Andrius Slavickas;Tadas Kaliatka;Raimondas Pabarcius;Sigitas Rimkevicius
Nuclear Engineering and Technology
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v.54
no.12
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pp.4731-4742
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2022
RBMK fuel assemblies differ from other LWR FA due to a specific arrangement of the fuel rods, the low enrichment, and the used burnable absorber - erbium. Therefore, there is a challenge to adapt modeling tools, developed for other LWR types, to solve RBMK problems. A set of 10 different depletion simulation schemes were tested to estimate the impact on reactivity and spent fuel composition of possible SCALE code options for the neutron transport modelling and the use of different nuclear data libraries. The simulations were performed using cross-section libraries based on both, VII.0 and VII.1, versions of ENDF/B nuclear data, and assuming continuous energy and multigroup simulation modes, standard and user-defined Dancoff factor values, and employing deterministic and Monte Carlo methods. The criticality analysis with burn-up credit was performed for the SFP loaded with RBMK-1500 FA. Spent fuel compositions were taken from each of 10 performed depletion simulations. The criticality of SFP is found to be overestimated by up to 0.08% in simulation cases using user-defined Dancoff factors comparing the results obtained using the continuous energy library (VII.1 version of ENDF/B nuclear data). It was shown that such discrepancy is determined by the higher U-235 and Pu-239 isotopes concentrations calculated.
The uranium nuclear fuel used in nuclear power generation needs to be replaced with new fuel after a certain period. In South Korea, the spent nuclear fuel generated during this process is temporarily stored within the nuclear power plant site, and there are ongoing issues with the saturation of storage capacity. To address these problems, the South Korea government has established a plan to manage high-level radioactive waste, including provisions for securing interim storage facilities. An interim storage facility is designed to safely store spent nuclear fuel for certain period before its permanent disposal. This study analyzed leading international cases of interim storage facilities that are technically feasible and can reduce the operating period of temporary storage facilities for spent nuclear fuel within nuclear power plant sites. It also presented the technical concepts required for the operation of interim storage facilities for spent fuel from PWR(Pressurized Water Reactor), reflecting the situation in South Korea.
The harsh conditions in the reactor affect the thermal and mechanical performance of the fuel plate heavily. Some in-pile behaviors, like fission-induced swelling, can cause a large deformation of fuel plate at very high burnup, which may even disturb the flow of coolant. In this research, the emphasis is put on the thermal expansion, fission-induced swelling, interaction layer (IL) growth, creep of the fuel meat, and plasticity of the cladding for the U3Si2/Al dispersion fuel plate. A detailed model of the fuel meat swelling is developed. Taking these in-pile behaviors into consideration, the three-dimensional large deformation incremental constitutive relations and stress update algorithms have been developed to study its thermal-mechanical performance under normal conditions using Abaqus. Results have shown that IL can effectively decrease the thermal conductivity of fuel meat. The high Mises stress region mainly locates at the interface between fuel meat and cladding, especially around the side edge of the interface. With irradiation time increasing, the stress in the fuel plate gets larger resulting from the growth of fuel meat swelling but then decreases under the effect of creep deformation. For the cladding, plasticity deformation does not occur within the irradiation time.
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.
D. Pizzocri;M.G. Katsampiris;L. Luzzi;A. Magni;G. Zullo
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.8
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pp.3071-3079
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2023
Helium production in the nuclear fuel matrix during irradiation plays a critical role in the design and performance of Gen-IV reactor fuel, as it represents a life-limiting factor for the operation of fuel pins. In this work, a surrogate model for the helium production rate in fast reactor MOX fuels is developed, targeting its inclusion in engineering tools such as fuel performance codes. This surrogate model is based on synthetic datasets obtained via the SCIANTIX burnup module. Such datasets are generated using Latin hypercube sampling to cover the range of input parameters (e.g., fuel initial composition, fission rate density, and irradiation time) and exploiting the low computation requirement of the burnup module itself. The surrogate model is verified against the SCIANTIX burnup module results for helium production with satisfactory performance.
The operation of a nuclear power plant relies on precalculated nuclear design predictions based on core calculations of various reactor states. The fuel temperature is a crucial factor in determining the reactor fuel behavior, but assessing the temperature variation in a fuel pellet taking into account neutron transport is challenging. Detailed simulation of the temperature behavior within the fuel pellet can be obtained by coupling of Monte Carlo neutron transport codes with thermal-hydraulics solvers. However, this approach is not practical for standard nuclear design calculations, and computationally cheaper and faster methods must be used. In nuclear core simulators, a concept of a single "effective temperature" that yields the same neutron response as in the case of the actual temperature shape is mainly applied. This paper evaluates various fuel temperature models used in nuclear core simulation calculations, ultimately recommending a new effective temperature model that considers the burnup correction.
Cho, Sang Soon;Choi, Woo Seok;Seo, Ki-Seog;Yang, Yun-Young
Proceedings of the Korean Radioactive Waste Society Conference
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2017.05a
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pp.155-156
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2017
In this study, the structural integrity of the spent nuclear fuel assemblies was evaluated by carrying out a 0.3 m drop impact analysis, one of the normal transportation conditions of the nuclear fuel assemblies. For this purpose, the spent nuclear fuel assembly was modeled in detail as beam elements, and a coupled model for impact analysis was developed by inserting the modeled nuclear fuel assemblies into a cask.
Dual-cooled annular fuel allows a significant increase in power density while maintaining or improving safety margins. However, the dual-cooled design brings much higher Zircaloy charge in reactor core, which could cause a great threaten of hydrogen explosion during severe accidents. Hence, an innovative fuel combined dual-cooled annular geometry and SiC cladding was proposed for the first time in this study. Capabilities of fuel design and behavior simulation were developed for this new fuel by the upgrade of FROBA-ANNULAR code. Considering characteristics of both SiC cladding and dual-cooled annular geometry, the basic fuel design was proposed and preliminary proved to be feasible. After that, a design optimization study was conducted, and the optimal values of as-fabricated plenum pressure and gas gap sizes were obtained. Finally, the performance simulation of the new fuel was carried out with the full consideration of realistic operation conditions. Results indicate that in addition to possessing advantages of both dual-cooled annular fuel and accident tolerant cladding at the same time, this innovative fuel could overcome the brittle failure issue of SiC induced by pellet-cladding interaction.
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