Nowadays, it is necessary to accelerate the construction of new power plant in face of rising energy demand in such a way that the electricity will be generated at the lowest cost while reducing emissions caused by that generation. The expansion planning is one of the most important issues in electricity management. Nuclear energy comes forward with the low-carbon technology and increasing competitiveness to expand the share of generated energy by introducing Gen IV reactors. In this paper, the generation expansion planning of these new Gen reactors is investigated using the WASP software. Iran power grid is selected as a case of study. We present a comparison of the twenty-one year perspective on the future with the development of (1) traditional thermal power plants and Gen II reactors, (2) Gen III + reactors with traditional thermal power plants, (3) Gen IV reactors and traditional thermal power plants, (4) Gen III + reactors and the new generation of the thermal power plant, (5) the new generation of thermal power plants and the Gen IV reactors. The results show that the Gen IV reactors have the most developing among other types of power plants leading to reduce the operating costs and emissions. The obtained results show that the use of new Gen of combined cycle power plant and Gen IV reactors make the emissions and cost to be reduced to 16% and 72% of Gen II NPPs and traditional thermal power plants, respectively.
An integrated R&D program is being conducted to study, qualify, and in some cases, develop materials with required properties for the reactor systems being developed as part the U.S. Department of Energy's Generation IV Reactor Program. The goal of the program is to ensure that the materials research and development (R&D) needed to support Gen IV applications will comprise a comprehensive and integrated effort to identify and provide the materials data and its interpretation needed for the design and construction of the selected advanced reactor concepts. The major materials issues for the five primary systems that have been considered within the U.S. Gen IV Reactor Program-very high temperature gas-cooled, supercritical water-cooled, gas-cooled fast spectrum, lead-cooled fast spectrum, and sodium-cooled fast spectrum reactors-are described along with the R&D that has been identified to address them.
An overview of the reactor physics aspects of Generation Four(GEN-IV) advanced reactors is presented, emphasizing how their special requirements for enhanced sustainability, safety and ecoomics motivates consideration of features not thoroughly analyzed in the past. The resulting concept-specific requirements for better data and methods are surveyed, and some approaches and initiatives are suggested to meet the challenges faced by the international reactor physics community. No unresolvable impediments to successful development of any of the six major types of proposed reactors are identified, given appropriate and timely devotion of resources.
Using fast neutron Generation IV reactors, recycling of americium and curium may become feasible. The detrimental impact of americium on safety parameters has recently been quantified in terms of a power penalty for surviving a given set of transients in sodium fast reactors. In the present paper, a review of the physical reasons for the adverse effect of americium is provided, and different Gen-IV technologies are assessed with respect to their capability of hosting americium in the fuel.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.33
no.9
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pp.643-657
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2009
This paper introduces the current nuclear experimental research activities in KAERI, the unique nuclear research institute in Korea, and the universities in Korea to solve and assess the issues which have been faced in the design of new reactors such as APR1400, SMART, GEN-IV reactors as well as fusion reactor. Also the experimental evaluations of safety for operating nuclear plants have been presented. The nuclear thermalhydraulic experiments performed in such organizations are classified the fundamental test, the separated effect test, and the integral effect test with ATLAS and SNUF. Introduction is deployed according to institutes. Finally, the future works and the direction of research voyage in the nuclear thermal-hydraulic field were suggested.
With the rise of economic and safety standards for nuclear reactors, new concepts of Gen-IV reactors and modular reactors showed more complex designs that challenge current tools for reactor physics analysis. A Monte Carlo (MC) two-step method was proposed in this work. This calculation scheme uses the continuous-energy MC method to generate multi-group cross-sections from heterogeneous models. The multi-group MC method, which can adapt locally-heterogeneous models, is used in the core calculation step. This calculation scheme is verified using a Gen-IV modular lead-based fast reactor (LFR) benchmark case. The influence of homogenized patterns, scatter approximations, flux separable approximation, and local heterogeneity in core calculation on simulation results are investigated. Results showed that the cross-sections generated using the 3D assembly model with a locally heterogeneous representation of control rods lead to an accurate estimation with less than 270 pcm bias in core reactivity, 0.5% bias in control rod worth, and 1.5% bias on power distribution. The study verified the applicability of multi-group cross-sections generated with the MC method for LFR analysis. The study also proved the feasibility of multi-group MC in core calculation with local heterogeneity, which saves 85% time compared to the continuous-energy MC.
