Park, June-Ho;Kwon, Tae-Hyuk;Han, Gyeol;Kim, Jin-Seop;Hong, Chang-Ho;Lee, Hang-Lo
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.20
no.3
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pp.297-306
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2022
The acoustic emission (AE) is proposed as a feasible method for the real-time monitoring of the structural damage evolution in concrete materials that are typically used in the storage of nuclear wastes. However, the characteristics of AE signals emitted from concrete structures subjected to various environmental conditions are poorly identified. Therefore, this study examines the AE characteristics of the concrete structures during uniaxial compression, where the storage temperature and immersion conditions of the concrete specimens varied from 15℃ to 75℃ and from completely dry to water-immersion, respectively. Compared with the dry specimens, the water-immersed specimens exhibited significantly reduced uniaxial compressive strengths by approximately 26%, total AE energy by approximately 90%, and max RA value by approximately 70%. As the treatment temperature increased, the strength and AE parameters, such as AE count, AE energy, and RA value, of the dry specimens increased; however, the temperature effect was only minimal for the immersed specimens. This study suggests that the AE technique can capture the mechanical damage evolution of concrete materials, but their AE characteristics can vary with respect to the storage conditions.
Mcconnell, Paul;Hanson, Brady;Lee, Moo;Sorenson, Ken
Nuclear Engineering and Technology
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v.43
no.5
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pp.405-412
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2011
Used nuclear fuel will likely be stored dry for extended periods of time in the USA. Until a final disposition pathway is chosen, the storage periods will almost definitely be longer than were originally intended. The ability of the important-tosafety structures, systems, and components (SSCs) to continue to meet storage and transport safety functions over extended times must be determined. It must be assured that there is no significant degradation of the fuel or dry cask storage systems. Also, it is projected that the maximum discharge burnups of the used nuclear fuel will increase. Thus, it is necessary to obtain data on high burnup fuel to demonstrate that the used nuclear fuel remains intact after extended storage. An evaluation was performed to determine the conditions that may lead to failure of dry storage SSCs. This paper documents the initial technical gap analysis performed to identify data and modeling needs to develop the desired technical bases to ensure the safety functions of dry stored fuel.
The tendency to renewables is one of the consequences of changing attitudes towards energy issues. As a result, solar energy, which is the leader among renewable energies based on availability and potential, plays a crucial role in full filing global needs. Significant problems with the solar thermal power plants (STPP) are the operation time, which is limited by daylight and is approximately half of the power plants with fossil fuels, and the capital cost. Exergy analysis survey of STPP hybrid with PCM storage carried out using Engineering Equation Solver (EES) program with genetic algorithm (GA) for three different scenarios, based on eight decision variables, which led us to decrease final product cost (electricity) in optimized scenario up to 30% compare to base case scenario from 28.99 $/kWh to 20.27 $/kWh for the case study. Also, in the optimal third scenario of this plant, the inner carbon dioxide gas cycle produces 1200 kW power with a thermal efficiency of 59% and also 1000 m3/h water with an exergy efficiency of 23.4% and 79.70 kg/h with an overall exergy efficiency of 34% is produced in the tetrageneration plant.
The stability of engineered barriers in high-level radioactive waste disposal systems can be influenced by the decay heat generated by the waste. This study focuses on the thermal analysis of various canister designs to effectively lower the maximum temperature of the engineered barrier. A numerical model was developed and employed to investigate the heat dissipation potential of copper rings placed across the buffer. Various canister designs incorporating copper rings were presented, and numerical analysis was performed to identify the design with the most significant temperature reduction effect. The results confirmed that the temperature of the buffer material was effectively lowered with an increase in the number of copper rings penetrating the buffer. Parametric studies were also conducted to analyze the impact of technical gaps, copper thickness, and collar height on the temperature reduction. The numerical model revealed that the presence of gaps between the components of the engineered barrier significantly increased the buffer temperature. Furthermore, the reduction in buffer temperature varied depending on the location of the gap and collar. The methods proposed in this study for reducing the buffer temperature hold promise for contributing to cost reduction in radioactive waste disposal.
