Lee, Jong-Youl;Cho, Dong-Geun;Choi, Heui-Joo;Choi, Jong-Won;Lee, Yang
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.6
no.1
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pp.65-72
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2008
The purpose of the HLW deep geological disposal is to isolate and to delay the radioactive material release to human beings and the environment for a long time so that the toxicity does not affect to the environment. The main requirements for the HLW repository design is to keep the buffer temperature below $100\;^{\circ}C$ in order to maintain its integrity. So the cooling time of spent fuels discharged from the nuclear power plant is the key consideration factors for efficiency and economic feasibility of the repository. The disposal tunnel/disposal hole spacing, the disposal area and thermal capacity required for the deep geological repository layout which satisfies the temperature requirement of the disposal system is analyzed to set the optimized spent fuels cooling time. To do this, based on the reference disposal concept, thermal stability analyses of the disposal system have been performed and the derived results have been compared by setting the spent fuels cooling time and the disposal tunnel/disposal hole spacing in various ways. From these results, desirable spent fuels cooling time in view of disposal area is derived. The results shows that the time reaching the maximum temperature within the design limit of the temperature in the disposal site is likely shortened as the cooling time of spent fuels becomes short. Also it seems that the temperature-rising and-dropping patterns in the disposal site are of smoothly varying form as the cooling time of spent fuels becomes long. In addition, it is revealed that a desirable cooling time of spent fuels is approximately 40-50 years when spent fuels are supposedly disposed in the deep geological disposal site with its structural scale under consideration in this study.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.9
no.4
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pp.247-258
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2011
Analysis of foreign and domestic patents for pyroprocessing technology of spent nuclear fuels was carried out in this study. The current status of pyroprocessing technology development in such countries as Korea, USA, Japan and EU was analyzed by classifying the patents for 1975 through 2009 according to registration country, assignee, calendar year and technology area. The major assignees' activity indices were compared in order to find out whether there is any concentrated area of technical details. Technology competitiveness of the countries was also investigated from the information of patent citation number and family size. Furthermore, some essential unit technologies required for the commercialization of pyroprocessing were derived and examined in the aspect of the state of art as well as the trend of technology development.
Two different kinds of nuclear power plants produce a substantial amount of spent fuel annually in Korea. According to the current projection, it is expected that around 60,000 MtU of spent fuel will be produced from 36 PWR and APR reactors and 4 CANDU reactors by the end of 2089. In 2006, KAERI proposed a conceptual design of a geological disposal system (called KRS, Korean Reference disposal System for spent fuel) for PWR and CANDU spent fuel, as a product of a 4-year research project from 2003 to 2006. The major result of the research was that it was feasible to construct a direct disposal system for 20,000 MtU of PWR spent fuels and 16,000 MtU of CANDU spent fuel in the Korean peninsula. Recently, KAERI and MEST launched a project to develop an advanced fuel cycle based on the pyroprocessing of PWR spent fuel to reduce the amount of HLW and reuse the valuable fissile material in PWR spent fuel. Thus, KAERI has developed a geological disposal system for high-level waste from the pyroprocessing of PWR spent fuel since 2007. However, since no decision was made for the CANDU spent fuel, KAERI improved the disposal density of KRS by introducing several improved concepts for the disposal canister. In this paper, the geological disposal systems developed so far are briefly outlined. The amount and characteristics of spent fuel and HLW, 4 kinds of disposal canisters, the characteristics of a buffer with domestic Ca-bentonite, and the results of a thermal design of deposition holes and disposal tunnels are described. The different disposal systems are compared in terms of their disposal density.
AREVA NP (Courbevoie, Paris, France) is actively developing several enhanced accident-tolerant fuels cladding concepts ranging from near-term evolutionary (Cr-coated zirconium alloy cladding) to long-term revolutionary (SiC/SiC composite cladding) solutions, relying on its worldwide teams and partnerships, with programs and irradiations planned both in Europe and the United States. The most advanced and mature solution is a dense, adherent chromium coating on zirconium alloy cladding, which was initially developed along with the CEA and EDF in the French joint nuclear R&D program. The evaluation of the out-of-pile behavior of the Cr-coated cladding showed excellent results, suggesting enhanced reliability, enhanced operational flexibility, and improved economics in normal operating conditions. For example, because chromium is harder than zirconium, the Cr coating provides the cladding with a significantly improved wear resistance. Furthermore, Cr-coated samples exhibit extremely low corrosion kinetics in autoclave and prevents accelerated corrosion in harsh environments such as in water with 70 ppm Li leading to improved operational flexibility. Finally, AREVA NP has fabricated a physical vapor deposition prototype machine to coat full-length cladding tubes. This machine will be used for the manufacturing of full-length lead test rods in commercial reactors by 2019.
