CSPACE (Core meltdown, Safety and Performance Analysis CodE for nuclear power plants) for a simulation of severe accident progression in a Pressurized Water Reactor (PWR) is developed by coupling of verified system thermal hydraulic code of SPACE (Safety and Performance Analysis CodE for nuclear power plants) and core damage progression code of COMPASS (Core Meltdown Progression Accident Simulation Software). SPACE is responsible for the description of fluid state in nuclear system nodes, while COMPASS is responsible for the prediction of thermal and mechanical responses of core fuels and reactor vessel heat structures. New heat transfer models to each phase of the fluid, flow blockage, corium behavior in the lower head are added to COMPASS. Then, an interface module for the data transfer between two codes was developed to enable coupling. An implicit coupling scheme of wall heat transfer was applied to prevent fluid temperature oscillation. To validate the performance of newly developed code CSPACE, we analyzed typical severe accident scenarios for OPR1000 (Optimized Power Reactor 1000), which were initiated from large break loss of coolant accident, small break loss of coolant accident, and station black out accident. The results including thermal hydraulic behavior of RCS, core damage progression, hydrogen generation, corium behavior in the lower head, reactor vessel failure were reasonable and consistent. We demonstrate that CSPACE provides a good platform for the prediction of severe accident progression by detailed review of analysis results and a qualitative comparison with the results of previous MELCOR analysis.
The study performs a risk analysis on container ship accidents using accident data collected over the six years from 2006 to 2011, presents the resulting risk level, and suggests three risk mitigation measures to reduce the overall risk, for the safer operation of container ships. More specifically, starting from the initial accident of collision, we developed 13 different accident scenarios using event tree analysis based on which the overall risk level was obtained and presented as a FN curve. Since diverse human factors are the main cause of most of the ship accidents, our study focuses on the effect of reducing human causes on the resulting risk level. For the research we considered the injuries for the calculation of fatality with the help of MAIS. The results show that collision was the main type of accident, accounting for 62 % of all accidents, and the measures employed were proven to be effective in the sense that the risk level was much lowered and the average number of fatalities was also reduced. With more data accumulated, more precise risk level will be calculated with which the practical risk mitigating measures will be also developed. For future study, economic loss and environmental damage as consequences need to be considered.
Recently, the estimation of the social cost of energy sources has been emphasized as various novel energy options become feasible in addition to conventional ones. In particular, the social cost of introducing measures to protect power-distribution systems from power-source instability and the cost of accident-risk response for various power sources must be investigated. To account for these risk factors, an integrated societal risk assessment framework, based on power-uncertainty analysis and accident-consequence analysis, is proposed. In this study, we applied the proposed framework to nuclear power plants, solar photovoltaic systems, and wind-turbine generators. The required capacity of gas-turbine power plants to be used as backup power facilities to compensate for fluctuations in the power output from the main power source was estimated based on the performance indicators of each power source. The average individual health risk per terawatt-hours (TWh) of electricity produced by each power source was quantitatively estimated by assessing accident frequency and the consequences of specific accident scenarios based on the probabilistic risk assessment methodology. This study is expected to provide insight into integrated societal risk analysis, and can be used to estimate the social cost of various power sources.
It is essential to ensure the safety of spent nuclear fuel (SNF) transport cask in drop situation that is included in transport accident scenarios. The safety of the drop situation is affected by the impact absorption performance of impact limiters. Therefore, when designing an impact limiter, the uncertainty in the material properties that affect the impact absorption performance must be considered. In this study, the material properties of the wood inside the impact limiter were selected as the variables for a parametric study. The sensitivity analysis of the drop response of the SNF transport cask with impact limiter was performed. The minimum wood strength required to prevent a direct collision between the cask and floor was derived from the analysis results. In addition, the plastic strain response was analyzed and strain-based evaluation was performed. Based on this result, the critical values of wood properties that change the impact dynamic characteristics were investigated. Finally, the optimal material properties of wood were obtained to secure the structural safety of the SNF transport cask. The results of this study can contribute to the development of SNF transport cask, thereby ensuring safety in transport accident conditions.
Nuclear power plants contain several monitoring systems that can identify the in-vessel phenomena of a severe accident (SA). Though a lot of analysis and research is carried out on SA, right from the development of the nuclear industry, not all the possible circumstances are taken into consideration. Therefore, to improve the efficacy of the safety of nuclear power plants, additional analytical studies are needed that can directly monitor severe accident phenomena. This paper presents an interacting multiple model (IMM) based fault detection and diagnosis (FDD) approach for the identification of in-vessel phenomena to provide the accident propagation information using reactor vessel (RV) out-wall temperature distribution during severe accidents in a nuclear power plant. The estimation of wall temperature is treated as a state estimation problem where the time-varying wall temperature is estimated using IMM employing three multiple models for temperature evolution. From the estimated RV out-wall temperature and rate of temperature, the in-vessel phenomena are identified such as core meltdown, corium relocation, reactor vessel damage, reflooding, etc. We tested the proposed method with five different types of SA scenarios and the results show that the proposed method has estimated the outer wall temperature with good accuracy.
