A nuclear, biological, chemical (NBC) canister was indigenously developed using active carbon impregnated with ammoniacal salts of copper (II), chromium (VI) and silver (I), and high efficiency particulate aerosol filter media. The NBC canister was evaluated against carbon tetra chloride ($CCl_4$) vapours, which were used as a simulant for persistent chemical warfare agents under dynamic conditions for testing breakthrough times of canisters of gas masks in the National Approval Test of Respirators. The effects of $CCl_4$ concentration, test flow rate, temperature, and relative humidity (RH) on the breakthrough time of the NBC canister against $CCl_4$ vapour were also studied. The impregnated carbon that filled the NBC canister was characterized for surface area and pore volume by $N_2$ adsorption-desorption isotherm at liquid nitrogen temperature. The study clearly indicated that the NBC canister provides adequate protection against $CCl_4$ vapours. The breakthrough time decreased with the increase of the $CCl_4$ concentration and flow rate. The variation in temperature and RH did not significantly affect the breakthrough behaviour of the NBC canister at high vapour concentration of $CCl_4$, whereas the breakthrough time of the NBC canister was reduced by an increase of RH at low $CCl_4$ vapour concentration.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.18
no.spc
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pp.51-62
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2020
In this paper, an approach developed by the Finnish nuclear waste management organization, Posiva, for the construction license of a geological repository was reviewed. Furthermore, a computer program based on the approach was developed. By using the computer program, the lifetime of a copper disposal canister, which was a key engineered barrier of the geological repository, was predicted under the KAERI Underground Research Tunnel (KURT) geologic conditions. The computer program was developed considering the mass transport of corroding agents, such as oxygen and sulfide, through the buffer and backfill. Shortly after the closure of the repository, the corrosion depths of a copper canister due to oxygen in the pores of the buffer and backfill were calculated. Additionally, the long-term corrosion of a copper canister due to sulfide was analyzed in two cases: intact buffer and eroded buffer. Under various conditions of the engineered barrier, the corrosion lifetimes of the copper canister due to sulfide significantly exceeded one million years. Finally, this study shows that it is necessary to carefully characterize the transmissivity of rock and sulfide concentration during site characterization to accurately predict the canister lifetime.
Youngjoo Kwon;Shinuk Kang;Park, Jongwon;Chulhyung Kang
Journal of Mechanical Science and Technology
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v.15
no.3
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pp.327-338
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2001
This paper presents the results of a structural analysis to determine design variables such as the inner basket array type, and thicknesses of the outer shell, and lid and bottom of a spent nuclear fuel disposal canister. The canister construction type introduced here is a solid structure with a cast iron insert and a corrosion resistant overpack, which is designed for the spent nuclear fuel disposal in a deep repository in the crystalline bedrock, entailing an evenly distributed load of hydrostatic pressure from the groundwater and high swelling pressure from the bentonite buffer. Hence, the canister must be designed to withstand these high pressure loads. Many design variables may affect the structural strength of the canister. In this study, among those variables, the array type of inner baskets and thicknesses of outer shell and lid and bottom are attempted to be determined through a linear structural analysis. Canister types studied hear are one for the pressurized water reactor (PWR) fuel and another for the Canadian deuterium and uranium reactor (CANDU) fuel.
The disposal area of a deep geological repository (DGR) for the disposal of spent nuclear fuels (SNFs) is estimated considering the spacing between deposition holes and between disposal tunnels, as determined by a thermal analysis using the decay heat of a reference SNF. Given the relatively large amount of decay heat of the reference SNF, the disposal area of the DGR is found to be overestimated. Therefore, we develop a computer program using MATLAB, termed ACom (Assembly Combination), to combine SNFs when stored in canisters such that the decay heat per canister is evenly distributed. The stability of ACom was checked and the overall distribution of the decay heat per canister was analyzed. Finally, ACom was applied to disposal scenarios suggested in the conceptual design of a DGR for SNFs, and it was confirmed that the decay heat per canister could be evenly distributed and that the maximum decay heat of the canister could be much lower than that of a canister estimated using a reference SNF. ACom can be used to improve the disposal efficiency by reducing the disposal area of a DGR for SNFs by ensuringg a relatively even distribution of decay heat per canister.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.21
no.4
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pp.559-570
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2023
The aim of this study is to ensure the structural integrity of a canister to be used in a dry storage system currently being developed in Korea. Based on burnup and cooling periods, the canister is designed with 24 bundles of spent nuclear fuel stored inside it. It is a cylindrical structure with a height of 4,890 mm, an internal diameter of 1,708 mm, and an inner length of 4,590 mm. The canister lid is fixed with multiple seals and welds to maintain its confinement boundary to prevent the leakage of radioactive waste. The canister is evaluated under different loads that may be generated under normal, off-normal, and accident conditions, and combinations of these loads are compared against the allowable stress thresholds to assess its structural integrity in accordance with NUREG-2215. The evaluation result shows that the stress intensities applied on the canister under normal, off-normal, and accident conditions are below the allowable stress thresholds, thus confirming its structural integrity.
