Nur Anis Zulaikha Kamarudin;Aznan Fazli Ismail;Mohamad Hairie Rabir;Khoo Kok Siong
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.7
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pp.2641-2649
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2024
Effective management of slightly used nuclear fuel (SUNF) is crucial for both technical and public acceptance reasons. SUNF management, radiotoxicity risk, and associated financial investment and technological capabilities are major concerns in nuclear power production. Reducing the volume of SUNF can simplify its management, and one possible solution is utilizing small modular reactors (SMR) and advanced fuel designs like those with thorium. This research focuses on studying the neutronic performance and radionuclide inventory of three different thorium fuel configurations. The mass of fissile material in thorium-based fuel significantly impacts Kinf, burn-up, and neutron energy spectrum. Compared to uranium, thorium as a fuel produces far fewer transuranic elements and less long-lived fission products (LLFPs) at the end of the core cycle (EOC). However, certain fission product elements produced from thorium-based fuel exhibit higher radioactivity at the beginning of the core cycle (BOC). Physical separation of thorium and uranium in the fuel block, like seed-and-blanket units (SBU) and duplex fuel designs, generate less radioactive waste with lower radioactivity and longer cycle lengths than homogeneous or mixed thorium-uranium fuel. Furthermore, the SBU and duplex feel designs exhibit comparable neutron spectra, leading to negligible differences in SUNF production between the two.
This paper examines the difference in the value of the nuclear fuel cycle cost calculated by the deterministic and probabilistic methods on the basis of an equilibrium model. Calculating using the deterministic method, the direct disposal cost and Pyro-SFR (sodium-cooled fast reactor) nuclear fuel cycle cost, including the reactor cost, were found to be 66.41 mills/kWh and 77.82 mills/kWh, respectively (1 mill = one thousand of a dollar, i.e., $10^{-3}$ $). This is because the cost of SFR is considerably expensive. Calculating again using the probabilistic method, however, the direct disposal cost and Pyro-SFR nuclear fuel cycle cost, excluding the reactor cost, were found be 7.47 mills/kWh and 6.40 mills/kWh, respectively, on the basis of the most likely value. This is because the nuclear fuel cycle cost is significantly affected by the standard deviation and the mean of the unit cost that includes uncertainty. Thus, it is judged that not only the deterministic method, but also the probabilistic method, would also be necessary to evaluate the nuclear fuel cycle cost. By analyzing the sensitivity of the unit cost in each phase of the nuclear fuel cycle, it was found that the uranium unit price is the most influential factor in determining nuclear fuel cycle costs.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.22
no.3
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pp.339-346
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2024
The spent nuclear fuel, combusted and released in the nuclear power plant, is stored in the spent fuel pool (SFP) located in the fuel buildings interconnected with the reactors. In Korea, spent fuel has been stored exclusively in SFPs, prompting initiatives to expand storage capacity by either installing additional SFPs or replacing them with high-density spent fuel storage racks. The installation of these fuel racks necessitates obtaining a regulatory license contingent upon ensuring safe fuel handling and storage systems. Regulatory agencies mandate the formulation of various postulated accident scenarios and assessments covering criticality, shielding, thermal behavior, and structural integrity to ensure safe fuel handling and storage systems. This study describes an evaluation method for assessing the structural damage to storage racks resulting from fuel dropping as a part of the functional safety evaluation of these racks. A scenario was envisaged wherein fuel was dropped onto the base plates of the upper and lower sections of the storage racks, and the impact load was analyzed using the ABAQUS/Explicit program. The evaluation results revealed localized plastic deformation but affirmed the structural integrity and safety of the storage racks.
TRISO-coated particle fuel is widely used in high temperature gas cooled reactors and other advanced reactors. The performance of coated fuel particle is one of the fundamental bases of reactor safety. The failure probability of coated fuel particle should be evaluated and determined through suitable fuel performance models and methods during normal and accident condition. In order to better facilitate the design of coated particle fuel, a new TRISO fuel performance code named FRAT (Fission product Release Analysis Tool) was developed. FRAT is designed to calculate internal gas pressure, mechanical stress and failure probability of a coated fuel particle. In this paper, FRAT was introduced and benchmarked against IAEA CRP-6 benchmark cases for coated particle failure analysis. FRAT's results agree well with benchmark values, showing the correctness and satisfactory applicability. This work helps to provide a foundation for the credible application of FRAT.
