Wu Wang;Kaiwen Li;Yuchuan Guo;Conglong Jia;Zeguang Li;Kan Wang
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.12
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pp.4685-4694
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2023
The ability to calculate the material density sensitivity coefficients of power with respect to the material density has broad application prospects for accelerating Monte Carlo-Thermal Hydraulics iterations. The second-order material density sensitivity coefficients for the general Monte Carlo score have been derived based on the differential operator sampling method in this paper, and the calculation of the sensitivity coefficients of cell power scores with respect to the material density has been realized in continuous-energy Monte Carlo code RMC. Based on the power-density sensitivity coefficients, the sensitivity coefficients of power scores to some other physical quantities, such as power-boron concentration coefficients and power-temperature coefficients considering only the thermal expansion, were subsequently calculated. The effectiveness of the proposed method is demonstrated in the power-density coefficients problems of the pressurized water reactor (PWR) moderator and the heat pipe reactor (HPR) reflectors. The calculations were carried out using RMC and the ENDF/B-VII.1 neutron nuclear data. It is shown that the calculated sensitivity coefficients can be used to predict the power scores accurately over a wide range of boron concentration of the PWR moderator and a wide range of temperature of HPR reflectors.
Kim, Hui-Gyeong;Hong, Yong-Ho;Jung, Young-Seok;Kim, Jae-Hyun;Park, Sooyeun
Journal of radiological science and technology
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v.43
no.6
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pp.481-487
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2020
Radiation measurement technology has steadily improved and its usage is expanding in various industries such as nuclear medicine, security search, satellite, nondestructive testing, environmental industries and the domain of nuclear power plants (NPPs). Especially, the simultaneous measurements of gamma rays and neutrons can be even more critical for nuclear safety management of spent nuclear fuel and monitoring of the nuclear material. A semiconductor detector comprising cadmium, zinc, and tellurium (CZT) enables to detect gamma-rays due to the significant atomic weight of the elements via immediate neutron and gamma-ray detection. Semiconductor sensors might be used for nuclear safety management by monitoring nuclear materials and spent nuclear fuel with high spatial resolution as well as providing real-time measurements. We aim to introduce a portable nuclide-analysis device that enables the simultaneous measurements of neutrons and gamma rays using a CZT sensor. The detector has a high density and wide energy band gap, and thus exhibits highly sensitive physical characteristics and characteristics are required for performing neutron and gamma-ray detection. Portable nuclide-analysis device is used on NPP-decommissioning sites or the purpose of nuclear nonproliferation, it will rapidly detect the nuclear material and provide radioactive-material information. Eventually, portable nuclide-analysis device can reduce measurement time and economic costs by providing a basis for rational decision making.
Wang, Kai;Li, Chun-Yen;Uesugi, Kotaro;Erkan, Nejdet;Okamoto, Koji
Nuclear Engineering and Technology
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v.53
no.9
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pp.2839-2846
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2021
In this study, experiments of downward-facing flow boiling were conducted to investigate material effects on CHF. Experiments were conducted using aluminum, copper, and carbon steel. It was found that different materials had different CHFs. Aluminum has the biggest CHF while copper has the lowest CHF for each mass flux. After experiment, surface wettability increased and surface became rougher, which was probably due to the oxidation process during nucleate boiling. The CHF difference is likely to be related to the surface wettability, roughness and thermal effusivity, which influences the bubble behavior and in turn affects CHF. Further studies are needed to determine which factor is dominant.
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.
At present, the Department of Energy (DOE) in Unite State are directing the efforts of developing accident tolerant fuel (ATF) technology. As the first barrier of nuclear fuel system, the material selection of fuel rod cladding for ATFs is a basic but very significant issue for the development of this concept. The advanced cladding is attractive for providing much stronger oxidation resistance and better in-pile behavior under sever accident conditions (such as SBO, LOCA) for giving more coping time and, of course, at least an equivalent performance under normal condition. In recent years, many researches on in-plie or out-pile physical properties of some suggested cladding materials have been conducted to solve this material selection problem. Base on published literatures, this paper introduced relevant research backgrounds, objectives, research institutions and their progresses on several main potential claddings include triplex SiC, FeCrAl and MAX phase material Ti3SiC2. The physical properties of these claddings for their application in ATF area are also reviewed in thermohydraulic and mechanical view for better understanding and simulating the behaviors of these new claddings. While most of important data are available from publications, there are still many relevant properties are lacking for the evaluations.
