Various welding methods such as Gas Tungsten Arc Welding(GTAW), magnetic force electrical resistance welding and Laser Beam Welding(LBW) are now available for end cap closure of nuclear fuel rods. Even though the resistance and GTA welding processes are widely used in manufacturing commercial fuel rods, they can not be recommended for the remote seal welding of fuel rods in the hot cell Facility due to the complexity of the electrode alignment, the difficulty in replacing parts in a remote manner and the large heat input for the thin sheath. Therefore, the Nd:YAG laser system using optical fiber transmission was selected for the end cap welding of irradiation fuel rods in the hot cell. The remote laser welding apparatus in the hot cell Facility was developed using a pulsed Nd:YAG laser of 500 watt average power with an optical fiber transmission. The weldment quality such as microstructure and mechanical strength was satisfactory. The optimum conditions of laser welding for encapsulating irradiation fuel rods in the hot cell were obtained.
An inspection of nuclear fuel rods should be performed at remoteness from risks of high level radioactivity, and accuracy is required. Currently, inspection of the nuclear fuel rods is operated to monitor the video that recording an original nuclear fuel rods at remoteness because of the risks of radioactivity. In this paper, it is an implementation of the system was carried out in the process according to the image processing inspection of the nuclear fuel rods. The nuclear fuel rods are configured to use a bundle of plurality, in the image processing technology to verify this, the edge detection method is useful. We suggest to DoG technique to add threshold for the nuclear fuel rod edge detections. This is the new technique that optimized DoG. It is to deal with DoG and threshold to dual process. In this way, after detecting an edge of the nuclear fuel rods, by running a nuclear fuel rod inspection algorithm to determine the status of nuclear fuel rods. We applied the system using the new algorithm, and confirmed an excellent characteristic. In this study, it is considered to be able to be carried out more easily and securely inspect of nuclear fuel rods.
In this research, curium oxide (CmO2) is studied as fuel for VVER-1200 reactor to get an attention to its energy value and possibilities. For this purpose, CmO2 is used in fuel rods or integrated burnable absorber (IBA) rods with and without UO2 and then compared with the conventional fuel assembly of VVER-1200 reactor. It is burned to 60 GWd/t by using SRAC-2006 code and JENDL-4.0 data library. From these studies, it is found that CmO2 is competent like UO2 as a fuel due to higher fission cross-section of 243Cm and 245Cm isotopes and neutron capture cross-section of 244Cm and 246Cm isotopes. As a result, when some or all of the UO2 of fuel rods or IBA rods are replaced by CmO2, we get a similar k-inf like the reference even with lower enrichment UO2 fuels. These studies show that the use of CmO2 as IBA rods is more effective than the fuel rods considering the initially loaded amount, power peaking factor (PPF), fuel temperature and void coefficient, and the quality of spent fuel. From a detailed study, 3% CmO2 with inert material ZrO2 in IBA rods are recommended for the VVER-1200 reactor assembly from the once through concept.
The paper summarizes the irradiation test and post-irradiation examination (PIE) data for the U-Mo low-enriched fuel that was irradiated in the MIR reactor under the RERTR Program. The PIE data were analyzed for both full-size fuel rods and mini-rods with atomized powder dispersed in Al matrix as well as with additions of 2%, 5% and 13% of silicon in the matrix and ZrN protective coating on the fuel particles. The full-size fuel rods were irradiated up to an average burnup of ${\sim}60%^{235}U$; the mini-rods were irradiated to an average burnup of ${\sim}85%^{235}U$. The presented data show a significant increase of the void fraction in the U-Mo alloy as the U-235 burnup rises from ~ 40% up to ~ 85%. The effect of irradiation test conditions and U-235 burnup were analyzed with regard to the formation of an interaction layer between the matrix and fuel particles as well as generation of porosity in the U-Mo alloy. Shown here are changes in distribution of U fission products as the U-235 burnup increases from ~ 40% up to ~ 85%.
The present work discusses two different models of boiling water reactor (BWR) bundle to compare the neutronic characteristics of uranium dioxide ($UO_2$) and uranium zirconium hydride ($UZrH_{1.6}$) fuel. Each bundle consists of four assemblies. The BWR assembly fueled with $UO_2$ contains $8{\times}8$ fuel rods while that fueled with $UZrH_{1.6}$ contains $9{\times}9$ fuel rods. The Monte Carlo N-Particle Transport code, based on the Mont Carlo method, is used to design three dimensional models for BWR fuel bundles at typical operating temperatures and pressure conditions. These models are used to determine the multiplication factor, pin-by-pin power distribution, axial power distribution, thermal neutron flux distribution, and axial thermal neutron flux. The moderator and coolant (water) are permitted to boil within the BWR core forming steam bubbles, so it is important to calculate the reactivity effect of voiding at different values. It is found that the hydride fuel bundle design can be simplified by eliminating water rods and replacing the control blade with control rods. $UZrH_{1.6}$ fuel improves the performance of the BWR in different ways such as increasing the energy extracted per fuel assembly, reducing the uranium ore, and reducing the plutonium accumulated in the BWR through burnup.
