Choo, Kee Nam;Yang, Seong Woo;Park, Seng Jae;Shin, Yoon Taeg
Nuclear Engineering and Technology
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v.53
no.1
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pp.344-350
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2021
As the High Flux Advanced Neutron Application Reactor (HANARO) has been recently required to support new R&D relevant to future nuclear systems requiring a much higher neutron fluence, the development of irradiation capsule technology for long-term irradiation testing was performed in three steps (3, 5, 10 dpa). At first, several design improvements of a standard capsule were suggested based on a failure analysis of the capsule and successfully applied for irradiation testing at HANARO at up to eight reactor operation cycles equivalent to 3 dpa. Based on a schematic stress analysis of the vulnerable parts of the previous capsule, an optimized design of the capsule was made for 5 dpa irradiation. The newly designed capsule was safely out-pile tested up to 450 days, which was equivalent to 5 dpa irradiation in the reactor. The test results were submitted to the Reactor Safety Review Committee of HANARO and irradiation testing for 5 dpa was approved. The capsule was also successfully out-pile tested to evaluate the possibility of irradiation testing for 10 dpa. For a higher neutron fluence exceeding 10 dpa, new capsule technologies, including a new capsule that has a different bottom design and neutron flux boosting capsule, were also suggested.
A new capsule that has a unique structure in which the test environments including neutron flux and fluence, and irradiation temperature can be controlled precisely during irradiation, was conceptually designed. The capsule structure and instrumentation were successfully designed according to the JMTR's standard procedures of capsule design. Based on the target irradiation, the details of the irradiation such as neutron fluence and irradiation temperature ore calculated and the related capsule safety was evaluated. In addition, the effects of design parameters including the changes in inner-capsule configuration, heater capacity, and Helium gas pressure on the specimen temperature were analyzed with a computer program. Through these thermal and strength evaluations, this capsule was proved to be safe during the irradiation in the JMTR.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2008.11a
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pp.226-229
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2008
To investigate an in-pile behavior of the newly developed DUO fuel pellet, the irradiation test will be carried out in the domestic test reactor. Irradiation test capsule for the HANARO reactor, which is a specially designed equipment used for material, irradiation and creep test, must satisfy the operational requirement on the hydraulic characteristics and structural integrity. In this study, a pressure drop, a flow-induced vibration and a short-term endurance test for the newly developed non-instrumented test capsule were carried out using FIVPET as a out-pile evaluation test. The test results show that the new test rig satisfy the HANARO operational requirement with sufficient margin.
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.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2004.05a
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pp.125-130
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2004
The vibration and buckling characteristics of the capsule for fuel irradiation test are studied. The natural frequencies of the capsule in air and under water are obtained by modal testing and finite element(FE) analysis using ANSYS program, and accelerations with flow are measured to estimate the compatibility with the operation requirement of the HANARO reactor. The experimental fundamental frequency of the capsule in the x and z direction is 8.5Hz and 8.75Hz in air, and 7.5Hz and 7.75Hz under water, respectively. The maximum amplitude of accelerations under the normal operating condition is measured as 11.0m/s$^2$ that is within the allowable vibrational limit(18.99m/s$^2$) of the reactor structure. Also, the maximum displacement at 100% flow is calculated as 0.13mm which is not interference with other nearby structures. FE analysis results show that the natural frequencies are found to be similar to those of the modal testing when three supporting parts are considered as simply supported conditions. From the buckling analysis, when the loading tool is applied, the critical buckling load of the capsule is 233N.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.14
no.8
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pp.741-748
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2004
The vibration and buckling characteristics of the capsule for fuel irradiation test are studied. The natural frequencies of the capsule in air and under water are obtained by modal testing and finite element (FE) analysis using ANSYS program, and accelerations with flow are measured to estimate the compatibility with the operation requirement of the HANARO reactor. The experimental fundamental frequencies of the capsule in the x and z direction are 8.5 Hz and 8.75 Hz in air, and 7.5 Hz and 7.75 Hz under water, respectively. The maximum amplitude of accelerations under the normal operating condition is measured as 11.0 m/s$^2$ that is within the allowable vibrational limit(18.99 m/s$^2$) of the reactor structure. Also, the maximum displacement at 100% flow is calculated as 0.13 mm which is not interference with other nearby structures. FE analysis results show that the natural frequencies are found to be similar to those of the modal testing when three supporting parts are considered as simply supported conditions. From the buckling analysis, when the loading tool is applied, the critical buckling load of the capsule is 233 N.
The design modification of bottom guide structures of the instrumented capsule, which is used for the irradiation test in the HANARO reactor, was required because of the trouble of the bottom guide arm's pin during irradiation. The previous structure with 3-pin arms was changed into the cone shape of one body. The specimens of the bottom end cap ring with three different sizes (${\Phi}68/70/72mm$) were designed and manufactured. The out-pile tests for the capsule with previous and new three bottom guide structures were performed in the one-channel flow test facilities. In order to evaluate the compatibility with HANARO and the structural integrity of the capsule, a loading/unloading, a pressure drop, a thermal performance, a vibration, and an endurance test were conducted. From out-pile test results, the capsule with the cone shape bottom guide structures was found to be more stable than the previous structure and the optimized size of the bottom guide structure selected was 70mm in diameter. It is expected that the new bottom guide structures will be applicable to all material and special capsules which will be designed and manufactured for the irradiation tests in the future.
Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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2005.05a
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pp.501-502
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2005
During the cut and dismantling process of HANARO irradiated instrumented capsule(03M-06U), a little different phenomenon like a jamming was observed and occurred. So to release jamming between outer pipe and inner thermal media, the outer pipe will be cut piece by piece by capsule cutting machine installed in M2 hot cell until the outer pipe was eliminated or reduced as we could. It is assumed that this kind of problem was occurred following reasons: 1) This capsule has probably a problem during manufacturing process at shop before irradiation. 2) The gap between outer pipe and thermal media is not enough to meet design criteria for thermal expansion during irradiation at HANARO
The instrumented capsule is subjected to flow-induced vibration(FIV) due to the flow of the primary coolant and then the structural integrity of the capsule during irradiation in the HANARO reactor is an issue of major concern. For this purpose the acceleration was measured by four accelerometers attached to the protection tube of the capsule mainbody and the displacement of test holes was calcultated using commercial finite element program ANSYS to evaluate the structural interference with the neighboring flow tubes under the reactor operating condition. The calculated displacements of test holes in the reactor in-core were found to be lower than the values of allowable design criteria.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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