The Gaussian process model (GPM) is a flexible surrogate model that can be used for nonparametric regression for multivariate problems. A unique feature of the GPM is that a prediction variance is automatically provided with the regression function. In this paper, we estimate the safety margin of a nuclear power plant by performing regression on the output of best-estimate simulations of a large-break loss-of-coolant accident with sampling of safety system configuration, sequence timing, technical specifications, and thermal hydraulic parameter uncertainties. The key aspect of our approach is that the GPM regression is only performed on the dominant input variables, the safety injection flow rate and the delay time for AC powered pumps to start representing sequence timing uncertainty, providing a predictive model for the peak clad temperature during a reflood phase. Other uncertainties are interpreted as contributors to the measurement noise of the code output and are implicitly treated in the GPM in the noise variance term, providing local uncertainty bounds for the peak clad temperature. We discuss the applicability of the foregoing method to reduce the use of conservative assumptions in best estimate plus uncertainty (BEPU) and Level 1 probabilistic safety assessment (PSA) success criteria definitions while dealing with a large number of uncertainties.
To investigate the realistic behavior of mass and energy release and resultant containment response during large break Loss of Coolant accident (LOCA), analyses are performed for Yonggwang (YGN) 3&4 nuclear power plants by using a merged version of RELAP5/CONTEMPT4 computer code. Comparative analyses by using conservative design computer codes are also peformed. The break types analyzed are the double-ended guillotine breaks at the cold leg and hot leg. The design analysis resulted in containment peak pressure during post-blowdown phase for the cold leg break. However, the RELAP5/CONTEMPT4 analyses show that the containment pressure has a peak during blowdown phase, thereafter it decreases monotonously without the second port-blowdown peak. For the hot leg break, revised design analysis shows much lower pressure than that reported in YGN 3&4 final safety analysis report. The RELAP5/CONTEMPT4 analysis shoos similar trend and confirmed that the bypass flow through the broken loop steam generator during post-blowdown is negligibly small compared to that of cold leg break. The low pressure and temperature predicted tv realistic analysis presented in this paper suggest that the design analysis methodology contains substantial margin and it can be improved to provide benefit in investment protection, such as, relaxing plant technical specifications and reducing containment design pressure.
Ham, Jaehyun;Cho, Jaehyun;Kim, Jaewhan;Kang, Hyun Gook
Nuclear Engineering and Technology
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v.51
no.2
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pp.402-409
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2019
When a loss of coolant accident (LOCA) occurs in a nuclear power plant, accident scenarios which can prevent core damage are defined based on break size. Current probabilistic safety assessment evaluates that core damage can be prevented under small-break LOCA (SBLOCA) and steam generator tube rupture (SGTR) with rapid cool down (RCD) strategy when all safety injection systems are unavailable. However, previous research has pointed out a limitation of RCD in terms of initiation time. Therefore, RCD success criteria estimation based on allowable coping time under a SBLOCA or SGTR when all safety injection systems are unavailable was performed based on time-line and thermal-hydraulic analyses. The time line analysis assumed a single emergency operating procedure flow, and the thermal hydraulic analysis utilized MARS-KS code with variables of break size, cooling rate, and operator allowable time. Results show while RCD is possible under SGTR, it is impossible under SBLOCA at the APR1400's current cooling rate limitation of 55 K/hr. A success criteria map for RCD under SBLOCA is suggested without cooling rate limitation.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.22
no.5
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pp.554-560
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2021
CRUD (chalk river unidentified deposits) is a porous material deposited on the surface of nuclear fuel during nuclear power plant operation. The CRUD is composed of metal oxides, such as iron, nickel, and chromium. It is essential to investigate the effects of the CRUD layer on the wall heat transfer between the nuclear fuel surface and the coolant in the event of a nuclear accident. CRUD only negatively affects the temperature of the nuclear fuel due to heat resistance because the effects of the CRUD layer on two-phase boiling heat transfer are not considered. In this study, the physical property models for the porous CRUD layer were developed and implemented into the SPACE code. The effects of boiling heat transfer models on the peak cladding temperature and quenching were investigated by simulating a reflood experiment. The calculation results showed some positive effects of the CRUD layer.
KHNP CRI has developed APR+ nuclear power plant since 2007, which is GEN III+ model with 1500 MWe capacity. To develop safer nuclear power plant than APR1400, we investigated advanced design features of ALWR being constructed in Korea and being developed/constructed in foreign countries. We applied the advanced design features and lessons learned from Fukushima accident to develop APR+ standard design suitable for both domestic construction and overseas construction business. One economic assessments have performed during safety design improvement phase(2013.1 ~ 2015.12) of APR+. The result of the economic analysis for APR+ safety inhancement design showed that APR+ N-th plant is about 39.2% more economical than coal-fired 1,000MW power plant. Also APR+ plant is more cost advantage over foreign advanced nation ALWRs.
