Nariratri Nur Aufanni;Eunhyug Lee;Taesuk Oh;Yonghee Kim
Nuclear Engineering and Technology
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제56권3호
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pp.900-906
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2024
The Passively-Cooled Molten Salt Fast Reactor (PMFR) is one of the advanced design concepts of the Molten Salt Fast Reactor (MSFR) which utilizes a natural circulation for the primary loop and aims to attain a long-life operation without any means of fuel reprocessing. For an extended operation period, it is necessary to have enough fissile material, i.e., high excess reactivity, at the onset of operation. Since the PMFR is based on a fast neutron spectrum, direct implementation of a burnable absorber concept for the control of excess reactivity would be ineffective. Therefore, a localized moderator concept that encircles the active core has been envisioned for the PMFR which enables the effective utilization of a burnable absorber to achieve low reactivity swing and long-life operation. The modified PMFR design that incorporates a moderator and burnable absorber is presented, where depletion calculation is performed to estimate the reactor lifetime and reactivity swing to assess the feasibility of the proposed design. All the presented neutronic analysis has been conducted based on the Monte Carlo Serpent2 code with ENDF/B-VII.1 library.
Space nuclear reactors are becoming popular in deep space exploration owing to their advantages of high-power density and stability. Following the fourth-generation nuclear reactor technology, a conceptual design of the dual drum-controlled space molten salt reactor (D2-SMSR) is proposed. The reactor concept uses molten salt as fuel and heat pipes for cooling. A new reactivity control strategy that combines control drums and safety drums was adopted. Critical physical characteristics such as neutron energy spectrum, neutron flux distribution, power distribution and burnup depth were calculated. Flow and heat transfer characteristics such as natural convection, velocity and temperature distribution of the D2-SMSR under low gravity conditions were analyzed. The reactivity control effect of the dual-drums strategy was evaluated. Results showed that the D2-SMSR with a fast spectrum could operate for 10 years at the full power of 40 kWth. The D2-SMSR has a high heat transfer coefficient between molten salt and heat pipe, which means that the core has a good heat-exchange performance. The new reactivity control strategy can achieve shutdown with one safety drum or three control drums, ensuring high-security standards. The present study can provide a theoretical reference for the design of space nuclear reactors.
Ezell, N. Dianne Bull;Raiman, Stephen S.;Kurley, J. Matt;McDuffee, Joel
Nuclear Engineering and Technology
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제53권3호
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pp.920-926
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2021
Capsules containing NaCl-MgCl2 salt with 316L stainless steel or alloy N samples were irradiated in the Ohio State University Research Reactor for 21 nonconsecutive hours. A custom irradiation vessel was designed for this purpose, and details on its design and construction are given. Stainless steel samples that were irradiated during exposure had less corrosive attack than samples exposed to the same conditions without irradiation. Alloy N samples showed no significant effect of irradiation. This work shows a method for conducting in-reactor irradiation-corrosion experiments in static molten salts and presents preliminary data showing that neutron irradiation may decelerate corrosion of alloys in molten chloride salts.
용융염 원자로는 고체핵연료를 사용하는 고전 원자로와는 달리 유동성을 갖는 액체핵연료를 장전하여 운전한다. 기존 동특성 코드는 핵연료의 유동으로 인한 동적 노물리 특성 영향을 고려하지 않기 때문에 용융염 원자로의 동특성 및 안전해석에 사용할 경우 신뢰성을 보장할 수 없다. 지금까지는 핵연료의 유동을 고려한 1점 동특성방정식을 이용하여 제한적으로 시스템안정성분석을 수행해 왔으나 이 경우 상세한 노심구조에서의 핵연료 및 중성자 거동에 대한 공간 종속성을 평가할 수 없다. 그러므로 핵연료의 유동 특성이 고려된 다차원 동특성 모델을 해석할 수 있는 컴퓨터 코드 개발이 필요하다. 본 논문은 용융염 원자로의 공간종속 중성자 동특성 해석을 위한 2군, 2차원 코드인 AMBIKIN2D의 개발 및 이에 수반하는 검증연구의 일환으로서 MSRE의 안정성실증실험을 모사하였다. 또한 비교 대상으로는 ORNL에서 개발한 Lumped parameter 방법을 사용한 일점 동특성 방정식에 의한 계산 결과를 포함하여 AMBIKIN2D의 정확성을 확인하였다.
SiC coating and SiC/glassy carbon composite coating were prepared on IG-110 nuclear graphite (Toyo Tanso Co., Ltd., Japan) to strengthen its inertness to molten fluoride salt used in molten salt reactor (MSR). Two kinds of modified graphite were obtained and correspondingly named as IG-110-1 and IG-110-2, which referred to modified IG-110 with a single SiC coating and a SiC/glassy carbon composite coating, respectively. Both structure and property of modified graphite were carefully researched and contrasted with virgin IG-110. Results indicated that modified graphite presented better comprehensive properties such as more compact structure and higher resistance to molten salt infiltration. With the protection of coatings, the infiltration amounts of fluoride salt into modified graphite were much less than that into virgin IG-110 at the same circumstance. Especially, the infiltration amount of fluoride salt into IG-110-2 under 5 atm was merely 0.26 wt%, which was much less than that into virgin IG-110 under 1.5 atm (13.5 wt%) and the critical index proposed for nuclear graphite used in MSR (0.5 wt%). The SiC/glassy carbon composite coating gave rise to highest resistance to molten salt infiltration into IG-110-2, and thus demonstrated it could be a promising protective coating for nuclear graphite used in MSR.
