In this work, new multi-recycling options of TRU nuclides using PWR fuel assemblies comprised of MOX and FCM (Fully Ceramic Micro Encapsulated) fuels are suggested and neutronically analyzed. These options do not use a fully recycling of TRU but a partial recycling where TRUs from MOX fuels are recycled while the ones from FCM fuels are not recycled due to their high consumption rate resulted from high burnup. In particular, additional external TRU feed in MOX fuels for each cycle was considered to significantly increase the TRU consumption rate and the finally selected option is to use external TRU and enriched uranium feed as a makeup for the heavy metal consumption in MOX fuels. This hybrid external feeding of TRU and enriched uranium in MOX fuel was shown to be very effective in significantly increasing TRU consumption rate, maintaining long cycle length, and achieving negative void reactivity worth during recycling.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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1997.10a
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pp.617-620
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1997
In this paper, the thermal stress analysis of spent nuclear fuel disposal canister in a deep repository at 500m underground is done for the underground pressure variation. Since the nuclear fuel disposal usually emits much heat and radiation, its careful treatment is required. And so a long term safe repository at a deep bedrock is used. Under this situation, the canister experiences some mechanical external loads such as hydrostatic pressure of underground water, swelling pressure of bentonite buffer, and the thermal load due to the heat generation of spent nuclear fuel in the basket etc.. Hence, the canister should be designed to designed to withstand these loads. In this paper, the thermal stress analysis is done using the finite element analysis code, NISA.
Rudling, Peter;Adamson, Ron;Cox, Brian;Garzatolli, Friedrich;Strasser, Alfred
Nuclear Engineering and Technology
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v.40
no.1
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pp.1-8
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2008
One of the major current challenges to nuclear energy lies in its competitiveness. To stay competitive the industry needs to reduce maintenance and fuel cycle costs, while enhancing safety features. Extended burnup is one of the methods applied to meet these objectives However, there are a number of potential fuel failure causes related to increased burnup, as follows: l) Corrosion of zirconium alloy cladding and the water chemistry parameters that enhance corrosion; 2) Dimensional changes of zirconium alloy components, 3) Stresses that challenge zirconium alloy ductility and the effect of hydrogen (H) pickup and redistribution as it affects ductility, 4) Fuel rod internal pressure, 5) Pellet-cladding interactions (PCI) and 6) pellet-cladding mechanical interactions (PCMI). This paper discusses current and potential failure mechanisms of these failure mechanisms.
Spent nuclear fuel, which can degrade during long-term storage, must be transported intact in normal transport conditions. In this regard, many studies, including those involving Multi-Modal Transportation Test (MMTT) campaigns, have been conducted. In order to transport the spent fuel safely, a tie-down structure for supporting and transporting a cask containing the spent fuel is essential. To ensure its structural integrity, a method for finding an optimum conceptual design for the tie-down structure is presented. An optimized transportation test model of a tie-down structure for the KORAD-21 metal cask is derived based on the proposed optimization approach, and the transportation test model is manufactured by redesigning the optimized model to enable its producibility. The topology optimization approach presented in this paper can be used to obtain optimum conceptual designs of tie-down structures developed in the future.
The potential for recriticality and sub-critical boron concentrations is analyzed during the relocation of the fuel rods in the assembly, which we call late phase of a severe accident, via coupling between MELCOR and whole-core Monte Carlo analyses by Serpent 2. The recriticality, initiated during the early phase, is found to maintain when the fuel assemblies containing intact fuel rods are submerged by the cooling water. It is also found that the effect of the negative reactivity insertion via remaining fission products in the fuel debris increases as the burnup increases. The sub-critical boron concentrations during the late phase are found to be 76~544 ppm lower than those during the early phase. Therefore, it can be concluded that the boron concentration that prevents recriticality not only during the early phase but also during the late phase is the sub-critical boron concentration during the early phase.
The sequential separation process, composed of an oxygen sparging process for separating lanthanides and a zone freezing process for separating Group I and II fission products, was evaluated and tested with a surrogate eutectic waste salt generated from pyroprocessing of used metal nuclear fuel. During the oxygen sparging process, the used lanthanide chlorides (Y, Ce, Pr and Nd) were converted into their sat-insoluble precipitates, over 99.5% at $800^{\circ}C$; however, Group I (Cs) and II (Sr) chlorides were not converted but remained within the eutectic salt bed. In the next process, zone freezing, both precipitation of lanthanide precipitates and concentration of Group I/II elements were preformed. The separation efficiency of Cs and Sr increased with a decrease in the crucible moving speed, and there was little effect of crucible moving speed on the separation efficiency of Cs and Sr in the range of a 3.7 - 4.8 mm/hr. When assuming a 60% eutectic salt reuse rate, over 90% separation efficiency of Cs and Sr is possible, but when increasing the eutectic salt reuse rate to 80%, a separation efficiency of about 82 - 86 % for Cs and Sr was estimated.