Uranium tetrafluoride ($UF_4$) is the most used nuclear material for producing metallic uranium by reduction with Ca or Mg. Metallic uranium is a raw material for the manufacture of uranium silicide, $U_3Si_2$, which is the most suitable uranium compound for use as nuclear fuel for research reactors. By contrast, ammonium uranyl carbonate is a traditional uranium compound used for manufacturing uranium dioxide $UO_2$ fuel for nuclear power reactors or $U_3O_8-Al$ dispersion fuel for nuclear research reactors. This work describes a procedure for recovering uranium and ammonium fluoride ($NH_4F$) from a liquid residue generated during the production routine of ammonium uranyl carbonate, ending with $UF_4$ as a final product. The residue, consisting of a solution containing high concentrations of ammonium ($NH_4^+$), fluoride ($F^-$), and carbonate ($CO_3^{2-}$), has significant concentrations of uranium as $UO_2^{2+}$. From this residue, the proposed procedure consists of precipitating ammonium peroxide fluorouranate (APOFU) and $NH_4F$, while recovering the major part of uranium. Further, the remaining solution is concentrated by heating, and ammonium bifluoride ($NH_4HF_2$) is precipitated. As a final step, $NH_4HF_2$ is added to $UO_2$, inducing fluoridation and decomposition, resulting in $UF_4$ with adequate properties for metallic uranium manufacture.
Ruslan А. Irkimbekov ;Artur S. Surayev ;Galina А. Vityuk ;Olzhas M. Zhanbolatov ;Zamanbek B. Kozhabaev;Sergey V. Bedenko ;Nima Ghal-Eh ;Alexander D. Vurim
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.4
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pp.1439-1447
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2023
The fuel cycle characteristics of the IVG.1M reactor were studied within the framework of the research reactor conversion program to modernize the IVG.1M reactor. Optimum use of the nuclear fuel and reactor was achieved through routine methods which included partial fuel reloading combined with scheduled maintenance operations. Since, the additional problem in planning the fuel cycle of the IVG.1M reactor was the poisoning of the beryllium parts of the core, reflector, and control system. An assessment of the residual power and composition of spent fuel is necessary for the selection and justification of the technology for its subsequent management. Computational studies were performed using the MCNP6.1 program and the neutronics model of the IVG.1M reactor. The proposed scheme of annual partial fuel reloading allows for maintaining a high reactor reactivity margin, stabilizing it within 2-4 βeff for 20 years, and achieving a burnup of 9.9-10.8 MW × day/kg U in the steady state mode of fuel reloading. Spent fuel immediately after unloading from the reactor can be placed in a transport packaging cask for shipping or safely stored in dry storage at the research reactor site.
Park, Nam-Gyu;Lee, Seong-Ki;Kim, Hyeong-Koo;Park, Ki-Sung
Journal of Mechanical Science and Technology
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v.18
no.5
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pp.733-741
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2004
Vibration behavior of an initially stressed beam on discretely spaced multiple elastic supports has been studied and a theoretical formulation of the system is derived using the variational principle. Unlike beams on an elastic foundation, discretely spaced supports can distort the beam mode shapes when the supports have rather large stiffness, i.e. usually expected beam modes cannot be obtained, but rather irregular mode shapes are observed. Conversely, irregular modes can be recovered by changing initial stress. Since support location is closely associated with the dynamic characteristics, this work also discusses eigenvalue sensitivity with respect to the support position and some numerical examples are investigated to illustrate the above findings.
This article describes a comprehensive methodology for the evaluation of the middle part of nuclear fuel cycles. Evaluation of fuel cycles is basically divided into two parts. The first comprises nuclear calculation, i.e., creation of the strategy for nuclear fuel reloading and core design calculations. The second part is the business-economic evaluation of the selected reloading strategy, which can be done either by financial analysis or economic analysis. The financial analysis incorporates the perspectives of a company while the economic analysis can be used primarily by national economists or politicians. This methodology was applied to a case study that is focused on impacts of switching from a 12-month to an 18-month fuel cycle strategy for Water-Water Energetic Reactor (VVER)-1000 reactors.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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