Currently, in order to resist the scratching of the fuel rod surface while fabricating the fuel assembly of the light-water nuclear reactor, we use a solution of nitrocellulose, an explosive material, as a dry lubricant along with its solvent. However, the demand for developing safe and harmless aqueous alternative materials for environment-conservation and field-worker safety has increased. In this study, we demonstrate the preparation of a novel aqueous resin composite using a formulation of aqueous polymeric resin, alcoholic solvent, and water. Subsequently, we characterize this composite on the basis of hardness, adhesive property, and water solubility using plates similar to the fuel rod material. The insertion test of a fuel rod coated with the YS-3 composite shows load values of $18.8-20.5kg/cm^2$, which is comparable with $18.8-20.5kg/cm^2$ of the nitrocellulose coating agent. In addition, the depth and width of longitudinal scratches caused by the YS-3 composite test are 50% higher than those of the standard. We can develop a harmless and safe aqueous dry lubricant to replace the existing NC products through field testing of 264 pieces of fuel rods, after producing 350 kg of the YS-3 prototype. The scratch test for the rod surface showed that weight of chip of YS-3 prototype was smaller than that of NC before and after solvent treatment, indicating the properties of YS-3 prototype was comparable to the counterpart.
Lee, Jeongmook;Park, Jai Il;Youn, Young-Sang;Ha, Yeong-Keong;Kim, Jong-Yun
Nuclear Engineering and Technology
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v.49
no.3
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pp.645-650
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2017
This technical note demonstrates the feasibility of using laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry for the characterization of U-7Mo/Ale5Si dispersion fuel. Our measurements show 5.0% Relative Standard Deviation (RSD) for the reproducibility of measured $^{98}Mo/^{238}U$ ratios in fuel particles from spot analysis, and 3.4% RSD for $^{98}Mo/^{238}U$ ratios in a NIST-SRM 612 glass standard. Line scanning allows for the distinction of U-7Mo fuel particles from the Al-5Si matrix. Each mass spectrum peak indicates the presence of U-7Mo fuel particles, and the time width of each peak corresponds to the size of that fuel particle. The size of the fuel particles is estimated from the time width of the mass spectrum peak for $^{98}Mo$ by considering the scan rate used during the line scan. This preliminary application clearly demonstrates that laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry can directly identify isotope ratios and sizes of the fuel particles in U-Mo/Al dispersion fuel. Once optimized further, this instrument will be a powerful tool for investigating irradiated dispersion fuels in terms of fission product distributions in fuel matrices, and the changes in fuel particle size or shape after irradiation.
Journal of the Korean Society of Systems Engineering
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v.17
no.2
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pp.82-90
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2021
The spent fuel pool (SFP) of a nuclear power plant functions to store the spent fuel. The spent fuel pool is designed to properly remove the decay heat generated from the spent fuel. If the cooling function is lost and proper operator action is not taken, the spent fuel in the storage pool can be damaged. Probabilistic safety assessment (PSA) is a safety evaluation method that can evaluate the risk of a large and complex system. So far, the probabilistic safety assessment of nuclear power plants has been mainly performed on the reactor. This study defined the requirements and the functional architecture for the probabilistic safety assessment of the spent fuel pool (SFP-PSA) by applying the systems engineering process. And, a systematic and efficient methodology was defined according to the architecture.
Cechet, A.;Altieri, S.;Barani, T.;Cognini, L.;Lorenzi, S.;Magni, A.;Pizzocri, D.;Luzzi, L.
Nuclear Engineering and Technology
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v.53
no.6
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pp.1893-1908
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2021
In light of the importance of helium production in influencing the behaviour of fast reactor fuels, in this work we present a burn-up module with the objective to calculate the production of helium in both in-pile and out-of-pile conditions tracking the evolution of 23 alpha-decaying actinides. This burn-up module relies on average microscopic cross-section look-up tables generated via SERPENT high-fidelity calculations and involves the solution of the system of Bateman equations for the selected set of actinide nuclides. The results of the burn-up module are verified in terms of evolution of actinide and helium concentrations by comparing them with the high-fidelity ones from SERPENT, considering two representative test cases of (U,Pu)O2 fuel in fast reactor conditions. In addition, a code-to-code comparison is made with the independent state-of-the-art module TUBRNP (implemented in the TRANSURANUS fuel performance code) for the same test cases. The herein presented burn-up module is available in the SCIANTIX code, designed for coupling with fuel performance codes.
In terms of safety and the efficient management of spent fuel storage, detecting failed fuel is one of the most important tasks in a CANada Deuterium Uranium (CANDU) reactor operation. It has been successfully demonstrated that in a CANDU reactor, on-power failed fuel detection and location systems, along with alarm area gamma monitors, can detect and locate defective and suspect fuel bundles before discharging them from the reactor to the spent fuel storage bay. In the reception bay, however, only visual inspection has been used to identify suspect bundles. Gaseous fission product and delayed neutron monitoring systems cannot precisely distinguish failed fuel elements from each fuel bundle. This study reports the use of a sipping system in a CANDU reactor for the integrity assessment of spent fuel bundles. The integrity assessment of spent fuel bundles using this sipping system has shown promise as a nondestructive test for detecting a defective fuel bundle in a CANDU reactor.
