Journal of the Korean Society of Systems Engineering
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v.19
no.2
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pp.46-58
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2023
Deterministic safety analysis is a crucial part of safety assessment, particularly when it comes to demonstrating the safety of nuclear power plant designs. The traditional approach to deterministic safety analysis models is to model the nuclear core using point kinetics. However, this simplified approach does not fully reflect the real core behavior with proper moderator and fuel reactivity feedbacks during the transient. The use of Multi-Physics approach allows more precise simulation reflecting the inherent three-dimensionality (3D) of the problem by representing the detailed 3D core, with instantaneous updates of feedback mechanisms due to changes of important reactivity parameters like fuel temperature coefficient (FTC) and moderator temperature coefficient (MTC). This paper addresses a CEA ejection accident at hot full power (HFP), in which the underlying strong and un-symmetric feedback between thermal-hydraulics and reactor kinetics exist. For this purpose, a multi-physics analysis tool has been selected with the nodal kinetics code, 3DKIN, implicitly coupled to the thermal-hydraulic code, RELAP5, for real-time communication and data exchange. This coupled approach enables high fidelity three-dimensional simulation and is therefore especially relevant to reactivity initiated accident (RIA) scenarios and power distribution anomalies with strong feedback mechanisms and/or un-symmetrical characteristics as in the CEA ejection accident. The Systems Engineering approach is employed to provide guidance in developing the work in a systematic and efficient fashion.
The concrete structures related to nuclear safety are threatened by accidental impact loadings, mainly including the low-velocity drop-weight impact (e.g., spent fuel cask and assembly, etc. with the velocity less than 20 m/s) and high-speed projectile impact (e.g., steel pipe, valve, turbine bucket, etc. with the velocity higher than 20 m/s), while the existing studies are still limited in the impact resistant design of nuclear power plant (NPP), especially the primary RC slab. This paper aims to propose the numerical simulation and theoretical approaches to assist the impact-resistant design of RC slab in NPP. Firstly, the continuous surface cap (CSC) model parameters for concrete with the compressive strength of 20-70 MPa are fully calibrated and verified, and the refined numerical simulation approach is proposed. Secondly, the two-degree freedom (TDOF) model with considering the mutual effect of flexural and shear resistance of RC slab are developed. Furthermore, based on the low-velocity drop hammer tests and high-speed soft/hard projectile impact tests on RC slabs, the adopted numerical simulation and TDOF model approaches are fully validated by the flexural and punching shear damage, deflection, and impact force time-histories of RC slabs. Finally, as for the two low-velocity impact scenarios, the design procedure of RC slab based on TDOF model is validated and recommended. Meanwhile, as for the four actual high-speed impact scenarios, the impact-resistant design specification in Chinese code NB/T 20012-2019 is evaluated, the over conservation of which is found, and the proposed numerical approach is recommended. The present work could beneficially guide the impact-resistant design and safety assessment of NPPs against the accidental impact loadings.
Gilyong Cha;Minhye Lee;Soonyoung Kim;Minchul Kim;Hyunmin Kim
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.7
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pp.2489-2497
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2023
Co and Eu impurities in the SSCs are nuclides that dominantly influence the neutron-induced radioactive inventory in metal and concrete radwastes (radioactive wastes) during NPP decommission. The impurity concentrations provided by NUREG/CR-3474 were used for the practical range of Co and Eu impurity concentrations to be applied to the code calculations. Metal structures near the core were evaluated to be ILW (intermediate-level waste) for the whole range of Co impurity concentration, so the boundary line between ILW and LLW (low-level waste) has no change for the whole concentration range provided by NUREG/CR-3474. Also, the boundary line between VLLW (very low-level waste) and CW (clearance waste) in the concrete shield could alter a little depending on the Eu impurity concentration within the range provided by NUREG/CR-3474. From this work, it is found that the concentration of material impurities of SSCs gives no critical impact on determining radwaste levels.
