The transport of radionuclides at oceanic scales can be assessed using a Lagrangian model. In this review an application of such a model to the Atlantic, Indian and Pacific oceans is described. The transport model, which is fed with water currents provided by global ocean circulation models, includes advection by three-dimensional currents, turbulent mixing, radioactive decay and adsorption/release of radionuclides between water and bed sediments. Adsorption/release processes are described by means of a dynamic model based upon kinetic transfer coefficients. A stochastic method is used to solve turbulent mixing, decay and water/sediment interactions. The main results of these oceanic radionuclide transport studies are summarized in this paper. Particularly, the potential leakage of 137Cs from dumped nuclear wastes in the north Atlantic region was studied. Furthermore, hypothetical accidents, similar in magnitude to the Fukushima accident, were simulated for nuclear power plants located around the Indian Ocean coastlines. Finally, the transport of radionuclides resulting from the release of stored water, which was used to cool reactors after the Fukushima accident, was analyzed in the Pacific Ocean.
방사선물질을 수송하기 위한 용기는 가상 사고조건에서도 안전해야만 한다. 운반용기 설계요구조건은 실험 및 유한요소 해석을 통해 구조적 건전성을 확보하여야 한다. 최근에는 실험보다 유한요소해석을 이용한 방법이 상대적으로 비용이 적기 때문에 주로 사용된다. 그러나 기계적인 반응이 복잡하기 때문에 프로그램을 적용하는 사용자의 방법에 의해 결과가 결정되고 해석하는 동안 여러가지 문제를 발생시킬 수 있다. 본 논문에서, 유한요소해석은 LS-DYNA3D와 ABAQUS/Explicit을 이용하여 운반용기의 9m 자유낙하충격실험에 대한 해석기술과 여러가지 손상을 갖는 경우를 발견하기 위해 연구하였다. 운반용기의 각각의 경우를 비교하고 사용후 핵연료 운반용기의 낙하 실험에 대해서 신뢰할 수 있는 비교적 간단한 해석 기술을 제안하였다.
본 연구에서는 수소충전소에 대한 교육 및 가상체험 프로그램을 구축하였으며, 수소와 안전모듈, 수소 충전소 모듈, 가상현실 체험공간 모듈 및 전문가 그룹을 대상으로 한 사고 시나리오 모듈 4가지로 구성되었다. 본 프로그램을 통해 사용자는 수소충전소 이론과 운전상태를 간접적으로 체험하고, 수소충전소 관련 정보를 습득할 수 있다. 또한 수소충전소에서 발생이 가능한 다양한 유형의 사고 시나리오 체험과 수소충전소의 안전운전과 사고대응을 위한 emergency response plan 및 standard operating procedure를 습득하여 관련 종사자에게 실질적인 사고발생 메커니즘과 그에 따른 대응방안에 대한 교육 및 안전홍보가 가능하다. 본 연구를 통하여 개발된 버츄얼리얼리티 프로그램은 수소에너지 시장도입에 필수적인 수소충전소 기술개발 및 건설 활성화에 도움이 될 것으로 기대된다.
방사성 동위원소 등의 고준위 방사성물질을 운반하기 위한 운반용기는 국내외의 관련법규에 따라 정상수송은 물론 가상사고조건에서도 방사성물질의 누설이 발생되지 않도록 방사선차폐, 열 및 구조적 건전성이 유지되어야 한다. 운반용기의 건전성 평가는 시험모델을 이용한 시험적 방법과 전산해석 코드를 이용한 해석적 방법에 의하여 이루어지고 있다. 본 논문에서는 원자력연구소의 하나로에서 생산되는 동위원소를 동위원소 생산시설까지 이송하기 위한 HTS (Hydraulic Transfer System) 방사성 동위원소 운반용기의 안전성을 평가하였다. 방사선차폐해석, 열해석 및 구조해석을 수행한 결과 동위원소 운반용기는 정상수송조건 뿐만 아니라 가상사고조건에서도 건전성이 유지되는 것으로 나타났다.
가압 경수로형 사용후 핵연료 4개를 수송할 수 있는 KSC-4 수송 용기에 대한 핵임계도 분석을 KENO-IV 전산 코드와 AMPX 전산 코드계로 부터 생산한 19군 핵단면적 자료를 써서 수행하였다. 핵임계도 계산은 10CFR71에서 제시한 기준에 따라 보수적인 계산을 위해 수송 용기내에 사용후 핵연료 대신 신핵연료로 가정하여 정상 수송 조건 및 가상 사고 조건에 대해 수행하였다. 그 결과, 핵임계도는 정상 수송 조건 및 가상 사고 조건시에 각각 0.85289 및 0.94185이었다. 따라서 KSC-4 수송 용기의 핵임계도는 10CFR71에서 규정하고 있는 미임계 요건을 만족하고 있다.
본 연구에서는 사용후핵 연료를 안전하게 수송할 수 있는 수송용기의 여러 가지 설계 항목중에 수송용기 내부에 장전한 핵연료에 의한 핵임계반응을 방지하기 위한 핵임계해석을 수행하였다. 핵임계 해석에 사용한 HANSEN-ROACH-KENO-Va 전산시스템에 대한 검증계산을 수행하였고 수송용기의 핵임계측면에서의 안전성을 확보하기 위해 가능한 보수적인 가정을 하여 어떠한 경우에도 수송용기에 장전된 핵연료가 임계상태에 도달하지 않도록 수송용기 내부의 구조 및 적절한 핵임계 방지제를 선택하였고 정상수송 및 가상사고 조건 등에 대한 해석을 수행하였다. 그 결과 KSC-7 수송용기 의 설계조건을 만족하고 핵임계측면에서의 안전성을 보장할 수 있는 재료 및 구조에 대한 결론을 해석적으로 도출하였다.
