A previous study demonstrated that the two-row fuel assembly has much more favorable neutron-physical and thermal-hydraulic behavior than the conventional one-row fuel assemblies. Based on the newly developed two-row fuel assembly, an SCWR core is proposed and analyzed. The performance of the proposed core is investigated with 3-D coupled neutron-physical and thermal-hydraulic calculations. During the coupling procedure, the thermal-hydraulic behavior is analyzed using a sub-channel analysis code and the neutron-physical performance is computed with a 3-D diffusion code. This paper presents the main results achieved thus far related to the distribution of some neutronic and thermal-hydraulic parameters. It shows that with adjustment of the coolant and moderator mass flow in different assemblies, promising neutron-physical and thermal-hydraulic behavior of the SCWR core is achieved. A sensitivity study of the heat transfer correlation is also performed. Since the pin power in fuel assemblies can be non-uniform, a sub-channel analysis is necessary in order to investigate the detailed distribution of thermal-hydraulic parameters in the hottest fuel assembly. The sub-channel analysis is performed based on the bundle averaged parameters obtained with the core analysis. With the sub-channel analysis approach, more precise evaluation of the hot channel factor and maximum cladding surface temperature can be achieved. The difference in the results obtained with both the sub-channel analysis and the fuel assembly homogenized method confirms the importance of the sub-channel analysis.
The experiences and causes of pressure tube cracking accidents in the CANDU reactors and the development of the fuel channel at AECL(Atomic Energy Canada Limited) have been described. Most of the accidents were caused by Delayed Hydride Cracking(DHC). In the cases of the Pickering units 3&4 and the Bruce unit 2, excessive residual stresses induced by an improper rolled joint process played a role in DHC. In the Pickering unit 2, cracks formed by contact between the pressure and calandria tubes due to the movement of the garter spring were the direct cause of the failure. To extend the life of a fuel channel, several R&D programs examining each component of the fuel channel have been carried out in Canada. For a pressure tube, the main concern is focused on changing the fabrication processes, e.g., increasing cold working rate, conducting intermediate annealing and adding a third element like Fe, V, and Cr to the tube material. In addition to them, chromium plating on the end fitting and increasing wall thickness at both ends of the calandria tube are considered. There has also been much interest in the improvement of fuel channel performance in our country and several development programs are currently under way.
High-density spent fuel (SF) storage racks have been installed to increase SF pool capacity. In these SF racks, neutron absorber materials were placed between fuel assemblies allowing the storage of fuel assemblies in close proximity to one another. The purpose of the neutron absorber materials is to preclude neutronic coupling between adjacent fuel assemblies and to maintain the fuel in a subcritical storage condition. METAMIC neutron absorber has been used in high-density storage racks. But, neutron absorber materials can be subject to severe conditions including long-term exposure to gamma radiation and neutron radiation. Recently, some of them have experienced degradation, such as white spots on the surface. Under these conditions, the material must continue to serve its intended function of absorbing neutrons. For the first time in Korea, this article uses a neutron attenuation test to examine the performance of METAMIC surveillance coupons. Also, scanning electron microscope analysis was carried out to verify the white spots that were detected on the surface of METAMIC. In the neutron attenuation test, there was no significant sign of boron loss in most of the METAMIC coupons, but the coupon with white spots had relatively less B-10 content than the others. In the scanning electron microscope analysis, corrosion material was detected in all METAMIC coupons. Especially, it was confirmed that the coupon with white spots contains much more corrosion material than the others.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.30
no.2
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pp.223-230
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2013
When a new nuclear fuel is developed, an irradiation test needs to be carried out in the research reactor to analyze the performance of the new nuclear fuel. In order to check the performance of a nuclear fuel during the irradiation test in the test loop of a research reactor, sensors need to be attached in and out of the fuel rod and connect them with instrumentation cables to the measuring device located outside of the reactor pool. In particular, to check the temporary temperature change at the center of a nuclear fuel during the irradiation test, a thermocouple should be instrumented at the center of the fuel rod. Therefore, a hole needs to be made at the center of fuel pellet to put in the thermocouple. However, because the hardness and the density of a sintered $UO_2$ pellet are very high, it is difficult to make a small fine hole on a sintered $UO_2$ pellet using a simple drilling machine even though we use a diamond drill bit made by electro deposition. In this study, an automated drilling machine using a CVD diamond drill has been developed to make a fine hole in a fuel pellet without changing tools or breakage of workpiece. A sintered alumina ($Al_2O_3$) block which has a higher hardness than a sintered $UO_2$ pellet is used as a test specimen. Then, it is verified that a precise hole can be drilled off without breakage of the drill bit in a short time.
