As the regulations on greenhouse gas emissions at sea become strict, efforts are being made to minimize environmental pollutants emitted from fossil fuels used by ships. Considering the large sizes of ships in conjunction with securing stable supplies of environment-friendly energy, interest in nuclear energy to power ships has been increasing. In this study, the neutron irradiation that occurs during the nuclear reactor operation and its effect on the structural responses of the stiffened-plate structures are investigated. This is done by changing the material properties of DH36 steel according to the research findings on the neutron-irradiated steels and then performing the structural response analyses of the structures using analytical and finite-element numerical solutions. Results reveal the influence of neutron irradiation on the structural responses of the structures. It is shown that both the strength and stiffness of the structures are affected by the neutron-irradiation phenomenon as their maximum flexural stress and deflection are increased with the increase in the amount of neutron irradiation. This implies that strength and stiffness need to be considered in the design of ships equipped with marine nuclear reactors.
Long turn-off time limits high frequency operation of Bipolar Junction Transistors (BJTs). Turn-off time decreases with increases in the recombination rate of minority carriers at switching transients. Fast neutron irradiation on a Si BJT incurs lattice damages owing to the displacement of silicon atoms. The lattice damages increase the recombination rate of injected holes with electrons, and decrease the hole lifetime in the base region of pnp Si BJT. Fast neutrons generated from a beryllium target with 30 MeV protons by an MC-50 cyclotron were irradiated onto pnp Si BJTs in experiment. The experimental results show that the turn-off time, including the storage time and fall time, decreases with increases in fast neutron fluence. Additionally, it is confirmed that the base current increases, and the collector current and base-to-collector current amplification ratio decrease due to fast neutron irradiation.
High-Cr martensitic steel HT-9 is one of the candidate materials for advanced nuclear energy systems. Thanks to its excellent thermal conductivity and irradiation resistance, ferritic/martensitic steels such as HT-9 are considered for in-core applications of advanced nuclear reactors. The harsh neutron irradiation environments at the reactor core region pose a unique challenge for structural and cladding materials. Microstructural and microchemical changes resulting from displacement damage are anticipated for structural materials after prolonged neutron exposure. Consequently, various irradiation effects on the service performance of in-core materials need to be understood. In this work, the fundamentals of radiation damage and irradiation effects of the HT-9 martensitic steel are reviewed. The objective of this paper is to provide a background introduction of displacement damage, microstructural evolution, and subsequent effects on mechanical properties of the HT-9 martensitic steel under neutron irradiations. Mechanical test results of the irradiated HT-9 steel obtained from previous fast reactor and fusion programs are summarized along with the information of irradiated microstructure. This review can serve as a starting point for additional investigations on the in-core applications of ferritic/martensitic steels in advanced nuclear reactors.
Kwon Junhyun;Seo Chul Gyo;Kwon Sang Chul;Hong Jun-Hwa
Nuclear Engineering and Technology
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제35권5호
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pp.497-505
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2003
This paper describes a computational approach to the quantification of primary damage under irradiation and demonstrates the effect of neutron energy spectra on the formation of the displacement cascade. The development of displacement cascades in ${\alpha}-Iron$ has been simulated using the MOLDY code - a molecular dynamics code for simulating radiation damage. The primary knock-on atom energy, key input to the MOLDY code, was determined from the SPECTER code calculation on two neutron spectra. The two neutron spectra include; (i) neutron spectrum in the instrumented irradiation capsule of the high-flux advanced neutron application reactor (HANARO), and (ii) neutron spectrum at the inner surface of the reactor pressure vessel steel for the Younggwang nuclear power plant No.5 (YG 5). Minor differences in the normalized neutron spectra between the two spectra produce similar values of PKA energy, which are 4.7 keV for HANARO and 5.3 keV for YG 5. This similarity implies that primary damage to the components of the commercial nuclear reactors should be well simulated by irradiation in the HANARO. Moreover, the application of the MD calculations corroborates this statement by comparing cascades simulation results.
Kim, Hak-Sung;Oh, Soo-Youl;Jun, Byung-Jin;Kim, Myong-Seop;Seo, Chul-Gyo;Kim, Heon-Il
Nuclear Engineering and Technology
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제38권7호
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pp.675-680
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2006
The neutron transmutation doping of silicon (NTD), as a method to produce a high quality semiconductor, utilizes the transmutation of a silicon element into phosphorus by neutron absorption in a silicon single crystal. In this paper, we present the design of a neutron screen for a 6' Si ingot irradiation in the NTD2 hole of HANARO. The goal of the design is to achieve an even flat axial distribution of the resistivity, or $Si^{30}(n,{\gamma})Si^{31}$ reaction rate, in the irradiated Si ingot. We used the MCNP4C code to simulate the neutron screen and to calculate the reaction rate distribution in the Si ingot. The fluctuations in the axial distribution were estimated to be within ${\pm}2.0%$ from the average for the final neutron screen design; thus, they satisfy the customers' requirement for uniform irradiation. On the other hand, we determined the optimal insertion depths of the Si ingots by varying the critical control rod position, which greatly affects the axial flux distribution.