Deterministic safety analysis is a crucial part of safety assessment, particularly when it comes to demonstrating the safety of nuclear power plant designs. The traditional approach to deterministic safety analysis models is to model the nuclear core using point kinetics. However, this simplified approach does not fully reflect the real core behavior with proper moderator and fuel reactivity feedbacks during the transient. The use of Multi-Physics approach allows more precise simulation reflecting the inherent three-dimensionality (3D) of the problem by representing the detailed 3D core, with instantaneous updates of feedback mechanisms due to changes of important reactivity parameters like fuel temperature coefficient (FTC) and moderator temperature coefficient (MTC). This paper addresses a CEA ejection accident at hot full power (HFP), in which the underlying strong and un-symmetric feedback between thermal-hydraulics and reactor kinetics exist. For this purpose, a multi-physics analysis tool has been selected with the nodal kinetics code, 3DKIN, implicitly coupled to the thermal-hydraulic code, RELAP5, for real-time communication and data exchange. This coupled approach enables high fidelity three-dimensional simulation and is therefore especially relevant to reactivity initiated accident (RIA) scenarios and power distribution anomalies with strong feedback mechanisms and/or un-symmetrical characteristics as in the CEA ejection accident. The Systems Engineering approach is employed to provide guidance in developing the work in a systematic and efficient fashion.
Hyo Jun An;Jae Hyung Park;Chang Hyun Song;Jeong Ik Lee;Yonghee Kim;Sung Joong Kim
Nuclear Engineering and Technology
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제56권3호
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pp.949-958
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2024
In contrast to all-time flooded small modular reactor (SMR) systems, an in-kind flooding safety system (FSS) has been proposed as a passive safety system applicable to small modular reactors (SMRs) that adopt a metal containment vessel (MCV). Under transient conditions, the FSS can provide emergency cooling to dry reactor cavities and sustain long-term coolability using re-acquired evaporated steam in the reactor building on demand. When designing an FSS, the effect of the flooding flow area is vital as it affects the overall accident sequence and safety. Therefore, in this study, a MELCOR model of a reference SMR is developed and numerical analysis is performed under postulated accident scenarios. Without flooding, the MCV pressure of the reactor module exceeds the design pressure before core damage. To prevent core damage, an emergency flooding strategy is devised using various flow path parameters and requirements to ensure an adequate emergency coolant supply before the core damage is investigated. The results indicate that a flow area exceeding 0.02 m2 is required in the FSS to prevent MCV overpressure and core damage. This study is the first to report a strategic analysis for appropriately sizing an FSS flooding valve applicable to innovative SMRs.
This study aims to evaluate the radiation dose received by workers within the auxiliary building of the Saeul Units 1 and 2 during a severe accident. To achieve this, representative accident scenarios were selected, and operator actions required by the severe accident management guidelines were derived to present a methodology for dose assessment. The study utilized MAAP5.06 to analyze severe accidents and employed MAAP DOSE to evaluate worker radiation exposure. Among the three operator actions considered, the direct spray action on the reactor building outer wall-side penetration resulted in the highest estimated radiation dose. This is likely because the workers are deployed near the reactor building penetration, exposing them to higher radiation levels. Future plans include the optimization of dose performance by comparing these findings with evaluations conducted using MCNP, and the development of a data-driven ALARA decision support system for predicting and diagnosing radiation exposure on nuclear sites to ensure worker safety during severe accidents.
Deep-sea fishing vessel No. 501 Oryong was fully flooded through its openings and sunk to the bottom of the sea due to the very rough sea weather on the way of evasion after a fishing operation in the Bearing Sea. As a result, many crew members died and/or were missing. In this study, a full-scale ship flooding and sinking simulation was conducted, and the sinking process was analyzed for the precise and scientific investigation of the sinking accident using a highly advanced Modeling & Simulation (M&S) system of the Fluid-Structure Interaction (FSI) analysis technique. To objectively secure the weather and sea states during the sinking accident in the Bering Sea, time-based wind and wave simulation at the region of the sinking accident was conducted and analyzed, and the weather and sea states were realized by simulating the irregular strong wave and wind spectrums. Simulation scenarios were developed and full-scale ship and fluid (air & seawater) modeling was performed for the flooding sinking simulation, by investigating the hull form, structural arrangement & weight distribution, and exterior inflow openings and interior flooding paths through its drawings, and by estimating the main tank capacities and their loading status. It was confirmed that the flooding and sinking accident was slightly different from a general capsize and sinking accident according to the simple loss of stability.
SiC 섬유강화 복합체는 경수형 원자로의 안전성을 획기적으로 향상시킬 수 있는 사고저항성 핵연료 피복관 소재이다. 지르코늄 합금 피복관 및 금속기반 사고저항성 핵연료 피복관에 비해, 중대 사고 환경에서도 우수한 구조적 안정성을 가지고 부식 속도가 매우 낮아, 사고 시 원자로의 온도를 낮추고 사고 진행을 늦출 수 있다. 본 논문에서는 현재 개발되고 있는 사고저항성 SiC 복합체 핵연료 피복관의 개념 및 가동/사고환경에서의 다양한 특성, 상용화를 위해 해결해야 할 다양한 이슈에 대해서 소개하고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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