Beryllium oxide (BeO) is being re-emphasized and utilized in Micro Modular Reactors (MMR) because of its prominent nuclear and high temperature properties in recent years. The implications of the research about effects of neutron irradiation on the microstructure and properties of BeO are significant. This article comprehensively reviews the effects of neutron irradiation on BeO and proposes the maximum permissible neutron doses at different temperatures for BeO without cracks in appearance according to the data in the previous literature. This maximum permissible neutron dose value has important reference significance for the experimental study of BeO. The effects of neutron irradiation on the thermal conductivity and flexural strength of BeO are also discussed. In addition, microstructure evolution of irradiated BeO during post-irradiation annealing is summarized. This review article has important implications for the application of BeO in MMR.
Jin Haeng Lee;Yeong-Garp Cho;Hyokwang Lee;Chang-Gyu Park;Jong-Myeong Oh;Yeon-Sik Yoo;Min-Gu Won;Hyung Huh
Nuclear Engineering and Technology
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제55권12호
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pp.4477-4490
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2023
Fuel locking mechanisms (FLMs) are essential in upward-flow research reactors to prevent accidental fuel separation from the core during reactor operation. This study presents a novel design concept for a remotely controlled plate-type nuclear fuel locking mechanism. By employing electromagnetic field analysis, we optimized the design of the electromagnet for fuel unlocking, allowing the FLM to adapt to various research reactor core designs, minimizing installation space, and reducing maintenance efforts. Computational flow analysis quantified the drag acting on the fuel assembly caused by coolant upflow. Subsequently, we performed finite element analysis and evaluated the structural integrity of the FLM based on the ASME boiler and pressure vessel (B&PV) code, considering design loads such as dead weight and flow drag. Our findings confirm that the new FLM design provides sufficient margins to withstand the specified loads. We fabricated a prototype comprising the driving part, a simplified moving part, and a dummy fuel assembly. Through basic operational tests on the assembled components, we verified that the manufactured products meet the performance requirements. This remote-controlled micro locking mechanism holds promise in enhancing the safety and efficiency of plate-type nuclear fuel operation in upflow research reactors.
In this paper miniaturized disposable micro/nanofluidic components applicable to bio chip, chemical analyzer and biomedical monitoring system, such as blood analysis, micro dosing system and cell experiment, etc are reported. This system includes various microfluidic components including a micropump, micromixer, DNA purification chip and single-cell assay chip. For low voltage and low power operation, a surface tension-driven micropump is presented, as well as a micromixer, which was implemented using MEMS technology, for efficient liquid mixing is also introduced. As bio-reactors, DNA purification and single-cell assay devices, for the extraction of pure DNA from liquid mixture or blood and for cellular engineering or high-throughput screening, respectively, are presented.
Micro reactors are increasingly being considered for utilization as distributed power sources. Hence, the probabilistic safety assessment (PSA) of a direct supercritical-CO2-cooled fast reactor, called micro modular reactor (MMR), was performed in this study; this reactor was developed using innovative design concepts. It adopted a modular design and passive safety systems to minimize site constraints. As the MMR is in its conceptual design phase, design weaknesses and valuable safety insights could be identified during PSA. Level 1 internal event PSA was carried out involving literature survey, system characterization, identification of initiating events, transient analyses, development of event trees and fault trees, and quantification. The initiating events and scenarios significantly contributing to core damage frequency (CDF) were determined to identify design weaknesses in MMR. The most significant initiating event category contributing to CDF was the transients with the power conversion system initially available category, owing to its relatively high occurrence frequency. Further, an importance analysis revealed that the safety of MMR can be significantly improved by improving the reliability of reactor trip and passive decay heat removal system operation. The findings presented in this paper are expected to contribute toward future applications of PSA for assessing unconventional nuclear reactors in their conceptual design phases.
Recently, the Kingdom of Saudi Arabia (KSA) announced the development of first-of-a-kind(FOAK) and most advanced futuristic vertical city and named as 'The LINE'. The project will have zero carbon dioxide emissions and will be powered by clean energy sources. Therefore, a study was designed to understand which clean energy sources might be a better choice. Because of its nearly carbon-free footprint, nuclear energy may be a good choice. Nowadays, the development of very small modular reactors (vSMRs) is gaining attention due to many salient features such as cost efficiency and zero carbon emissions. These reactors are one step down to actual small modular reactors (SMRs) in terms of power and size. SMRs typically have a power range of 20 MWe to 300 MWe, while vSMRs have a power range of 1-20 MWe. Therefore, a study was conducted to discuss different vSMRs in terms of design, technology types, safety features, capabilities, potential, and economics. After conducting the comparative test and analysis, the fuel cycle modeling of optimal and suitable reactor was calculated. Furthermore, the levelized unit cost of electricity for each reactor was compared to determine the most suitable vSMR, which is then compared other generation SMRs to evaluate the cost variations per MWe in terms of size and operation. The main objective of the research was to identify the most cost effective and simple vSMR that can be easily installed and deployed.
