There is an increasing need in the United States and around the world to move used nuclear fuel from wet storage in fuel pools to dry storage in casks stored at independent spent fuel storage installations or interim storage sites. Under normal conditions, the Nuclear Regulatory Commission limits cladding temperature to $400^{\circ}C$ for high-burnup (>45 GWd/mtU) fuel, with higher temperatures allowed for low-burnup fuel. An analysis was conducted with FRAPCON-4.0 on three modern fuel designs with three representative used nuclear fuel storage temperature profiles that peaked at $400^{\circ}C$. Results were representative of the majority of US light water reactor fuel. They conservatively showed that hoop stress remains below 90 MPa at the licensing temperature limit. Results also show that the limiting case for hoop stress may not be at the highest rod internal pressure in all cases but will be related to the axial temperature and oxidation profiles of the rods at the end of life and in storage.
Kim, Sungki;Ko, Wonil;Nam, Hyoon;Kim, Chulmin;Chung, Yanghon;Bang, Sungsig
Nuclear Engineering and Technology
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v.49
no.5
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pp.1063-1070
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2017
This paper presents a method for forecasting future uranium prices that is used as input data to calculate the uranium cost, which is a rational key cost driver of the nuclear fuel cycle cost. In other words, the statistical autoregressive integrated moving average (ARIMA) model and existing engineering cost estimation method, the so-called escalation rate model, were subjected to a comparative analysis. When the uranium price was forecasted in 2015, the margin of error of the ARIMA model forecasting was calculated and found to be 5.4%, whereas the escalation rate model was found to have a margin of error of 7.32%. Thus, it was verified that the ARIMA model is more suitable than the escalation rate model at decreasing uncertainty in nuclear fuel cycle cost calculation.
Robertas Poskas;Kestutis Rackaitis;Povilas Poskas;Hussam Jouhara
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.7
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pp.2604-2612
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2023
Spent nuclear fuel and long-lived radioactive waste must be carefully handled before disposing them off to a geological repository. After the pre-storage period in water pools, spent nuclear fuel is stored in casks, which are widely used for interim storage. Interim storage in casks is very important part in the whole cycle of nuclear energy generation. This paper presents the results of the numerical study that was performed to evaluate the thermal behavior of a metal-concrete CONSTOR RBMK-1500 cask loaded with spent nuclear fuel and placed in an open type interim storage facility which is under fire conditions (steady-state, fire, post-fire). The modelling was performed using the ANSYS Fluent code. Also, a local sensitivity analysis of thermal parameters on temperature variation was performed. The analysis demonstrated that the maximum increase in the fuel load temperatures is about 10 ℃ and 8 ℃ for 30 min 800 ℃ and 60 min 600 ℃ fires respectively. Therefore, during the fire and the post-fire periods, the fuel load temperatures did not exceed the 300 ℃ limiting temperature set for an RBMK SNF cladding for long-term storage. This ensures that fire accident does not cause overheating of fuel rods in a cask.
This paper addresses the uncertainty quantification and sensitivity analysis of a depleted light-water fuel assembly of the Turkey Point-3 benchmark. The uncertainty of the fuel assembly decay heat and isotopic densities is quantified with respect to three different groups of diverse parameters: nuclear data, assembly design, and reactor core operation. The uncertainty propagation is conducted using a two-step analysis code system comprising the lattice code STREAM, nodal code RAST-K, and spent nuclear fuel module SNF through the random sampling of microscopic cross-sections, fuel rod sizes, number densities, reactor core total power, and temperature distributions. Overall, the statistical analysis of the calculated samples demonstrates that the decay heat uncertainty decreases with the cooling time. The nuclear data and assembly design parameters are proven to be the largest contributors to the decay heat uncertainty, whereas the reactor core power and inlet coolant temperature have a minor effect. The majority of the decay heat uncertainties are delivered by a small number of isotopes such as 241Am, 137Ba, 244Cm, 238Pu, and 90Y.
Taehyung Na;Youngoh Lee;Yeji Kim;Donghee Lee;Taehyeon Kim;Kiyoung Kim;Yongdeog Kim
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.22
no.2
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pp.201-210
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2024
Because most spent nuclear fuel storage casks have been designed for low burnup fuel, a safety-significant high burnup dry storage cask must be developed for nuclear facilities in Korea to store the increasing high burnup and damaged fuels. More than 20% of fuels generated by PWRs comprise high burnup fuels. This study conducted a structural safety evaluation of the preliminary designs for a high burnup storage cask with 21 spent nuclear fuels and evaluated feasible loading conditions under normal, off-normal, and accident conditions. Two types of metal and concrete storage casks were used in the evaluation. Structural integrity was assessed by comparing load combinations and stress intensity limits under each condition. Evaluation results showed that the storage cask had secured structural integrity as it satisfied the stress intensity limit under normal, off-normal, and accident conditions. These results can be used as baseline data for the detailed design of high burnup storage casks.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2003.05a
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pp.82-87
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2003
Nuclear fuel with a big slenderness ratio is susceptible to flow-induced vibration under very severe conditions of high temperature, high flow and exposure to irradiation in nuclear reactor. The fuel assembly should, therefore, be designed to escape any resonance due to the vibration during the reactor operation, in particular, in case of the design changes. In addition, the amplitudes due to the grid vibration, the fuel rod vibration and the fuel assembly vibration should be minimized to reduce the grid-to-rod fretting wear. Fuel assembly vibration tests in air at room temperature and in water at high temperature have been performed to investigate fuel vibration behaviors. The frequency and damping during the test in air have been compared to those in water. Through the hydraulic test, the advanced assembly has been evaluated not to be susceptible to any resonance. In addition, the test data from the tests can be used to make fuel model and to evaluate grid-to-rod fretting wear.