In this study, nonlinear analyses of prestressed concrete(PSC) test beams for inservice inspection of prestressed concrete containments for CANDU nuclear power plants are presented. In the analysis the material nonlinearities of concrete, rebar and prestressing steel are used. To reduce the numerical instability with respect to the used finite element mesh size, the tension stiffening effect has been considered. For concrete, the tensile stress-strain relationship derived from tests is modified and the stress-strain curve of rebar is assumed as a simple bilinear model. The stress-strain curve of prestressing steel is applied as a multilineal curve with the first straight line up to 0.8fpu. To prove the validity of the applied material models, the behavior and strength of the PSC test specimens tested to failure have been evaluated. A reasonable agreement between the experimental results and the predictions is obtained. Parametric studies on the tension stiffening effects, the impact of prestressing losses with time, and the compressive strength of concrete have been conducted.
We developed a compact gamma camera based on a modified uniformly redundant array coded aperture to investigate the position of a $UO_2$ pellet emitting characteristic X-rays (98.4 keV) and ${\gamma}-rays$ (185.7 keV). Experiments using an only-mask method and an antimask subtractive method were conducted, and the maximum-likelihood expectation maximization algorithm was used for image reconstruction. The images obtained via the antimask subtractive method were compared with those obtained using the only-mask method with regard to the signal-to-noise ratio. The reconstructed images of the antimask subtractive method were superior. The reconstructed images of the characteristic X-rays and the ${\gamma}-rays$ were combined with the obtained image using the optical camera. The combined images showed the precise position of the $UO_2$ pellet. According to the self-absorption ratios of the nuclear material and the minimum number of effective events for image reconstruction, we estimated the minimum detection time depending on the amount of nuclear material.
Kim, Jinsu;Yoon, Jeong Whan;Kim, Hyochan;Lee, Sung-Uk
Nuclear Engineering and Technology
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v.53
no.10
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pp.3379-3397
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2021
In this study, a multi-physics modeling method was developed to analyze a nuclear fuel rod's thermo-mechanical behavior especially for high temperature anisotropic creep deformation during ballooning and burst occurring in Loss of Coolant Accident (LOCA). Based on transient heat transfer and nonlinear mechanical analysis, the present work newly incorporated the nuclear fuel rod's special characteristics which include gap heat transfer, temperature and burnup dependent material properties, and especially for high temperature creep with material anisotropy. The proposed method was tested through various benchmark analyses and showed good agreements with analytical solutions. From the validation study with a cladding burst experiment which postulates the LOCA scenario, it was shown that the present development could predict the ballooning and burst behaviors accurately and showed the capability to predict anisotropic creep behavior during the LOCA. Moreover, in order to verify the anisotropic creep methodology proposed in this study, the comparison between modeling and experiment was made with isotropic material assumption. It was found that the present methodology with anisotropic creep could predict ballooning and burst more accurately and showed more realistic behavior of the cladding.
Wareing, Alan;Abrahamsen-Mills, Liam;Fowler, Linda;Grave, Michael;Jarvis, Richard;Metcalfe, Martin;Norris, Simon;Banford, Anthony William
Nuclear Engineering and Technology
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v.49
no.5
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pp.1010-1018
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2017
The European Treatment and Disposal of Irradiated Graphite and other Carbonaceous Waste project sought to develop best practices in the retrieval, treatment, and disposal of irradiated graphite including other irradiated carbonaceous waste such as structural material made of graphite, nongraphitized carbon bricks, and fuel coatings. Emphasis was given on legacy irradiated graphite, as this represents a significant inventory in respective national waste management programs. This paper provides an overview of the characteristics of graphite irradiated during its use, primarily as a moderator material, within nuclear reactors. It describes the potential techniques applicable to the retrieval, treatment, recycling/reuse, and disposal of these graphite wastes. Considering the lifecycle of nuclear graphite, from manufacture to final disposal, a number of waste management options have been developed. These options consider the techniques and technologies required to address each stage of the lifecycle, such as segregation, treatment, recycle, and ultimate disposal in a radioactive waste repository, providing a toolbox to aid operators and regulators to determine the most appropriate management strategy. It is noted that national waste management programs currently have, or are in the process of developing, respective approaches to irradiated graphite management. The output of the Treatment and Disposal of Irradiated Graphite and other Carbonaceous Waste project is intended to aid these considerations, rather than dictate them.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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