Singh, Vikram;Lish, Matthew R.;Chvala, Ondrej;Upadhyaya, Belle R.
Nuclear Engineering and Technology
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v.49
no.5
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pp.887-895
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2017
Preliminary results of the dynamic analysis of a two-fluid molten-salt breeder reactor (MSBR) system are presented. Based on an earlier work on the preliminary dynamic model of the concept, the model presented here is nonlinear and has been revised to accurately reflect the design exemplified in ORNL-4528. A brief overview of the model followed by results from simulations performed to validate the model is presented. Simulations illustrate stable behavior of the reactor dynamics and temperature feedback effects to reactivity excursions. Stable and smooth changes at various nodal temperatures are also observed. Control strategies for molten-salt reactor operation are discussed, followed by an illustration of the open-loop load-following capability of the molten-salt breeder reactor system. It is observed that the molten-salt breeder reactor system exhibits "self-regulating" behavior, minimizing the need for external controller action for load-following maneuvers.
This paper presents the design features and preliminary design analysis results of the Wielenga Innovation Static Salt Reactor (WISSR). The WISSR incorporates features that make it both flexible and inherently safe. It is based on innovative technology that controls a nuclear reactor by moving molten salt fuel into or out of the core. The reactor is a low-pressure, fast spectrum transuranic (TRU) burner reactor. Inherent shutdown is achieved by a large negative reactivity feedback of the liquid fuel and by the expansion of fuel out of the core. The core is made of concentric, thin annular fuel chambers containing molten fuel salt. A molten salt coolant passes between the concentric fuel chambers to cool the core. The core has both fixed and variable volume fuel chambers. Pressure, applied by helium gas to fuel reservoirs below the core, pushes fuel out of a reservoir and up into a set of variable volume chambers. A control system monitors the density and temperature of the fuel throughout the core. Using NaCl-(TRU,U)Cl3 fuel and NaCl-KCl-MgCl2 coolant, a road-transportable compact WISSR core design was developed at a power level of 1250 MWt. Preliminary neutronics and thermal-hydraulics analyses demonstrate the technical feasibility of WISSR.
Despite the recent growth of interest in molten salt reactor technology and the crucial role which heat transfer plays in the design of power reactors, specific studies on the design of heat exchangers for the Molten Salt Fast Reactor have not yet been performed. In this work we deliver a preliminary but quantitative analysis of the intermediate heat exchangers, based on reference design data from the SAMOFAR H2020-Euratom project. Two different promising reference technologies are selected for study thanks to their compactness features, the Printed Circuit and the Helical Coil heat exchangers. We present preliminary design results for each technology, based on simplified design tools. Results highlight the limiting effects of the compactness constraints imposed on the fuel salt inventory and the allowed size. Large pressure drops on both flow sides are to be expected, with negative consequences on pumping power and natural circulation capabilities. The small size required for the flow channels also represents possible fabrication issues and safety concerns regarding channel blockage.
Xing-Chao Shen;Yuan Fu;Jian-Yu Zhang;Jin Yang;Zhi-Jun Li
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.9
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pp.3730-3739
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2024
The high-temperature molten salt pump is the core equipment in the small modular molten salt reactor with media temperatures up to 700 ℃. The cantilever ratio of the molten salt pump is usually large. Excessively large cantilever ratios cause increased deformations and rotational amplitudes at the impeller, thus affecting the operational stability of the main pump; small cantilever ratios cause heavy temperature gradients, thus affecting the structural integrity evaluation. This paper used numerical simulation methods to calculate and analyze the temperature field, stress, and structural integrity, optimized the pump shaft cantilever length of the original scheme based on structural integrity using the dichotomy method, and analyzed the rotor dynamics of the optimization results. The results of this study show that the thermal expansion load caused by the temperature difference has a significant mechanical effect on the structure; the first-order critical speed of the rotor system of the optimized schemes has been improved, and the amplitude of the unbalanced response has been significantly reduced, which not only improves the operational stability of the rotor, also contributes to the compact design of the main pump of a small modular molten salt reactor.
Over the years, numerous evaluations of material attractiveness have been performed for conventional light water reactors to better understand the nature of the spent fuel material and its desirability for misuse at different points in the nuclear fuel cycle. However, availability of such assessments for newer, Generation IV reactors such as Molten Salt Reactors is rather limited. In the present study we address the gap in knowledge of material attractiveness for molten salt reactor systems and describe the nature of irradiated fuel salts which the nuclear safeguards community might be faced with in the near future as more and more such reactors enter commission and operation. Within the scope of the paper, we use a large database of simulated irradiated fuel salt isotopics (and other derived quantities such as gamma activity, decay heat, and neutron emission rates) developed specifically for a molten salt reactor concept in order to shed some light on possible weapons usability of uranium and plutonium present in the irradiated fuel salts. This has been achieved by proposing a new attractiveness metric that is better suited for quantifying attractiveness of irradiated salts from a model molten salt concept. The said metric has been computed using a database that has been created by simulating the irradiation of molten fuel salt in a concept core over a wide range of operational parameters (burnup, initial enrichment, and cooling time) using the Monte-Carlo particle transport code, Serpent. With the help of this attractiveness metric, the findings from this study have shown that in relative terms, molten salt spent fuel is more attractive than spent fuel produced by a conventional light water reactor. The findings also underscore the need for strengthened safeguards measures for such spent fuel. These results are expected to be useful in the future for regulatory authorities as well as for nuclear safeguards inspectors for designing a functional safeguards verification routine for irradiated fuel of such unique nature.