Park, Younwon;Kim, Hyungjin;Lim, Jihan;Choi, Seongsoo
Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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v.14
no.2
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pp.49-58
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2018
The regulatory periodic inspection program (PSI) conducted at every overhaul period is the most important process for confirming the safety of nuclear power plants. The PSI for operating nuclear power plants in Korea mainly consist of component level performance check that had been developed based on deterministic approach putting the same degree of importance to all the inspection items. This inspection methodology is likely to be effective for preoperational inspection. However, once the plant is put into service, the PSI must be focused on whether to minimize the risk of accident using defense-in-depth concept and risk insight. The incorporation of defense-in-depth concept and risk insight into the deterministic based safety inspection has not been well studied so far. In this study, two track approaches are proposed to make sure that core damage be avoided: one is to secure success path and the other to block the failure path in a specific event tree of PSA. The investigation shows how to select safety important components and how to set up inspection group to ensure that core damage would not occur for a given initiating event, which results in strengthening defense-in-depth level 3.
Journal of the Korean Professional Engineers Association
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v.44
no.6
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pp.40-44
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2011
Nuclear energy in Korea began in 1958, when the Korea's atomic energy act was formulated and the relevant organizations were founded. Since then, notwithstanding the two catastrophe like TMI and Chernobyl accident, Korea made a wise decision to expand the peaceful uses of the nuclear energy as well as to localize the essential nuclear design technology of fuel and nuclear steam supply system. This decision resulted in the success of export of nuclear power plants as well as research reactor in 2010s. The Korea's nuclear policy, which well utilized 'international crisis in nuclear business' as 'opportunity of Korea to get. nuclear technology', is believed nice policy as a role model of nuclear new-comer countries. Based upon the success story of localization of nuclear technology, Korea had an eye for a niche market, which was a basis of development of SMART, Korea-made integral PWR. The operation of a SMART plant can sufficiently provide not only electricity but also fresh water for 100,000 residents. Last two years, Korea's nuclear industry team led by the Korea Atomic Energy Research Institute completed the standard design of SMART and applied to the Korea's regulatory body for standard design approval. Now the Korea's licensing authority is reviewing the design with the relevant documents, and the design team is doing its best to realize its hope to get the approval by the end of this year. From next year, the SMART business including construction and export will be explored by the KEPCO consortium.
Jung, Woo Sik;Lee, Hye Rin;Kim, Jae-Ryang;Lee, Gee Man
Nuclear Engineering and Technology
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v.52
no.10
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pp.2221-2229
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2020
After the Fukushima Daiichi nuclear power plant (NPP) accident, level 3 probabilistic safety assessment (PSA) has emerged as an important task in order to assess the risk level of the multi-unit NPPs in a single nuclear site. Accurate calculation of the radionuclide concentrations and exposure doses to the public is required if a nuclear site has multi-unit NPPs and large number of people live near NPPs. So, there has been a great need to develop a new method or procedure for the fast and accurate offsite consequence calculation for the multi-unit NPP accident analysis. Since the multi-unit level 3 PSA is being currently performed assuming that all the NPPs are located at the same position such as a center of mass (COM) or base NPP position, radionuclide concentrations or exposure doses near NPPs can be drastically distorted depending on the locations, multi-unit NPP alignment, and the wind direction. In order to overcome this disadvantage of the COM method, the idea of a new multiple location (ML) method was proposed and implemented into a new tool MURCC (multi-unit radiological consequence calculator). Furthermore, the MURCC code was further improved for the multi-unit level 3 PSA that has the arbitrary number of multi-unit NPPs. The objectives of this study are to (1) qualitatively and quantitatively compare COM and ML methods, and (2) demonstrate the strength and efficiency of the ML method. The strength of the ML method was demonstrated by the applications to the multi-unit long-term station blackout (LTSBO) accidents at the four-unit Vogtle NPPs. Thus, it is strongly recommended that this ML method be employed for the offsite consequence analysis of the multi-unit NPP accidents.
Hydrogen safety is one of important issues for future public usage of hydrogen. When hydrogen is released in a compartment, the occurrence of detonation must be prohibited. In order to evaluate the possibility of DDT (Deflagration to Detonation Transition) in the compartment with the hydrogen release, sigma-lambda criteria which were developed from experimental data are commonly used. But they give a little conservative results because they do not consider the detailed geometrical effect of the compartment. This is the main reason of the need to mechanistic combustion model for evaluation of hydrogen flame propagation and acceleration. In this study, sigma-lambda criteria and combustion model were systematically applied to evaluate a possibility of DDT in a IRWST compartment of APR1400 nuclear power plant during a hypothetical accident. A combustion model in an open source CFD code OpenFOAM has been applied for analyses of hydrogen flame propagation. The model was validated by evaluating the flame acceleration tests conducted in FLAME facility. And it was applied to evaluate the characteristics of a hydrogen flame propagation in the IRWST compartment of APR1400.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.35
no.3
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pp.255-262
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2011
In a loss-of-coolantaccident, considerable debris may be generated and transported to the recirculation sump. The accumulation of debris will reduce the netpositivesuctionhead and threaten the safety of thenuclear power plant. Both NEI 04-07 and USNRC SER suggesteda CFD methodology. However, additional investigation is needed to consider the unique characteristics of nuclear power plants. The transport of the generated debris is strongly influenced by the break location and the plant characteristics, including the configuration.In this paper, a CFD methodology for blow-down transport evaluation is proposed and applied to an OPR1000 nuclear power plant. The results show that the percentage of small debris transported to the upper containment is 32%, which is 7% larger than the valuegiven in the NEI 04-07 baseline analysis. This result may be used as a point of reference in future analytical studies.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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