McCARD is a Monte Carlo (MC) neutron-photon transport simulation code. It has been developed exclusively for the neutronics design of nuclear reactors and fuel systems. It is capable of performing the whole-core neutronics calculations, the reactor fuel burnup analysis, the few group diffusion theory constant generation, sensitivity and uncertainty (S/U) analysis, and uncertainty propagation analysis. It has some special features such as the anterior convergence diagnostics, real variance estimation, neutronics analysis with temperature feedback, $B_1$ theory-augmented few group constants generation, kinetics parameter generation and MC S/U analysis based on the use of adjoint flux. This paper describes the theoretical basis of these features and validation calculations for both neutronics benchmark problems and commercial PWR reactors in operation.
Jiaqun Wang;Qianglong Wang;Jinrong Qiu;Jin Wang;Fang Wang;Yazhou Li
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.6
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pp.2047-2052
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2023
Risk-informed approach has been widely applied in the safety design, regulation, and operation of nuclear reactors. It has been commonly accepted that risk-informed design optimization should be used in the innovative reactor designs to make nuclear system highly safe and reliable. In spite of the risk-informed approach has been used in some advanced nuclear reactors designs, such as Westinghouse IRIS, Gen-IV sodium fast reactors and lead-based fast reactors, the process of risk-informed design of nuclear reactors is hardly to carry out when passive system reliability should be integrated in the framework. A practical method for new passive safety reactors based on probabilistic safety assessment (PSA) and passive system reliability analyze linking is proposed in this paper. New three-dimension frequency-consequence curve based on risk concept with three variables is used in this method. The proposed method has been applied to the determination optimization of design options selection in a 10 MWth lead-based research reactor(LR) to obtain one optimized system design in conceptual design stage, using the integrated reliability and probabilistic safety assessment program RiskA, and the computation resources and time consumption in this process was demonstrated reasonable and acceptable.
The sodium cooled fast reactor (SFR) is one of the Gen-IV reactors with the most operating experience accumulated. Although the technology level is the most mature among the Gen-IV reactors, there is still a safety problem that has not been solved, which is the sodium-water reaction. Since sodium and water are separated only by a heat transfer tube with a thickness of only a few mm, there is inherently a risk of a sodium-water reaction (SWR) accident in the SFR. In this study, it is attempted to quantitatively evaluate the resistance of SWR accidents by replacing the shell and tube steam generator with printed circuit steam generator (PCSG) as a method to mitigate the SWR accident. To do this, a CATS-S (Compact Accident Tolerance Steam Generator-SWR) facility was designed and built. And for the quantitative evaluation of accident resistance, a methodology for measuring the impingement wastage rate was established. As a result of this research, the impingement wastage rate caused by SWR generated in a PCSG was measured first time. It was confirmed that the impingement wastage phenomenon was suppressed in the PCSG, and the accident resistance was higher than that of the SWR through comparison with the experimental results performed in the existing shell and tube steam generator. In conclusion, a PCSG is more resistant to impingement wastage as a result of the SWR accident than existing shell and tube steam generators, and it is estimated that a PCSG can mitigate SWR accidents, an inherent problem of SFR.
Journal of the Korean Society of Mechanical Technology
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v.13
no.2
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pp.145-153
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2011
The irradiation tests of materials in HANARO have been performed usually at temperatures below $300^{\circ}C$ at which the RPV(Reactor Pressure Vessel) materials of the commercial reactors such as the light water reactor and CANDU are operated. As VHTR(Very High Temperature Reactor) and SFR(Sodium-cooled Fast Reactor) projects are being carried as a part of the present Gen-IV program in Korea, the requirements for irradiation of materials at temperatures higher than $500^{\circ}C$ are recently being gradually increased. To overcome the restriction in the use at high temperature of the existing Al thermal media, a new capsule with double thermal media composed of two kinds of materials such as Al-Ti and Al-graphite was designed and fabricated more advanced than the single thermal media capsule. At the irradiation test of the capsule, the temperature of the specimens successfully reached $700^{\circ}C$ and the integrity of Al, Ti and graphite material was maintained.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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