The low leakage leading pattern has features as the placement of some fresh fuel assemblies in the core interior to reduce the neutron fluence on the pressure vessel and to enhance the neutron economics. But as fresh fuel assemblies are loaded in the core interior, the local power tends to exceed safety limit due to the high reactivity of the fresh assemblies. Therefore, a large number of burnable poisons must be utilized in a low leakage scheme to suppress the high assembly power as well as the excess reactivity. In this study the effects of burnable poisons are treated as a perturbation on the power distribution, and the 'Power Sensitivity Coefficient' concept is adopted. An application study is performed for cycle 1 of the Korea Nuclear Unit-7 (KNU-7) to justify the usefulness of the reverse depletion method coupled with the above concept. To obtain the optimal burnable poision distribution at the given burnup step, the linear programming technique is adopted. The result shows maximum 4.5% error in the amount of burnable poisons between the calculated and the reference values. It is concluded that the design methodology which consists of the reverse depletion, the power sensitivity coefficient concept, and the linear programming technique can be used to find the optimal turnable poison distribution.
The duplex burnable poison absorbers concept was suggested by Korea Atomic Energy Research Institute. This BP rod is composed of inner region of natural U-Gd$_2$O$_3$ and outer shell of enriched UO$_2$-Er$_2$O$_3$. It is expected that this burnable absorber has same reactivity control capability with gadolinia burnable absorber used in extened fuel cycle. In order to evaluate the nuclear feasibility of duplex BPs, the nuclear design characteristics were compared with that of four types of burnable absorbers; gadolinia, erbia, IFBA, dysprosia duplex BP on 24 months fuel cycle for Korean Standard Nuclear Power plants. According to the evaluation results of nuclear characteristics, the duplex BPs were better than other BPs on k-infinitives, reactivity holddown worth (RHW), pin power peaking and moderator temperature coefficient (MTC). The possibility of nuclear core design was also confirmed based on the optimized fuel assemblies which were searched for a sensitivity analysis. Characteristics of core design with duplex BPs was compared with that of reference core with gadolinia BPs for cycle length, power peaking and MTC. The duplex BP core had a little longer cycle length by 4 to 7 days because of increased amount of fissile in enriched uranium at the outer shell of duplex BP In case of power peaking F$\_$Q/ of duplex BP core was reduced from 1.5773 to 1.5335. MTC was also less -0.48 pcm/C than that of reference core. Finally, evaluation of fuel cycle economy was performed for the manufacturing feasibility test and fuel cost evaluation with duplex BPs. Fuel cycle economy of duplex BP core almost was equivalent with that of gadolinia BP core.
In this paper, McCARD code was verified using various models listed in the NUREG/CR-6361 benchmark guide, which provides specifications for single pin-cells, single assemblies, and the whole core classified depending on the nuclear properties and structural characteristics. McCARD code was verified by comparing its results with those of SCALE code for single pin-cell and single assembly benchmark problems. The difference in the multiplication factor obtained through the two codes did not exceed 90 pcm. The benchmark guide treats a total of 173 whole core experiments. The experiments are categorized as simple lattices, separator plates, reflecting walls, reflecting walls and separator plates, burnable absorber fuel rods, water holes, poison rods, and borated moderator. As a result of numerical simulation using McCARD, the mean value of the multiplication factors is 1.00223 and the standard deviation of the multiplication factors is 285 pcm. The difference between the multiplication factors and the experimental value is in the range of -665 pcm to + 1609 pcm. In addition, statistics of results for experiments categorized by reactor shape, additional structure, burnable poison, etc., are detailed in the main text.
Muth, Boravy;Alrawash, Saed;Park, Chang Je;Kim, Jong Sung
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.18
no.4
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pp.481-496
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2020
After nuclear power plants are permanently shut down and decommissioned, the remaining irradiated metal components such as stainless steel, carbon steel, and Inconel can be used as neutron absorber. This study investigates the possibility of reusing these metal components as neutron absorber materials, that is burnable poison. The absorption cross section of the irradiated metals did not lose their chemical properties and performance even if they were irradiated over 40-50 years in the NPPs. To examine the absorption capability of the waste metals, the lattice calculations of WH 17×17 fuel assembly were analyzed. From the results, Inconel-718 significantly hold-down fuel assembly excess reactivity compared to stainless steel 304 and carbon steel because Inconel-718 contains a small amount of boron nuclide. From the results, a 20wt% impurity of boron in irradiated Inconel-718 enhances the excess reactivity suppression. The application of irradiated Inconel-718 as a burnable absorber for SMR core was investigated. The irradiated Inconel-718 impurity with 20wt% of boron content can maintain and suppress the whole core reactivity. We emphasize that the irradiated metal components can be used as burnable absorber materials to control the reactivity of commercial reactor power and small modular reactors.
A conceptual core design of the 1,300MWe KNGR (Korean Next Generation Reactor) without using soluble boron for reactivity control was developed to determine whether it is technically feasible to implement SBF (Soluble Boron Free) operation. Based on the borated KNGR core design, the fuel assembly and control rod configuration were modified for extensive use of burnable poison rods and control rods. A new fuel rod, in which Pu-238 had been substituted for a small amount of U-238 in fuel composition, was introduced to assist the reactivity control by burnable poison rods. Since Pu-238 has a considerably large thermal neutron capture cross section, the new fuel assembly showed good reactivity suppression capability throughout the entire cycle turnup, especially at BOC (Beginning of Cycle). Moreover, relatively uniform control of power distribution was possible since the new fuel assemblies were loaded throughout the core. In this study, core excess reactivity was limited to 2.0 %$\delta$$\rho$ for the minimal use of control rods. The analysis results of the SBF KNGR core showed that axial power distribution control can be achieved by using the simplest zoning scheme of the fuel assembly Furthermore, the sufficient shutdown margin and the stability against axial xenon oscillations were secured in this SBF core. It is, therefore, concluded that a SBF operation is technically feasible for a large sized LWR (Light Water Reactor).
Proceedings of the Korea Society for Energy Engineering kosee Conference
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2002.11a
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pp.71-79
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2002
Nuclear design characteristics of duplex burnable poison rod were evaluated based on 24 month cycle fuel for Korean Standard Nuclear Plant. A fuel assembly with duplex burnable poison rod was designed for an equivalent assembly to 16 gadolinia BPs. Duplex BP is composed of inner region of natural U-12wt%Gd$_2$O$_3$ and outer shell of 4.95wt%UO$_2$-2wt%Er$_2$O$_3$. In order to compare this duplex option, assemblies with 140 erbia pins were designed as an alternative option. The variation of k-infinitive, rod worth, pin peaking and MTC were compared. Duplex BP had the better neutronic performance than gadolinia BP in all parameters. However, Duplex BP was worse than erbia BP in the aspect of safety.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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