Yun, Mirae;Christian, Robby;Kim, Bo Gyung;Almomani, Belal;Ham, Jaehyun;Lee, Sanghoon;Kang, Hyun Gook
Nuclear Engineering and Technology
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v.49
no.4
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pp.721-733
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2017
When temporary spent fuel storage pools at nuclear power plants reach their capacity limit, the spent fuel must be moved to an alternative storage facility. However, radioactive materials must be handled and stored carefully to avoid severe consequences to the environment. In this study, the risks of three potential accident scenarios (i.e., maritime transportation, an aircraft crashing into an interim storage facility, and on-site transportation) associated with the spent fuel transportation process were analyzed using a probabilistic approach. For each scenario, the probabilities and the consequences were calculated separately to assess the risks: the probabilities were calculated using existing data and statistical models, and the consequences were calculated using computation models. Risk assessment software was developed to conveniently integrate the three scenarios. The risks were analyzed using the developed software according to the shipment route, building characteristics, and spent fuel handling environment. As a result of the risk analysis with varying accident conditions, transportation and storage strategies with relatively low risk were developed for regulators and licensees. The focus of this study was the risk assessment methodology; however, the applied model and input data have some uncertainties. Further research to reduce these uncertainties will improve the accuracy of this model.
The rate of delayed hydride cracking (DHC), V, has been measured in cold-worked and stress-relieved Zircaloy-4 fuel cladding using the Pin-Loading Tension technique. At $250^{\circ}C$ the mean value of V from 69 specimens was $3.3({\pm}0.8)x10^{-8}$ m/s while the temperature dependence up to $275^{\circ}C$ was described by Aexp(-Q/RT), where Q is 48.3 kJ/mol. No cracking or cracking at very low rates was observed at higher temperatures. The fracture surface consisted of flat fracture with no striations. The results are compared with previous results on fuel cladding and pressure tubes.
Proceedings of the Korean Radioactive Waste Society Conference
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2009.06a
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pp.73-73
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2009
There are many factors to evaluate nuclear fuel cycle such as safety, public acceptance, economics, etc.. Transparency, proliferation, environment issues, public acceptance and safety are essential to expansion of nuclear industry and proliferation resistance is one of key constraints in the deployment of advanced nuclear energy systems. Proliferation resistance is being considered as one of the most important factors in assessing advanced and innovative nuclear systems. IAEA defmes proliferation resistance as characteristics of nuclear energy system that impedes the diversion or undeclared production of nuclear material [1]. Barriers to proliferation is consist of intrinsic and extrinsic barriers(institutional measures). Intrinsic barriers are characterized in material barriers and technical barriers in general. Material barriers is intrinsic, or inherent, qualities of materials that reduce the inherent desirability or attractiveness of the material as an explosive. Isotopic, chemical, radiological, mass and bulk, detectability barriers are considered as material barriers attributes [2]. Proliferation resistance is examined for several nuclear fuel cycles based on previous study which is focused on the intrinsic barriers [3-4]. Pyroprocessing and DUPIC are considered as reprocessing technologies in Korea and the PWR direct disposal is considered. Comparative assessments of the proliferation attributes and merits of different fuel cycle systems will be performed and the optimal back-end fuel cycle and strategy will be proposed.
The plate-type fuel assembly adopted in nuclear research reactor suffers from complicated effect induced by non-uniform irradiation, which might affect stress conditions, mechanical behaviors and thermal-hydraulic performance of the fuel assembly. This paper is the Part II work of a two-part study devoted to analyzing the complex unique mechanical deformation and thermal-hydraulic characteristics for the typical plate-type fuel assembly under irradiation effect, which is on the basis of developed and verified numerical thermal-fluid-structure coupling methodology under irradiation in Part I of this work. The mechanical deformation, thermal-hydraulic performance and Mises stress have been analyzed for the typical plate-type fuel assembly consisting of support plates under non-uniform irradiation. It was interesting to observe that: the plate-type fuel assembly including the fuel plates and support plates tended to bend towards the location with maximum fission rate; the hot spots in the fuel foil appeared at the location with maximum thickness increment; the maximum Mises stress of fuel foil was located at the adjacent location with the maximum plate thickness increment et al.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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