The neutronic feasibility of typical Korean three-loop 900MWe class PWR core loaded with mixed oxide fuels for both annual and 18-month cycle strategies has been investigated as a means for spent fuel management. For this study, a method of determining equivalent plutonium content was developed under the equivalence concept which gives the same cycle length as uranium fuel. Optimal plutonium zoning within the MOX assembly was also designed with the aim of minimizing the peak md power. Conceptual core designs hate hen developed for equilibrium cycle with the following variations: annual and 18-month cycle, 1/3 and full MOX loading schemes, and typical and high moderation lattice. The analysis of key core physics parameters shows that in all cases considered satisfactory core designs seem to be feasible, though addition of control rod system and change in Technical Specification for soluble boron concentration are required for full MOX loading in order to meet the current design requirements.
Kim, Tae-Wan;Lee, Ki-Young;Lee, Dae-Hee;Kim, Kang-Soo
Nuclear Engineering and Technology
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v.28
no.6
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pp.576-582
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1996
The integrity of reactor vessel support system of the Korean Standard Nuclear Power Plant (KSNPP) is investigated for a postulated reactor vessel closure head drop event. The closure head is disassembled from the reactor vessel during refueling process or general inspection of reactor vessel and internal structures, and carried to proposed location by the head lift rig. A postulated closure head drop event could be anticipated during closure head handling process. The drop event may cause an impact load on the reactor vessel and supporting system. The integrity of the supporting system is directly relevant to that of reactor vessel and reactor internals including fuels. Results derived by elastic impact analysis, linear and non-linear buckling analysis and elasto-plastic stress analysis of the supporting system implied that the integrity of the reactor vessel supporting system is intact for a postulated reactor vessel closure head drop event.
A spacer grid, which is one of the most important structural components in a PWR fuel assembly, supports its fuel rods laterally and vertically. Based on in-house design experience, scrutiny of the design features of advanced nuclear fuels and the patents of other spacer grids, KAERI has devised its own spacer grid shapes and acquired patents. In this study, a performance evaluation of KAERI's spacer grid shapes was carried out from mechanical/structural and thermohydraulic view points. A comparative performance evaluation of commercial spacer grid shapes was also carried out. The comparisons addressed the spring characteristics, fuel rod vibration characteristics, fretting wear resistance, impact strength characteristics, CHF enhancement, and the pressure drop level of the spacer grid shapes. The results show that the performances of KAERI's spacer grid shapes are as good as or better than those of the commercial spacer grid shapes.
Numerical computations of radioactivities and decay energies in a spent fuel have been carried out for designing of a hot cell. Optimum wall and window thicknesses that can preserve spent fuel rods for experimental purposes are estimated with burnup rate of 33,000 MWD/T(U) which is nearly maximum from a pressurized water reactor such as the Go-Ri Unit 1. Before putting the spent fuels into a hot cell, it is assumed for thickness estimates of shield materials that they are cooled in a storage tay for several lime intervals. Considered are various types of shield materials through which changing the distances from a source to an observation point is also made.
The ionic liquids are known to potential alternative solvents capable of replacing the commercial solvents in various processes including those in nuclear fuel cycle. As to the material, a number of studies have already reviewed the interesting results and addressed the spectroscopic as well as electrochemical behaviors of metal elements included in spent nuclear fuels. It has found that the important properties of metal ions in TBP dissolved ILs have led the development of alternative technologies to traditional solvent extraction processes. On the other hand, the electrochemical deposition of metal ions in ILs have been investigated for the application of the solvents to aqueous as well as to non-aqueous processes. In this work, a review on the application of ILs in nuclear fuel cycle is briefly presented to understand the notable researches on ILs focusing on aqueous processes.
Scolaro, A.;Van Uffelen, P.;Fiorina, C.;Schubert, A.;Clifford, I.;Pautz, A.
Nuclear Engineering and Technology
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v.53
no.5
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pp.1602-1611
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2021
A varying degree of eccentricity always exists in the initial configuration of a nuclear fuel rod. Its impact on traditional LWR fuel is limited as the radial gap closes relatively early during irradiation. However, the effect of misalignment is expected to be more relevant in rods with highly conductive fuels, large initial gaps and low conductivity filling gases. In this paper, we study similar characteristics in the experimental setup of two fuel disc irradiation campaigns carried out in the OECD Halden Boiling Water Reactor. Using the multi-dimensional fuel performance code OFFBEAT, we combine 2-D axisymmetric and 3-D simulations to investigate the effect of eccentricity on the fuel temperature distribution. At the same time, we illustrate how the advent of modern tools with multi-dimensional capabilities might further improve the design and interpretation of in-pile separate-effect tests and we outline the potential of such an analysis for upcoming experiments.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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