High-density UMo/Zr monolithic nuclear fuel plates have a promising application prospect in high flux research and test reactors. The solid state welding method called co-rolling is used for their fabrication. Hot co-rolling simulations for the composite blanks of UMo/Zr monolithic nuclear fuel plates are performed. The effects of coupon sizes and mechanical property parameters on the contact pressures between the to-be-bonded surfaces are investigated and analyzed. The numerical simulation results indicate that 1) the maximum contact pressures between the fuel coupon and the Zircaloy cover exist near the central line along the plate length direction; as a whole the contact pressures decrease toward the edges in the plate width direction; and lower contact pressures appear at a large zone near the coupon corner, where de-bonding is easy to take place in the in-pile irradiation environments; 2) the maximum contact pressures between the fuel coupon and the Zircaloy parts increase with the initial coupon thickness; after reaching a certain thickness value, the contact pressures hardly change, which was mainly induced by the complex deformation mechanism and special mechanical constitutive relation of fuel coupon; 3) softer fuel coupon will result in lower contact pressures and form interfaces being more out-of-flatness.
Ta Van Thuong;O.L. Tashlykov;S.M. Glukhov;D.E. Shumkov;Yu.V. Volchikhina
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.6
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pp.2088-2095
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2023
The safety of nuclear installations is largely determined by the tightness of fuel elements cladding. As the Fukushima nuclear accident showed, the main task in case of loss of power supply is to ensure reliable removal of residual heat release from spent fuel pool (SFP) with irradiated fuel assemblies (IFAs). The paper presents the results of calculated-experimental studies and thermal-hydraulic modeling of temperature storage modes of IFAs in SFP. Experimental studies of SFP's temperature regime and calculated evaluation of residual heat removal due to the thermal conductivity of building structures surrounding the SFP were performed. To ensure the safe operation of research reactors, it's necessary to know the IFA's residual heat power (RHP) in the reactor and SFP, which is determined depending on the operating time of fuel assemblies (FAs) and the IFAs calculated holding time. The FAs operating time depends on the reactor energy output. The IFAs calculated holding time is determined by the fuel burnup, U-235 mass in the fuel, and reactor utilization factor. The IFAs fuel burnup was calculated using the MCU-PTR program. Also presented are the RHP's calculation results using some of the empirical dependencies. The concept of a passive heat removal system (PHRS) based on thermosyphon's operating principle was proposed.
Shin, Jung Cheol;Yang, Jong Dae;Sung, Un Hak;Ryu, Sung Woo;Park, Young Woo
Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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v.16
no.2
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pp.18-24
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2020
When a damage occurs in the nuclear fuel burning in the reactor, fission products that should be in the nuclear fuel rod are released into the reactor coolant. In this case, sipping test, a series of non-destructive inspection methods, are used to find leakage in nuclear fuel assemblies during the power plant overhaul period. In addition, the sipping test is also used to check the integrity of the spent fuel for moving to an intermediate dry storage, which is carried out as the first step of nuclear decommissioning, . In this paper, the principle and characteristics of the sipping test are described. The structure of the sipping inspection equipment is largely divided into a suction device that collects fissile material emitted from a damaged assembly and an analysis device that analyzes their nuclides. In order to make good use of the sipping technology, the radioactive level behavior of the primary system coolant and major damage mechanisms in the event of nuclear fuel damage are also introduced. This will be a reference for selecting an appropriate sipping method when dismantling a nuclear power plant in the future.
The spent nuclear fuel is burned during the planned cycle in the plant and then generates elements such as actinide series, fission products, and plutonium with a long half-life. An 'interim storage' step is needed to manage the high radioactivity and heat emitted by nuclides until permanent-disposal. In the case of Korea, there is no space to dispose of high-level radioactive waste after use, so there is a need for a period of time using interim storage. Therefore, the intensity of neutrons and gamma-ray must be determined to ensure the integrity of spent nuclear fuel during interim storage. In particular, the most important thing in spent nuclear fuel is burnup evaluation, estimation of the source term of neutrons and gamma-ray is regarded as a reference measurement of the burnup evaluation. In this study, an analysis of spent nuclear fuel was conducted by setting up a virtual fuel burnup case based on CE16×16 fuel to check the total amount and spectrum of neutron, gamma radiation produced. The correlation between BU (burnup), IE (enrichment), and CT (cooling time) will be identified through spent nuclear fuel burnup calculation. In addition, the composition of nuclide inventory, actinide and fission products can be identified.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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