Chae, Heetaek;Lee, Choong Sung;Park, Jong Man;Kim, Heemoon;Kim, Yeon Soo
Nuclear Engineering and Technology
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v.50
no.6
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pp.899-906
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2018
The irradiation performance of $U_3Si$ dispersion fuel in an Al matrix, $U_3Si-Al$, under the Hi-Flux Advanced Neutron Application Reactor (HANARO) design full-power condition of 30 MW was tested for full-power qualification of the fuel. A test assembly was fabricated containing 18 fuel rods made with atomized $U_3Si$ powder manufactured at the Korea Atomic Energy Research Institute. The test assembly was irradiated for 188 full-power operation days in the HANARO subject to the normal fuel-loading scheme and achieved about 60 at% U-235 average burnup and 75 at% U-235 peak burnup. The maximum linear power of the test assembly was 98 kW/m. Nondestructive and destructive postirradiation examinations were conducted. The measured postirradiation examination data were compared with data from previous irradiations and the design criteria required for HANARO fuel. Consequently, it was concluded that in-pile performance was acceptable and fuel integrity was maintained, and the behavior satisfied the fuel design requirements.
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.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2008.04a
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pp.641-646
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2008
Long and slender body with or without flexible supports under severe operating condition can be unstabilized even by the small cross flow. Turbulent flow mixer, which actually increases thermal-hydraulic performance of the nuclear fuel by boosting turbulence, disturbs the flow field around the fuel rod and affects dynamic behavior of the nuclear fuel rods. Few studies on this problem can be found in the literature because these effects depend on the specific natures of the support and the design of the system. This work shows how the dynamics of a multi-span fuel rod can be affected by the turbulent flow, which is discretely activated by a flow mixer. By solving a state-space form of the eigenvalue equation for a multi-span fuel rod system, the critical velocity at which a fuel rod becomes unstable was established. Based on the simulation results, we evaluated how stability of a multi-spanned nuclear fuel rod with mixing vanes can be affected by the coolant flow in an operating reactor core.
Recently failures of nuclear fuel rods in Korean nuclear power plants were reported and their failure causes have been investigated by using PIE techniques. Destructive and physico-chemical examinations reveal that the clad hydriding phenomena had caused the rod failures primarily and secondarily in each case. In this study, the basic mechanisms of the primary and the secondary hydriding failures are reviewed, PIE data such as cladding inner and outer surface oxide thickness and the restructuring of the fuel pellets are analyzed, and they are compared with the predicted behaviors by a fuel performance code. In addition, post-defected fuel behaviors are reviewed and qualitatively analyzed. The results strongly support that the hydriding processes, primary and secondary, played critical roles in the respective fuel rods failures and the secondary hydriding failure can take place even in the fuel rod with low linear heat generation rate.
Hyung-Joo Choi;Yoon Soo Chung;Hojik Kim;Sung-Woo Kwak;Heejun Chung;Hee-Kyun Baek;Jung-ki Shin;Yong Hyun Chung;Chul Hee Min
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.11
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pp.4471-4480
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2024
As the amount of power generated by nuclear power plants increases, the importance of managing Spent Nuclear Fuel (SNF) to prevent proliferation increases as well. In a previous study, we optimally designed the gamma emission tomography instrument named Yonsei Single-photon Emission Computed Tomography version 2 (YSECT.v.2) based on Monte Carlo (MC) simulation for inspection and detection of defects in SNF. The objective of the current study was to fabricate a prototype YSECT.v.2 instrument and to evaluate its performance. The YSECT.v.2 instrument consists of scintillator-based detection modules, a multi-channel data acquisition (DAQ) module, a heat reduction module, and a waterproof housing. Based on the experimental results for a mock-up of fresh nuclear fuel rods, the spatial resolution of the prototype YSECT.v.2 instrument was determined to be 10.8 mm. In the experiment with 137Cs test sources, a high-quality image could be obtained with the exclusion of the pixel value below the threshold. For a 6 × 6 array, the spatial resolution for 137Cs was analyzed to be 7.2 mm. Considering these results, we expected that source distribution could be distinguishable using the YSECT.v.2. In the future, further experimentation will validate the performance of the fabricated instrument for a mock-up of SNF rods in water.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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