Various research groups and private interprises are pursuing the design of a Molten Salt Reactor (MSR) as one of the Generation-IV concepts. In the current work a fast neutron MSR using chloride fuel is analyzed, specially analyzing the power production and neutron flux level in the Intermediate Heat Exchanger (IHX). The neutronic analysis in this work is based on a chloride-fuel MSR with 600 MW thermal power. The core power density was set to 100 MW m-3 with a core H/D [[EQUATION]] 1.0 amd four Intermediate Heat Exchanger (IHX). This leads to a power of 150 MW per IHX; this power is also comparable to the IHX proposed in the SAMOFAR framework. In this work, a preliminary design of a 150 MW helical-coil IHX for a chloride-fueled MSR is prepared and the fission rate, capture rate, and inelastic scatter rate are evaluated.
Sarah Elizabeth Creasman;Visura Pathirana;Ondrej Chvala
Nuclear Engineering and Technology
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제55권5호
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pp.1687-1707
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2023
This paper presents a molten salt reactor (MSR) design parameter sensitivity study using a nodal dynamic modelling methodology with explicitly modified point kinetics equation and Mann's model for heat transfer. Six parameters that can impact MSR safety are evaluated. A MATLAB-Simulink model inspired by Thorcon's 550MWth MSR is used for parameter evaluations. A safety envelope was formed to encapsulate power, maximum and minimum temperature, and temperature-induced reactivity feedback. The parameters are perturbed by ±30%. The parameters were then ranked by their subsequent impact on the considered safety envelope, which ranks acceptable parameter uncertainty. The model is openly available on GitHub.
A series of experiments were performed to produce a fuel source for a molten salt reactor (MSR) through pyroprocessing technology. A simulated LiCl-KCl-UCl3-NdCl3 salt system was prepared, and the U element was fully recovered using a liquid cadmium cathode (LCC) by applying a constant current. As a result, the salt was purified with an UCl3 concentration lower than 100 ppm. Subsequently, the U/RE ingot was prepared by melting U and RE metals in Y2O3 crucible at 1473 K as a surrogate for RE-rich ingot product from pyroprocessing. The produced ingot was sliced and used as a working electrode in LiCl-KCl-LaCl3 salt. Only RE elements were then anodically dissolved by applying potential at - 1.7 V versus Ag/AgCl reference electrode. The RE-removed ingot product was used to produce UCl3 via the reaction with NH4Cl in a sealed reactor.
In the framework of the European project SAMOSAFER, this numerical study focuses on some thermal aspects of the Emergency Draining Tank (EDT) located underneath the core of a Molten Salt Reactor. In case of an emergency, this tank passively receives the liquid fuel salt and is designed to ensure a subcritical state. An important requirement is that the fuel does not overheat to maintain the EDT Hastelloy container integrity. The present EDT is based upon a group of hexagonal cooling assemblies arranged in a hexagonal grid and cooled down thanks to conduction through the inert salt layer up to an air flow in charge of removing the heat. This numerical thermal study relies on a conjugated heat transfer analysis coupling a Finite Element solid thermal code (SYRTHES) and two instances of a Finite Volume CFD codes (Code_Saturne). Calculations on an initial design suggest that a simple center airpipe flow is likely to not sufficiently cool the device. Alternative solutions have been evaluated. Introduction of fins to enhance the heat transfer do not bring a noticeable improvement regarding maximum temperature reached. However, a solution in which the central pipe air flow is replaced by several cooling channels located closer to the fuel is investigated and suggests a better cooling.
The aim of this review is to communicate some essential knowledge of the underlying mechanism of the corrosion of structural containment alloys during molten salt reactor operation in the context of prospective online monitoring in future MSR installations. The formation of metal halide species and the progression of their concentration in the molten salt do reflect containment corrosion, tracing the depletion of alloying metals at the alloy salt interface will assure safe conditions during reactor operation. Even though the progress of alloying metal halides concentrations in the molten salt do strongly understate actual corrosion rates, their prospective 1st order kinetics followed by near-linearly increase is attributed to homogeneous matrix corrosion. The service life of the structural containment alloy is derived from homogeneous matrix corrosion and near-surface void formation but less so from intergranular cracking (IGC) and pitting corrosion. Online monitoring of corrosion species is of particular interest for molten chloride systems since besides the expected formation of chromium chloride species CrCl2 and CrCl3, other metal chloride species such as FeCl2, FeCl3, MoCl2, MnCl2 and NiCl2 will form, depending on the selected structural alloy. The metal chloride concentrations should follow, after an incubation period of about 10,000 hours, a linear projection with a positive slope and a steady increase of < 1 ppm per day. During the incubation period, metal concentration show 1st order kinetics and increasing linearly with time1/2. Ideally, a linear increase reflects homogeneous matrix corrosion, while a sharp increase in the metal chloride concentration could set a warning flag for potential material failure within the projected service life, e.g. as result of intergranular cracking or pitting corrosion. Continuous monitoring of metal chloride concentrations can therefore provide direct information about the mechanism of the ongoing corrosion scenario and offer valuable information for a timely warning of prospective material failure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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