"Scaling" plays an important role for safety analyses in the licensing of water cooled nuclear power reactors. Accident analyses, a sub set of safety analyses, is mostly based on nuclear reactor system thermal hydraulics, and therefore based on an adequate experimental data base, and in recent licensing applications, on best estimate computer code calculations. In the field of nuclear reactor technology, only a small set of the needed experiments can be executed at a nuclear power plant; the major part of experiments, either because of economics or because of safety concerns, has to be executed at reduced scale facilities. How to address the scaling issue has been the subject of numerous investigations in the past few decades (a lot of work has been performed in the 80thies and 90thies of the last century), and is still the focus of many scientific studies. The present paper proposes a "roadmap" to scaling. Key elements are the "scaling-pyramid", related "scaling bridges" and a logical path across scaling achievements (which constitute the "scaling puzzle"). The objective is addressing the scaling issue when demonstrating the applicability of the system codes, the "key-to-scaling", in the licensing process of a nuclear power plant. The proposed "road map to scaling" aims at solving the "scaling puzzle", by introducing a unified approach to the problem.
In the last decade, the best estimate plus uncertainty methodologies in nuclear technology and nuclear power plant design have become a trending topic in the nuclear field. Since BEPU was allowed for licensing purposes by the most important regulator bodies, different uncertainty assessment methods have become popular, overall non-parametric methods. While non-parametric tolerance regions can be well stated and used in uncertainty quantification for licensing purposes, the propagation of the uncertainty through different codes (multi-scale, multiphysics) in cascade needs a better depiction of uncertainty than the one provided by the tolerance regions or a probability distribution. An alternative method based on the parametric or distributional probability boxes is used to perform uncertainty quantification and propagation regarding statistic uncertainty from one code to another. This method is sample-size independent and allows well-defined tolerance intervals for uncertainty quantification, manageable for uncertainty propagation. This work characterizes the distributional p-boxes behavior on uncertainty quantification and uncertainty propagation through nested random sampling.
Garcia, Manuel;Vocka, Radim;Tuominen, Riku;Gommlich, Andre;Leppanen, Jaakko;Valtavirta, Ville;Imke, Uwe;Ferraro, Diego;Uffelen, Paul Van;Milisdorfer, Lukas;Sanchez-Espinoza, Victor
Nuclear Engineering and Technology
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v.53
no.10
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pp.3133-3150
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2021
This work deals with the validation of a high-fidelity multiphysics system coupling the Serpent 2 Monte Carlo neutron transport code with SUBCHANFLOW, a subchannel thermalhydraulics code, and TRANSURANUS, a fuel-performance analysis code. The results for a full-core pin-by-pin burnup calculation for the ninth operating cycle of the Temelín II VVER-1000 plant, which starts from a fresh core, are presented and assessed using experimental data. A good agreement is found comparing the critical boron concentration and a set of pin-level neutron flux profiles against measurements. In addition, the calculated axial and radial power distributions match closely the values reported by the core monitoring system. To demonstrate the modeling capabilities of the three-code coupling, pin-level neutronic, thermalhydraulic and thermomechanic results are shown as well. These studies are encompassed in the final phase of the EU Horizon 2020 McSAFE project, during which the Serpent-SUBCHANFLOW-TRANSURANUS system was developed.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.16
no.3
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pp.331-337
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2018
The decommissioning of nuclear power plants is generally executed in five steps, including preparation, decontamination, cutting/demolition, waste disposal and environmental restoration. So, for efficient decommissioning of nuclear power plants, worker safety, effects compared to cost, minimization of waste, possibility of reuse, etc., shall be considered. Worker safety and measurement technology shall be secured to exert optimal efficiency of nuclear power plant decommissioning work, for which accurate measurement technology for systems and devices is necessary. Typical In-Situ methods for decommissioning of nuclear plants are CZT, Gamma Camera and ISOCS. This study used ISOCS, which can be applied during the decommissioning of a nuclear power plant site without collecting representative samples, to take measurements of the S/G Water Chamber. To validate the measurement values, Microshield and the GEANT4 code was used as the actual method were used for modeling, respectively. The comparison showed a difference of $1.0{\times}10^1Bq$, which indicates that it will be possible to reduce errors due to the influence of radiation in the natural environment and the precision of modeling. Based on the research results of this paper, accuracy and reliability of measurement values will be analyzed and the applicability of the direct measurement method during the decommissioning of NPPs will be assessed.