Reduction kinetics and intermediates behaviour of three high explosives (HMX, RDX, and TNT) were studies in batch reactors using either nano or micro size zero valent iron(ZVI) as reducing agent. The kinetics constants normalize to the mass of iron($k_M$) or to the surface area ($k_{SA}$) were measured and compared along with the changes of intermediate concentrations of each explosive. Results showed that $k_M$ and $k_{SA}$ values neither correlated each other nor explained the behaviour of intermediates of each high explosive in the batch reactor, in which initial intermediates decreased rapidly with nano ZVI treatment whereas the intermediates accumulated and stayed longer in the micro ZVI treated reactor.
This study investigates the application of supercritical carbon dioxide (S-CO2) direct-cycle micro modular reactors (MMRs) in primary frequency control (PFC), which is a scenario characterized by significant load fluctuations that has received less attention compared to secondary load-following. Using a modified GAMMA + code and a deep neural network-based turbomachinery off-design model, the authors conducted an analysis to assess the behavior of the reactor core and fluid system under different PFC scenarios. The results indicate that the acceptable range for sudden relative electricity output (REO) fluctuations is approximately 20%p which aligns with the performance of combined-cycle gas turbines (CCGTs) and open-cycle gas turbines (OCGTs). In S-CO2 direct-cycle MMRs, the control of the core operates passively within the operational range by managing coolant density through inventory control. However, when PFC exceeds 35%p, system control failure is observed, suggesting the need for improved control strategies. These findings affirm the potential of S-CO2 direct-cycle MMRs in PFC operations, representing an advancement in the management of grid fluctuations while ensuring reliable and carbon-free power generation.
Advanced nuclear reactors, especially the newly developed small and micro-reactors have complex neutron spectrum, which makes the deterministic reactor core calculations sensitive to the energy group structure of few-group cross-sections. To avoid significantly increasing the cost of energy discretization in the core calculation, two energy group structures with 31 groups and 33 groups were adopted for typical thermal and fast reactor cores, respectively. Then, an adaptive scheme of group division for reactor cores with a medium neutron spectrum was proposed. The works were based on the full spectrum nuclear reactor analysis code SARAX/TULIP. An equivalent one-dimensional model of the core was proposed to capture the key neutron spectrum features of the reactor core. Such features were used to adaptively determine a few-group structure for the following reactor core calculations. Then, the neutron spectrum in different zones with more details was calculated. With this spectrum, the cross-sections were condensed into the determined energy groups. Three tests based on different neutron spectrum were calculated to verify the schemes. The results show that using the adaptive energy group division scheme, the following core calculation can meet the accuracy requirement of different reactors with different neutron spectra.
A 3D printer was used to fabricate a micro-TAS system for biomedical applications. A polymeric medical device fabrication based on a 3D printer can be performed at atmospheric conditions. A CAD- and CAM-based system is a flexible method to design medical components, and a 3D printer is a suitable device to perform this task. In this research, a 100-micron-wide fluidic channel was fabricated with a high-aspect ratio. A cross-sectional SEM image confirmed its possible usage in a micro-reactor using 3D printers. CNC-machined samples were compared to 3D printer-fabricated samples, and the advantages and disadvantages were discussed. Based on the SEM images, the surface roughness of the 3D printed reactor was not affected by wet or dry conditions due to its manufacturing principle. An aspect ratio of 5 to 1 was achievable with 100-${\mu}$ m-wide fluid channels. No melting was found, and the shape of channels was straight enough to be used for micro reactors.
DUPIC (Direct use of spent PWR fuel in CANDU reactors) nuclear fuel is a CANDU fuel fabricated remotely from spent PWR fuel materials in a hot cell. The soundness of the end closure welds of nuclear fuel elements is an important factor for the safety and performance of nuclear fuel. To evaluate the soundness of the end closure welds of DUPIC fuel element, a precise X-ray inspection system is developed using a micro-focus X-ray generator with an image intensifier and a real time camera system. The fuel elements made of Zircaloy-4 and stainless steel by an Nd:YAG laser welding and a TIG welding aye inspected by the developed inspection system. The soundness of the welds of the fuel elements was confirmed by the X-ray inspection process, and the irradiation test of DUPIC fuel elements has been successfully completed at the HANARO research reactor.
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