In this study, road transportation tests were conducted with surrogate fuel assemblies under normal conditions of transport to evaluate the vibration and shock load characteristics of spent nuclear fuel (SNF). The overall test data analysis was conducted based on the measured acceleration and strain data obtained from the speed bump, lane-change, deceleration, obstacle avoidance, and circular tests. Furthermore, representative shock response spectrums and power spectral densities of each test mode were acquired. Amplification or attenuation characteristics were investigated according to the load transfer path. The load attenuated significantly as it transferred from the trailer to the cask. By contrast, the load amplified as it transferred from the cask to the surrogate SNF assembly. The fuel loading location on the cask disk assembly did not exhibit a significant influence on the strain measured from the fuel rods. The principal strain was in the vertical direction, and relatively large strain values were obtained in spans with large spacing between spacer grids. The influence of the lateral location of fuel rods was also investigated. The fuel rods located at the side exhibited relatively large strain values than those located at the center. Based on the strain data obtained from the test results, a hypothetical road transportation scenario was established. A fatigue evaluation of the SNF rod was performed based on this scenario. The evaluation results indicate that no fatigue damage occurred on the fuel rods.
Jeong Won Park;Bonggyu Ji;Daegyun Ko;Hun Jang;Wonjae Choi
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.9
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pp.3260-3267
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2023
Zr-Nb alloy have been widely used as fuel rods in nuclear power plants. However, from the Fukushima nuclear accident, the weakness of the rod was revealed under harsh conditions, and research on the safety of these types of rods was conducted after the disaster. The method of depositing chromium onto the existing Zr-Nb alloy fuel rods is being considered as a means by which to compensate for the weakness of Zr-Nb alloy rods because chromium is strong against oxidation at high temperatures and has high strength. In order to secure these advantages, it is important to maintain the Cr thickness of the rods and properly inspect the rods before and during their use in power generation. Eddy current testing is a typical means of evaluating the thickness of thin metals and detecting surface defects. Depending on the size and shape of the inspected object, various eddy current sensors can be applied. In particular, because pancake sensors can be manufactured in very small sizes, they can be used for inspections even in narrow spaces, such as a nuclear fuel assembly. In this study, an eddy current technique was developed to confirm the feasibility of Cr coating thickness evaluations. After determining the design parameters of the pancake sensor by means of a FEM simulation, a FPCB pancake sensor was manufactured and the optimal frequency was selected by measuring minute changes in the Cr-coating thickness using the developed sensor.
Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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1996.05c
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pp.21-26
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1996
Recently several PWR Nuclear Plant experienced fuel rod fretting wear failures due to Flow Induced Vibration. When such multi-span supported fuel assembly has vibration excitation, it is important to know how fretting wears are progress and when the fuel rods are start to failure. In this study, we estimate the amount of wear depth using Archard theory when the fuel rod starts to relative motion against spacer grid dimples.
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).
Reactivity worth of fuel rods at the JSI TRIGA research reactor was measured. Differently burned fuel rods were chosen to validate fuel burnup calculations. Two methods of measuring reactivity worth of fuel rods are used, traditional method is compared to newly introduced method using fuel rods swapping. Connection between both methods is described theoretically and the theory is validated experimentally. Fuel rod worth calculated using the newly introduced fuel rod swap method was within 1σ of worth measured using the traditional method. In addition to the recently performed experiments, weekly measurements of reactor core reactivity throughout the operational history are used for validation. The measured data were used to validate the fuel burnup and core criticality calculations. Fuel burnup calculations are performed using three different computer codes: the deterministic TRIGLAV, the Monte Carlo Serpent-2, and the hybrid RAPID. Great agreement was observed for Serpent-2 and RAPID by simulating fuel rod worth and its burnup, indicating that the fuel burnup and criticality calculations are accurate and that reactivity changes due to small burnup differences on the order of 10 pcm can be accurately simulated. In addition it was shown using ex-core detectors and large fission chamber that detector response changes due to fuel swapping are evident for fuel rod burnup differences of 20 MWd/kg. Fuel burnup calculations were further validated on excess reactivity measurements for three mixed TRIGA cores. The calculated burnup reactivity coefficient ΔρBU using Serpent-2 and RAPID was within 1σ of the measurements, showing both codes are capable of calculating burnup for different TRIGA fuel types.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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