A web-based client/server program, MOVIDIK(Motor-Operated-Valve Integrated Database Information of KEPCO) has been developed to perform a design basis safety evaluation for a motor-operated-valve(MOV) in the nuclear power plant. The MOVIDIK consists of seven analysis modules and one administrative module. The analysis module calculates a differential pressure on the valve disk, thrust/torque acting at a valve stem, maximum allowable stress, thermal-overload-relay selection, voltage degradation, actuator output and margin. In addition, the administrative module manages user information, approval system and code information. MOVIDIK controls a huge amount of evaluation data and piles up the safety information of safety-related MOV. The MOVIDIK will improve the efficiency of safety evaluation work and standardize the analysis process for the MOV.
David Pialla;Stephanie Sala;Yann Morvan;Lucie Dreano;Denis Berne;Eleonore Bavoil
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.3
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pp.880-885
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2024
For Safety Assisted Engineering works, real-time simulators have emerged as a mandatory tool among all the key actors involved in the nuclear industry (utilities, designers and safety authorities). EDF, Electricité de France, as the leading worldwide nuclear power plant operator, has a crucial need for efficient and updated simulation tools for training, operating and safety analysis support. This paper will present the work performed at EDF/DT to develop a new generation of engineering simulator to fulfil these tasks. The project is called SiRENE, which is the acronym of Re-hosted Engineering Simulator in French. The project has been economically challenging. Therefore, to benefit from existing tools and experience, the SiRENE project combines: - A part of the process issued from the operating fleet training full-scope simulator. - An improvement of the simulator prediction reliability with the integration of High-Fidelity models, used in Safety Analysis. These High-Fidelity models address Nuclear Steam Supply System code, with CATHARE thermal-hydraulics system code and neutronics, with COCCINELLE code. - And taking advantage of the last generation and improvements of instructor station. The intensive and challenging uses of the new SiRENE engineering simulator are also discussed. The SiRENE simulator has to address different topics such as verification and validation of operating procedures, identification of safety paths, tests of I&C developments or modifications, tests on hydraulics system components (pump, valve etc.), support studies for Probabilistic Safety Analysis (PSA). etc. It also emerges that SiRENE simulator is a valuable tool for self-training of the newcomers in EDF nuclear engineering centers. As a modifiable tool and thanks to a skillful team managing the SiRENE project, specific and adapted modifications can be taken into account very quickly, in order to provide the best answers for our users' specific issues. Finally, the SiRENE simulator, and the associated configurations, has been distributed among the different engineering centers at EDF (DT in Lyon, DIPDE in Marseille and CNEPE in Tours). This distribution highlights a strong synergy and complementarity of the different engineering institutes at EDF, working together for a safer and a more profitable operating fleet.
Ha, Yeong-Keong;Kim, Jung-Suck;Jeon, Young-Shin;Han, Sun-Ho;Seo, Hang-Seok;Song, Kyu-Seok
Nuclear Engineering and Technology
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v.42
no.1
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pp.79-88
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2010
Spent $UO_2$ nuclear fuel discharged from a nuclear power plant (NPP) contains fission products, U, Pu, and other actinides. Due to neutron capture by $^{238}U$ in the rim region and a temperature gradient between the center and the rim of a fuel pellet, a considerable increase in the concentration of fission products, Pu, and other actinides are expected in the pellet periphery of high burnup fuel. The characterization of the radial profiles of the various isotopic concentrations is our main concern. For an analysis, spent nuclear fuels originating from the Yeonggwang-2 pressurized water reactor (PWR) were chosen as the test specimens. In this work, the distributions of some actinide isotopes were measured from center to rim of the spent fuel specimens by a radiation shielded laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometer (LA-ICP-MS) system. Sampling was performed along the diameter of the specimen by reducing the sampling intervals from 500 ${\mu}m$ in the center to 100 ${\mu}m$ in the pellet periphery region. It was observed that the isotopic concentration ratios for minor actinides in the center of the specimen remain almost constant and increase near the pellet periphery due to the rim effect apart from the $^{236}U$ to $^{235}U$ ratio, which remains approximately constant. In addition, the distributions of local burnup were derived from the measured isotope ratios by applying the relationship between burnup and isotopic ratio for plutonium and minor actinides calculated by the ORIGEN2 code.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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