The most important advantage of nanoparticles is the increased thermal conductivity coefficient and convection heat transfer coefficient so that, as a result of using a 1.5% volume concentration of nanoparticles, the thermal conductivity coefficient would increase by about twice. In this paper, the effects of a nanofluid ($TiO_2$/water) on heat transfer characteristics such as the thermal conductivity coefficient, heat transfer coefficient, fuel clad, and fuel center temperatures in a VVER-1000 nuclear reactor are investigated. To this end, the cell equivalent of a fuel rod and its surrounding coolant fluid were obtained in the hexagonal fuel assembly of a VVER-1000 reactor. Then, a fuel rod was simulated in the hot channel using Computational Fluid Dynamics (CFD) simulation codes and thermohydraulic calculations (maximum fuel temperature, fluid outlet, Minimum Departure from Nucleate Boiling Ratio (MDNBR), etc.) were performed and compared with a VVER-1000 reactor without nanoparticles. One of the most important results of the analysis was that heat transfer and the thermal conductivity coefficient increased, and usage of the nanofluid reduced MDNBR.
KIM, JUNG SUK;JEON, YOUNG SHIN;PARK, SOON DAL;HA, YEONG-KEONG;SONG, KYUSEOK
Nuclear Engineering and Technology
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v.47
no.7
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pp.924-933
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2015
The correlation of the isotopic composition of uranium, plutonium, neodymium, and cesium with the burnup for high burnup pressurized water reactor fuels irradiated in nuclear power reactors has been experimentally investigated. The total burnup was determined by Nd-148 and the fractional $^{235}U$ burnup was determined by U and Pu mass spectrometric methods. The isotopic compositions of U, Pu, Nd, and Cs after their separation from the irradiated fuel samples were measured using thermal ionization mass spectrometry. The contents of these elements in the irradiated fuel were determined through an isotope dilution mass spectrometric method using $^{233}U$, $^{242}Pu$, $^{150}Nd$, and $^{133}Cs$ as spikes. The activity ratios of Cs isotopes in the fuel samples were determined using gamma-ray spectrometry. The content of each element and its isotopic compositions in the irradiated fuel were expressed by their correlation with the total and fractional burnup, burnup parameters, and the isotopic compositions of different elements. The results obtained from the experimental methods were compared with those calculated using the ORIGEN-S code.
Lee, Chaehun;Seo, Hee;Menlove, Spencer H.;Menlove, Howard O.
Nuclear Engineering and Technology
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v.52
no.5
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pp.1022-1028
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2020
One of the possible options for spent-fuel management in Korea is pyroprocessing, which is a process for electrochemical recycling of spent nuclear fuel. Nuclear material accountancy is considered to be a safeguards measure of fundamental importance, for the purposes of which, the amount of nuclear material in the input and output materials should be measured as accurately as possible by means of chemical analysis and/or non-destructive assay. In the present study, a neutron measurement system based on the fast-neutron energy multiplication (FNEM) and passive neutron albedo reactivity (PNAR) techniques was designed for nuclear material accountancy of a spent-fuel assembly (i.e., the input accountancy of a pyroprocessing facility). Various parameters including inter-detector distance, source-to-detector distance, neutron-reflector material, the structure of a cadmium sleeve around the close detectors, and an air cavity in the moderator were investigated by MCNP6 Monte Carlo simulations in order to maximize its performance. Then, the detector responses with the optimized geometry were estimated for the fresh-fuel assemblies with different 235U enrichments and a spent-fuel assembly. It was found that the measurement technique investigated here has the potential to measure changes in neutron multiplication and, in turn, amount of fissile material.
Park, Chanwoo;Baek, Min Kyu;Kang, In-soo;Lee, Seongyeon;Chung, Heejun;Chung, Yong Hyun
Nuclear Engineering and Technology
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v.54
no.2
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pp.601-607
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2022
In recent years, monitoring of spent nuclear fuel inside dry cask storage has become an important area of national security. Muon tomography is a useful method for monitoring spent nuclear fuel because it uses high energy muons that penetrate deep into the target material and provides a 3-D structure of the inner materials. We designed a muon tomography system consisting of four 2-D position sensitive detector and characterized and optimized the system parameters. Each detector, measuring 200 × 200 cm2, consists of a plastic scintillator, wavelength shifting (WLS) fibers and, SiPMs. The reconstructed image is obtained by extracting the intersection of the incoming and outgoing muon tracks using a Point-of-Closest-Approach (PoCA) algorithm. The Geant4 simulation was used to evaluate the performance of the muon tomography system and to optimize the design parameters including the pixel size of the muon detector, the field of view (FOV), and the distance between detectors. Based on the optimized design parameters, the spent fuel assemblies were modeled and the line profile was analyzed to conduct a feasibility study. Line profile analysis confirmed that muon tomography system can monitor nuclear spent fuel in dry storage container.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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