Alameri, Saeed A.;King, Jeffrey C.;Alkaabi, Ahmed K.;Addad, Yacine
Nuclear Engineering and Technology
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v.52
no.2
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pp.248-257
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2020
This study presents an initial design for a novel system consisting in a coupled nuclear reactor and a phase change material-based thermal energy storage (TES) component, which acts as a buffer and regulator of heat transfer between the primary and secondary loops. The goal of this concept is to enhance the capacity factor of nuclear power plants (NPPs) in the case of high integration of renewable energy sources into the electric grid. Hence, this system could support in elevating the economics of NPPs in current competitive markets, especially with subsidized solar and wind energy sources, and relatively low oil and gas prices. Furthermore, utilizing a prismatic-core advanced high temperature reactor (PAHTR) cooled by a molten salt with a high melting point, have the potential in increasing the system efficiency due to its high operating temperature, and providing the baseline requirements for coupling other process heat applications. The present research studies the neutronics and thermal hydraulics (TH) of the PAHTR as well as TH calculations for the TES which consists of 300 blocks with a total heat storage capacity of 150 MWd. SERPENT Monte Carlo and MCNP5 codes carried out the neutronics analysis of the PAHTR which is sized to have a 5-year refueling cycle and rated power of 300 MWth. The PAHTR has 10 metric tons of heavy metal with 19.75 wt% enriched UO2 TRISO fuel, a hot clean excess reactivity and shutdown margin of $33.70 and -$115.68; respectively, negative temperature feedback coefficients, and an axial flux peaking factor of 1.68. Star-CCM + code predicted the correct convective heat transfer coefficient variations for both the reactor and the storage. TH analysis results show that the flow in the primary loop (in the reactor and TES) remains in the developing mixed convection regime while it reaches a fully developed flow in the secondary loop.
The Firebrick Resistance-Heated Energy Storage (FIRES) concept developed by the Massachusetts Institute of Technology aims to enhance profitability of the nuclear power industry in the next decades. Studies carried out at Massachusetts Institute of Technology already provide estimates of the potential revenue from FIRES system when it is applied to industrial heat supply, the likely first application. Here, we investigate the possibility of operating a power plant (PP) with a fluoride-salt-cooled high-temperature reactor and a closed Brayton cycle. This variant offers features such as enhanced nuclear safety as well as flexibility in design of the PP but also radically changes the way of operating the PP. This exploratory study provides estimates of the revenue generated by FIRES in addition to the nominal revenue of the stand-alone fluoride-salt-cooled high-temperature reactor, which are useful for defining an initial design. The electricity price data is based on the day-ahead markets of Germany/Austria and the United States (Iowa). The proposed method derives from the equation of revenue introduced in this study and involves simple computations using MatLab to compute the estimates. Results show variable economic potential depending on the host grid but stress a high profitability in both regions.
High-temperature design evaluations were conducted on Type 316L stainless steel piping for a 700 ℃ large-capacity thermal energy storage verification test loop (TESET) under construction at KAERI. The hot leg piping with sodium coolant at 700 ℃ connects the main components of the loop heater, hot storage tank, and air-to-sodium heat exchanger. Currently, the design rules of ASME B31.1 and RCC-MRx provide design procedures for high-temperature piping in the creep range for Type 316L stainless steel. However, the design material properties around 700 ℃ are not available in those rules. Therefore, a number of material tests, including creep tests at various temperatures, were conducted to determine the insufficient material properties and relevant design coefficients so that high-temperature design on the 700 ℃ piping may be possible. It was shown that Type 316L stainless steel can be used in a 700 ℃ high-temperature piping system of Generation IV reactor systems or a renewable energy systems, such as thermal energy storage systems, for a limited operation time.
In the present study, radiation shielding and protection ability of prepared Flyash-lime-Gypsum (FaLG) bricks has been studied in terms of energy exposure build up factors and dose parameters. The energy exposure build up factors of Flyash-lime-Gypsum (FaLG) bricks have been calculated for the energy range of 0.015 MeV-15 MeV and for penetration depth upto 40 mfp directly using a new and simplified Piecewise Linear Spline Interpolation Method (PLSIM). In this new method, the calculations of G.P fitting parameters are not required. The verification and accuracy of this new method has been checked by comparing the results of exposure build up factor for NBS concrete calculated using present method with the results obtained by using G.P fitting method. Further, the relative dose distribution and reduced exposure dose rate for various radioactive isotopes without any shielding material and with Flyash-lime-Gypsum (FaLG) bricks have been calculated in the energy range of 59.59-1332 keV. On the basis of the obtained results, it has been reported that the prepared Flyash-lime-Gypsum (FaLG) bricks possess satisfactory radiation shielding properties and can be used as environmentally safe storage facilities for low level nuclear waste.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.20
no.2
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pp.255-258
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2022
Three government bodies, that is, the Ministry of Science and ICT (MSIT), Ministry of Trade, Industry, and Energy (MOTIE), and Nuclear Safety and Security (NSSC), jointly established the Institute for Korea Spent Nuclear Fuel (iKSNF) in December 2020 to secure the management technologies for spent nuclear fuel (SNF). The objective of iKSNF is to successfully conduct the long-term research and development program of the 「Development of Core Technologies to Ensure Safety of Spent Nuclear Fuel Storage and Disposal System」. Our program, known as the first multi-ministry program in the nuclear field of Korea, mainly focuses on developing core technologies required for the long-term management of SNF, including those for safe storage and deep geological disposal of SNF. The program comprises three subprograms and seven key projects covering the storage, disposal, and regulatory sectors of SNF management. Our program will last from 2021 through 2029, with a budget of approximately four billion USD sponsored by MSIT, MOTIE, and NSSC.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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