Won Jun Choi;Jae Hyung Park;Juhyeong Lee;Jihun Im;Yunsik Cho;Yonghee Kim;Sung Joong Kim
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.3
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pp.1002-1012
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2024
To remove insoluble fission products, which could possibly cause reactor instability and significantly reduce heat transfer efficiency from primary system of molten salt reactor, a helium bubbling method is employed into a passive molten salt fast reactor. In this regard, two-phase flow behavior of molten salt and helium bubbles was investigated experimentally because the helium bubbles highly affect the circulation performance of working fluid owing to an additional drag force. As the helium flow rate is controlled, the change of key thermal-hydraulic parameters was analyzed through a two-phase experiment. Simultaneously, to assess the applicability of numerical model for the analysis of two-phase flow behavior, the numerical calculation was performed using the OpenFOAM 9.0 code. The accuracy of the numerical analysis code was evaluated by comparing it with the experimental data. Generally, numerical results showed a good agreement with the experiment. However, at the high helium injection rates, the prediction capability for void fraction of helium bubbles was relatively low. This study suggests that the multiphaseEulerFoam solver in OpenFOAM code is effective for predicting the helium bubbling but there exists a room for further improvement by incorporating the appropriate drag flux model and the population balance equation.
Gerardin, Delphine;Uggenti, Anna Chiara;Beils, Stephane;Carpignano, Andrea;Dulla, Sandra;Merle, Elsa;Heuer, Daniel;Laureau, Axel;Allibert, Michel
Nuclear Engineering and Technology
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v.51
no.4
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pp.1024-1031
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2019
The Molten Salt Fast Reactor (MSFR) with its liquid circulating fuel and its fast neutron spectrum calls for a new safety approach including technological neutral methodologies and analysis tools adapted to early design phases. In the frame of the Horizon2020 program SAMOFAR (Safety Assessment of the Molten Salt Fast Reactor) a safety approach suitable for Molten Salt Reactors is being developed and applied to the MSFR. After a description of the MSFR reference design, this paper focuses on the identification of the Postulated Initiating Events (PIEs), which is a core part of the global assessment methodology. To fulfil this task, the Functional Failure Mode and Effect Analysis (FFMEA) and the Master Logic Diagram (MLD) are selected and employed separately in order to be as exhaustive as possible in the identification of the initiating events of the system. Finally, an extract of the list of PIEs, selected as the most representative events resulting from the implementation of both methods, is presented to illustrate the methodology and some of the outcomes of the methods are compared in order to highlight symbioses and differences between the MLD and the FFMEA.
This study aims for the optimization of process conditions in a fixed-bed catalytic reactor system with a circulating molten salt bath, in which partial oxidation of propylene to acrolein takes place. Two-dimensional pseudo-homogeneous model is adopted with estimation of suitable parameters and its validity is corroborated by comparing simulation result with experimental data. The temperature of the molten salt and the feed composition are found to exercise significant influence on the yield of acrolein and the magnitude of hot spot. The temperature of the molten salt is usually kept constant. This study, however, suggests that the temperature of the molten salt must be axially adjusted so that the abrupt peak of hot spot should not appear near the reactor entrance. The yield of acrolein is maximized and the position and the magnitude of hot spot are optimized by the method of the iterative dynamic programming (IDP).
He, Zhao;Zhao, Hongchao;Song, Jinliang;Guo, Xiaohui;Liu, Zhanjun;Zhong, Yajuan;Marrow, T. James
Nuclear Engineering and Technology
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v.54
no.4
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pp.1161-1166
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2022
Green pitch coke with an average particle size of 2 mm was adopted as densifier and added to the raw materials of conventional A3-3 matrix graphite (MG) to prepare modified A3-3 matrix graphite (MMG) by the quasi-isostatic molding method. The structure, mechanical and thermal properties were assessed. Compared with MG, MMG had a more compact structure, and exhibited improved properties of higher mechanical strength, higher thermal conductivity and better molten salt barrier performance. Notably, under the same infiltration pressure of 5 atm, the fluoride salt occupation of MMG was only 0.26 wt%, whereas it was 15.82 wt% for MG. The densification effect of green pitch coke endowed MMG with improved properties for potential use in the spherical fuel elements of molten salt reactor.
Yong Seok Choi;Kyeongryeol Park;Seongmin Kang;Unseong Kim;Kyungeun Jeong;Ji Ha Lee;Tae Woong Ha;Kyungjun Lee
Tribology and Lubricants
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v.40
no.3
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pp.97-102
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2024
The next-generation Molten Salt Reactor is known for its high safety because it uses nuclear fuel dissolved in high-temperature molten salt, unlike traditional solid atomic fuel methods. However, the high-temperature molten salt causes severe corrosion in internal structural materials, threatening the reactor's safety. Therefore, it is crucial to investigate the high-temperature corrosion resistance and wear performance of materials used in reactors to ensure safety. In this study, the high-temperature corrosion resistances and wear performances of corrosion samples in a NaCl-MgCl2-KCl (20-40-40 [wt%]) molten salt are investigated to evaluate the applicability of economically viable stainless steels, 316SS and 304SS. Hastelloy C276 and a new alloy containing a small amount of Nb are used as reference samples for comparative analysis. The mass loss, mass loss rate per unit volume, and surface roughness of each sample are measured to understand the corrosion mechanisms. Scanning electron microscopy and energy-dispersive spectroscopy analyses are employed to analyze the corrosion mechanisms. Wear tests on the corroded samples are also conducted to assess the extent of corrosion. Based on the experimental results, we predict the lifespans of the materials and evaluate their suitability as candidate materials for molten salt reactors. The data obtained from the experiments provide a valuable database for structural materials that can enhance the stability of molten salt reactors and recommend high-temperature corrosion-resistant materials suitable for next-generation reactors.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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