Tae Gang Lee;Taehyeon Kim;Taehyung Na;Byongjo Yun;Jae Jun Jeong
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.12
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pp.4597-4606
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2023
Thermal analysis of the CANDU spent fuel dry storage canister is very important to ensure the integrity of the spent fuel. The analyses have been conducted using a conservative approach, with a particular focus on the peak cladding temperature (PCT) of the fuel rods in the canister. In this study, we have performed a realistic thermal analysis using a computational fluid dynamics (CFD) code. The canister contains 9 fuel bundle baskets. A detailed analysis of even a single basket requires significant computational resources. To overcome this challenge, we replaced each basket with an equivalent heat conductor (EHC), of which effective thermal conductivity (ETC) is developed from the results of detailed CFD calculations of a fuel bundle basket. Then, we investigated the effects of some conservative models, ultimately aiming at a realistic analysis. The results revealed: (i) The influence of convective heat transfer in the basket cannot be ignored, but it's less significant than expected. (ii) Modeling of the lifting rod is crucial, as it plays a decisive role in axial heat transfer at the center of the canister and significantly reduces the PCT. (iii) Convection within the canister is very important, as it not only reduces the PCT but also shifts its location upwards.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.22
no.5
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pp.381-390
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2009
In this paper, a complementary analysis for the structural safety evaluation of the spent nuclear fuel disposal canister developed for the Canadian Deuterium and Uranium(CANDU) reactor for about 10,000 years long term deposition at a 500m deep granitic bedrock repository has been performed. However this developed structural model of the spent nuclear fuel disposal canister which has 33 spent nuclear fuel baskets and whose diameter is 122cm is too heavy to handle without any structural safety problem. Hence a lighter structural model of the spent nuclear fuel disposal canister which is easy to handle has been required to develop very much. There are two methods to reduce the weight of the CANDU canister model. The one is to alleviate severe design conditions such as external loads and safety factor. The other is to optimize the cross section shape of the canister by reducing the spent nuclear fuel basket number. Hence, in this paper a complementary analysis to alleviate such severe design conditions is carried out and simultaneously structural analyses to optimize the cross section shape of the canister by reducing the spent nuclear fuel basket number below 33 are carried out by varying the external load and the canister diameter for the reduction of the canister weight. The complementary analysis results show that the diameter of canister can be shortened below 122cm to reduce the weight of the spent nuclear fuel disposal canister.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.17
no.4
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pp.413-421
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2004
In this paper, a structural analysis for the pressurized water reactor(PWR) spent nuclear fuel disposal canister which is deposited under the 500m deep underground is carried out to predict the creep deformation of the canister while the underground water and swelling bentonite pressure are applied on the canister. Usually the creep deformation may be caused due to the Pressure and the high heat applied to the canister even though additional external loads are not applied to the canister. These creep deformations depend on the time. In this paper, oかy the underground water and bentonite swelling Pressure are considered for the creep deformation analysis of the canister, because the heat distribution inside canister due the spent fuel is not simple and depends on time. A proper creep function is adopted for the creep analysis. The creep analysis is carried out during $10^8$ seconds. The creep analysis results show that the creep strains are very small and these strains occur usually in the lid and bottom of the canister not in the cast iron insert. A much smaller strain is found in the cast iron insert. Hence, the creep deformation doesn't affect the structural safety of the canister, and also the creep stress which shows the stress relaxation phenomenon doesn't affect the structural safety of the canister.
The effects of radiation on the corrosion of canister materials were investigated for the reliable disposal of high-level radioactive waste. The test specimens were gamma-irradiated at a very low dose rate of approximately 0.1 Gy/h for six and twelve months. The copper and cast iron species were less corroded when irradiated. It is hypothesized that gamma rays suppress the formation of lower-enthalpy species like metal oxides and activate reductive reactions. In contrast, it was difficult to evaluate the effect of radiation on the corrosion of titanium and stainless steel.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.25
no.1
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pp.37-49
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2012
A structural model of the SNF(spent nuclear fuel) disposal canister for the PWR(pressurized water reactor) for about 10,000 years long term deposition at a 500m deep granitic bedrock repository has been developed through various structural safety evaluations. The SNF disposal baskets of this canister model have the array type whose four square cross section baskets stand parallel to each other and symmetrically with respect to the center of the canister section. However, whether this developed structural model of the SNF disposal canister is optimal is not determinable yet. Especially, there is still a problem in weight-reduction of the canister. The cross section shape of the SNF basket should be changed to solve this problem. There are two ways in changing the cross section shape of the SNF basket; the one is to rotate the cross section itself and the other is to change the cross section shape as other shape different from the square cross section. The previous study shows that the canister with $30{\sim}35^{\circ}$ rotated basket array is structurally more stable than the canister with un-rotated parallel basket array. However, whether this canister with rotated basket array is optimal is not either determinable as yet, because it is not revealed that the canister with other cross section different from the square cross section is structurally more stable than other canisters. Therefore, the structural analysis of the SNF disposal canister with other cross section shape which is also symmetric with respect to the canister center planes is very necessary. The structural analysis of the canister with various cross section shape basket array in which each basket is arrayed symmetrically with respect to the center planes is carried out in this paper. The structural analysis result shows that the SNF disposal canister with circular cross section shape baskets located symmetrically with respect to the center of the canister section is structurally more stable than the previously developed SNF disposal canister with the parallel basket array.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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