During the postulated severe accident of nuclear reactor, eutectic reaction leads to low-temperature melting of fuel cladding and early failure of core structure. In order to model eutectic melting with the moving particle semi-implicit (MPS) method, the eutectic reaction model is developed to simulate the eutectic reaction phenomenon. The coupling of mass diffusion and phase diagram is applied to calculate the eutectic reaction with the uniform temperature. A heat transfer formula is proposed based on the phase diagram to handle the heat release or absorption during the process of eutectic reaction, and it can combine with mass diffusion and phase diagram to describe the eutectic reaction with temperature variation. The heat transfer formula is verified by the one-dimensional melting simulations and the predicted interface position agrees well with the theoretical solution. In order to verify the eutectic reaction models, the eutectic reaction of uranium and iron in two semi-infinite domains is simulated, and the profile of solid thickness decrease over time follows the parabolic law. The modified MPS method is applied to calculate Transient Reactor Test Facility (TREAT) experiment, the penetration rate in the simulations are agreeable with the experiment results. In addition, a hypothetical case based on the TREAT experiment is also conducted to validate the eutectic reaction with temperature variation, the results present continuity with the simulations of TREAT experiment. Thus the improved method is proved to be capable of simulating the eutectic reaction in the severe accident.
A comprehensive approach for modeling the pulse height spectra of gamma-ray detectors from passing radioactive cloud in a case of accident at NPP has been developed. It involves modeling the transport of radionuclides in the atmosphere using Lagrangian stochastic model, WRF meteorological processor with an ARW core and GFS data to obtain spatial distribution of radionuclides in the air at a given moment of time. Applying representation of the cloud as superposition of elementary sources of gamma radiation the pulse height spectra are calculated based on data on flux density from point isotropic sources and detector response function. The proposed approach allows us to obtain time-dependent spectra for any complex radionuclide composition of the release. The results of modeling the pulse height spectra of the scintillator detector NaI(Tl) Ø63×63 mm for a hypothetical severe accident at a NPP are presented.
E. Hemanth Rao;Prabhat Kumar Shukla;D. Ponraju;B. Venkatraman
Nuclear Engineering and Technology
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제56권1호
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pp.283-291
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2024
Sodium cooled Fast Reactors (SFR) are built with several engineered safety features and hence a severe accident such as a core melt accident is hypothetical with a probability of <10-6/ry. However, in case of such accidents, the mixture of the molten fuel and structural materials interacts with sodium. This phenomenon is known as Molten Fuel Coolant Interaction (MFCI) and results in fragmentation of the melt due to various instabilities. The fragmented particles settle as a debris bed on the core catcher at the bottom of the reactor vessel, and continue to generate decay heat. Characteristics of the debris particles play a vital role in heat transfer from the bed and need thorough investigation. The size, shape, and physical state of the debris depend on the associated fragmentation mechanism, superheating of the melt, and sodium temperature. Experiments have been conducted by releasing simulated corium, a molten mixture of alumina and iron generated by the aluminothermy process at ~2400 ℃ into liquid sodium, to study the fragmentation phenomena. After the experiment, the fragmented debris was retrieved and the particle size distribution was determined by sieve analysis. The debris was subjected to microscopic investigation for obtaining morphological characteristics. Based on the characteristics of debris, an attempt has been made to assess of fragmentation mechanism of simulated corium in sodium.
Lee, Joeun;Han, Moon Hee;Kim, Eun Han;Lee, Cheol Woo;Jeong, Hae Sun
Journal of Radiation Protection and Research
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제45권3호
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pp.101-107
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2020
Background: An important lesson learned from the Fukushima accident is that the transition to the mid- and long-term phases from the emergency-response phase requires less than a year, which is not very long. It is necessary to know how much radioactive material has been deposited in an urban area to establish mid- and long-term countermeasures after a radioactive accident. Therefore, an urban deposition model that can indicate the site-specific characteristics must be developed. Materials and Methods: In this study, the generalized urban deposition velocity and the subsequent variation in radionuclide contamination were estimated based on the characteristics of the Korean urban environment. Furthermore, the application of the obtained generalized deposition velocity in a hypothetical scenario was investigated. Results and Discussion: The generalized deposition velocities of 137Cs, 106Ru, and 131I for each residence type were obtained using three-dimensional (3D) modeling. For all residence types, the deposition velocities of 131I are greater than those of 106Ru and 137Cs. In addition, we calculated the generalized deposition velocities for each residential types. Iodine was the most deposited nuclide during initial deposition. However, the concentration of iodine in urban environment drastically decreases owing to its relatively shorter half-life than 106Ru and 137Cs. Furthermore, the amount of radioactive material deposited in nonresidential areas, especially in parks and schools, is more than that deposited in residential areas. Conclusion: In this study, the generalized urban deposition velocities and the subsequent deposition changes were estimated for the Korean urban environment. The 3D modeling was performed for each type of urban residential area, and the average deposition velocity was obtained and applied to a hypothetical accident. Based on the estimated deposition velocities, the decision-making systems can be improved for responding to radioactive contamination in urban areas. Furthermore, this study can be useful to predict the radiological dose in case of large-scale urban contamination and can support decision-making for long-term measurement after nuclear accident.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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