Baek, Ha Ni;Sun, Gwang Min;Kim, Ji suck;Hoang, Sy Minh Tuan;Jin, Mi Eun;Ahn, Sung Ho
Nuclear Engineering and Technology
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제49권1호
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pp.209-215
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2017
Fast neutron irradiation was used to improve the switching speed of a 600-V nonpunch-through insulated gate bipolar transistor. Fast neutron irradiation was carried out at 30-MeV energy in doses of $1{\times}10^8n/cm^2$, $1{\times}10^9n/cm^2$, $1{\times}10^{10}n/cm^2$, and $1{\times}10^{11}n/cm^2$. Electrical characteristics such as current-voltage, forward on-state voltage drop, and switching speed of the device were analyzed and compared with those prior to irradiation. The on-state voltage drop of the initial devices prior to irradiation was 2.08 V, which increased to 2.10 V, 2.20 V, 2.3 V, and 2.4 V, respectively, depending on the irradiation dose. This effect arises because of the lattice defects generated by the fast neutrons. In particular, the turnoff delay time was reduced to 92 nanoseconds, 45% of that prior to irradiation, which means there is a substantial improvement in the switching speed of the device.
Microstructures of monolithic high purity SiC and SiC with sintering additives after neutron irradiation to a fluence of 2.0-2.5 × 1024 n/m2 (E > 0.1 MeV) at 333-363 K and after post-irradiation annealing up to 1673 K were observed using a transmission electron microscopy. Results showed that no black spot defects or dislocation loops in SiC grains were found after the neutron irradiation for all of the specimens owing to the moderate fluence at low irradiation temperature. Thus, it is confirmed that these specimens were swelled mostly by the formation of point defects. Black spots and small dislocation loops were discovered only after the annealing process in PureBeta-SiC and CVD-SiC, where the swelling almost diminished. Anomalous-shaped YAG grains were found in SiC ceramics containing sintering additives. These grains contained dense black spots defects and might lose crystallinity after the neutron irradiation, while these defects may annihilate by recrystallization during annealing up to 1673 K. Amorphous grain boundary phase was also presented in this ceramic, and a large part of it was crystallized through post-irradiation annealing and could affect their recovery behavior.
1) Germination rate was rather irregular than decreasing as increasing dose of radiation and there were no differences between Kyong-Sam and Chuong-Bang of Chinese cabbage. 2) In R1 generation, abnormal leaves from seedling of irradiated seeds were observed. These were more apparent in X-ray irradiation than in thermal neutron. 3) Seedling height was inhibited with increasing dose of X-ray and thermal neutrons. Growth inhibition was more remarkable in X-ray than in thermal neutron. Kyong-Sam demonstrated more sensitivity than Chyong-Bang in both X-ray and thermal neutron. 4) Seedling height produced from seeds subjected to thermal neutrons showed small variation around its mean value, while in X-irradiation there was a greater deviaton from the mean value. 5) Fertility was decreased as increasing with dose, while the frequency of abortive pollen was increased. There were variability of the fertility and frequency of abortive pollen among plants or branches of a plant. 6) The mutants were obtained more in thermal neutron irradiation than in X-ray. The types of mutations obtained in Chinese radish of R2 generation were abnormal leaf, densely glowing leaf, degeneration in growing point and dwarf. The maximum frequency of phenotypic mutations was abnormal leaf mutation.
In relation to a non-destructive evaluation of irradiation damages of micro-structure interstitial, void and dislocation, the changes in the hysteresis loop, Barkhausen noise amplitude and the harmonics frequency due to a neutron irradiation were measured and evaluated. The Mn-Mo-Ni low alloy steel of RPV was irradiated to a neutron fluence of $2.3\times10^{19}\;n/cm^2\;(E\geq1\;MeV)\;at\;288^{\circ}C$. The saturation magnetization of neutron irradiated metal did not change. The neutron irradiation caused the coercivity to increase, whereas susceptibility to decrease. The amplitude of Barkhausen noise parameters associated with the domain wall motion were decreased by a neutron irradiation. The spectrum of Barkhausen noise is analysed with an applied frequency of 4 Hz and 8 Hz, sampling time of $50\;{\mu}sec\;and\;20\;{\mu}sec$. The harmonic frequency shows 4 Hz, 8 Hz, 12 Hz; and 16 Hz reflected from an unirradiated specimen. On the contrary, the harmonic frequency disappeared on the irradiated specimen.
The effect of neutron irradiation on the properties of SiC Schottky Diode has been investigated. SiC Schottky diodes were irradiated under neutron fluences and compared to the reference samples to study the radiation-induced changes in device properties. The condition of neutron irradiation was $3.1{\times}10^{10}$$n/cm^2$. The current density after irradiation decreased from 12.7 to 0.75 $A/cm^2$. Also, a slight positive shift (${\Delta}V_{th}$= 0.15 V) in threshold voltage from 0.53 to 0.68 V and a positive change (${\Delta}{\Phi}_B$= 0.16 eV) of barrier height from 0.89 to 1.05 eV have been observed by the neutron irradiation, which is attributed to charge damage in the interface between the metal and the SiC layer.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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