  beneath  the  detector  for  enhanced  background  radiation 
attenuation,  and  slight  adjustments  to  data  acquisition  parameters  is  likely  to  increase 
signal-to-noise and overall image quality, as well as reduce total image acquisition time. In 
addition, the implementation of LIDAR technology to capture 3D distance information of the 
drums may enable the imager to be used for rapid drum activity estimation.  
 
BY 
Not all areas of the annex were accessible for imaging due to s 33 - security
 
  Future  campaigns  would 
ARPANSA 
provide more comprehensive imaging at a greater range of locations. In future trips, there is 
also  possibility  of  deploying  two  imaging  systems  for  simultaneous  image  acquisitions. 
Further  investigation  into  deploying  a  gamma  imaging  system  to  measure  the  top  of  the 
drums through the use of a robot or elevated platform will also be undertaken.  
 
UNDER 
Conclusion 
 
Gamma images were generated for the key radionuclides present in several locations along 
FOI 
the s 33 - security
  at  the  Woomera  site.  The  radionuclides  detected 
were  238U  decay  series daughters (214Bi and  214Pb).  Only  a  very  small proportion  of drums 
FEBRUARY 
were  identified  to  have  elevated  levels  of  radioactivity.  Due  to  access  restrictions  and 
shielding of the drums deep in the building, only the first layer drums could be imaged. 
Two drums with elevated levels of radioactivity were located and identified to be in s 33 -   
Subsequent higher resolution images of the drums of interest show that the radioactivity is
securit  
primarily  located  within  the  bottom  two  thirds  of  these  drums.  In 
  one  drum
y
s 33 - 
  with 
elevated  activity  was  located  in  the  bottom,  right  side  as  well  as  a  sma
securit ll  cluster  of  five 
drums in the top, left corner. Two hotspot areas were identified in the
y  middle and top right 
2019
regions of 
  
 
 
Woomera Gamma Imaging 
 
Page 18 of 22 




 
[FOR-OFFICIAL-USE-ONLY]  
 
Appendix A 
s 33 - security
s 33 - security
RELEASED 
BY ARPANSA 
 
Figure A1: Gamma spectrum from Location 1 (256 minutes total acquisition) 
UNDER 
s 33 - security
FOI 
FEBRUARY 
2019
 
Figure A2: Gamma spectrum from Location 2 (256 minutes total acquisition) 
 
Woomera Gamma Imaging 
 
Page 19 of 22 




 
[FOR-OFFICIAL-USE-ONLY]  
 
s 33 - security
RELEASED 
BY ARPANSA 
 
Figure A3: Gamma spectrum from Location 3 (183 minutes total acquisition) 
 
s 33 - security
UNDER 
FOI 
FEBRUARY 
2019
 
Figure A4: Gamma spectrum from Location 4 (150 minutes total acquisition) 
 
 
Woomera Gamma Imaging 
 
Page 20 of 22 



 
[FOR-OFFICIAL-USE-ONLY]  
 
s 33 - security
RELEASED 
BY ARPANSA 
 
Figure A5: Gamma spectrum from Location 5 (205 minutes total acquisition) 
 
 
 
UNDER 
FOI 
FEBRUARY 
2019
Woomera Gamma Imaging 
 
Page 21 of 22 



 
[FOR-OFFICIAL-USE-ONLY]  
 
Reference Background Gamma Spectra (NE side of hangar and Eldo Hotel) 
RELEASED 
BY ARPANSA 
 
 
Figure A6. Background gamma ray spectrum acquired on the north east side of the hangar (black line) 
and the Eldo Hotel carpark (blue line). 1200 s total acquisition per spectra. Note the spectra in this 

UNDER 
figure were recorded with a different detector than the one used for Figures A1-A5. As such, direct 
comparison of count rates in not meaningful. 

 
 
FOI 
FEBRUARY 
2019
Woomera Gamma Imaging 
 
Page 22 of 22