Nuclear energy plays a crucial role in energy supply in the 21st century, and more and more Nuclear Power Plants (NPPs) will be in operation to contribute to the development of human society. However, as a typical complex system engineering, the operation and development of NPPs require efficient and stable control methods to ensure the safety and efficiency of nuclear power generation. Reinforcement learning (RL) aims at learning optimal control policies via maximizing discounted long-term rewards. The reward-oriented learning paradigm has witnessed remarkable success in many complex systems, such as wind power systems, electric power systems, coal fire power plants, robotics, etc. In this work, we try to present a systematic review of the applications of RL on these complex systems, from which we believe NPPs can borrow experience and insights. We then conduct a block-by-block investigation on the application scenarios of specific tasks in NPPs and carried out algorithmic research for different situations such as power startup, collaborative control, and emergency handling. Moreover, we discuss the possibilities of further application of RL methods on NPPs and detail the challenges when applying RL methods on NPPs. We hope this work can boost the realization of intelligent NPPs, and contribute to more and more research on how to better integrate RL algorithms into NPPs.
Seo, Choon Gyo;Jang, Dong Hui;Jung, Du Ri;Chang, Soo Hyuk;Moon, Il Hwan
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.22
no.6
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pp.333-343
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2018
In this paper, we study the existing results of the structure-soil-structure interaction (SSSI) effect on seismic responses of structures and summarize important parameters. The parameters considered in this study are a combination of buildings in the power block of a nuclear power plant, the characteristics of earthquake ground motions and its direction, and the characteristics embedded under the ground. Based on these parameters, the seismic analysis model of the structures in the power block of the nuclear power plant is developed and the structure-soil-structure interaction analyses are performed to analyze the influence of the parameters on the seismic response. For all analyses, the soil-structure interaction (SSI) analysis program CNU-KIESSI, which was developed to enable large-sized seismic analysis, is used. In addition, the SSI analyses is performed on individual structures and the results are compared with the SSSI analysis results. Finally, the influence of the parameters on the seismic response of the structure due to the SSSI effect is reviewed through comparison of the analysis results.
Park, Joo-Hyun;Lee, Dong-Young;Park, Jong-Gyun;Han, Jae-Bok;Jun Lyou
Proceedings of the Korean Reliability Society Conference
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2002.06a
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pp.387-401
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2002
The Digital Engineered Safety Feature Actuation System (DESFAS) of nuclear power plants actuates safety systems to mitigate severe accidents occurred in nuclear power plants. The reliability of the system should be evaluated in order to meet the reliability criteria of nuclear power plants. In this work, we have calculated and evaluated the lifetime of DESFAS by using Reliability Block Diagram (RBD) and failure rates of digital control components. Surveillance test is assumed in the evaluation. The result shows that the digital control component can be used in DESFAS system.
Several algorithms for nuclear power plant (NPP) break event detection, isolation, localization, and size estimation are proposed. A break event can be promptly detected and isolated after its occurrence by simultaneously monitoring changes in the sensing readings and by employing an interquartile range-based isolation scheme. By considering the multi-sensor data block of a break to be rank-one, it can be located as the position whose lead field vector is most orthogonal to the noise subspace of that data block using the Multiple Signal Classification (MUSIC) algorithm. Owing to the flexibility of deep neural networks in selecting the best regression model for the available data, we can estimate the break size using multiple-sensor recordings of the break regardless of the sensor types. The efficacy of the proposed algorithms was evaluated using the data generated by Maanshan NPP simulator. The experimental results demonstrated that the MUSIC method could distinguish two near breaks. However, if the two breaks were close and of small sizes, the MUSIC method might wrongly locate them. The break sizes estimated by the proposed deep learning model were close to their actual values, but relative errors of more than 8% were seen while estimating small breaks' sizes.
Nuclear power plants have recognized the importance of nuclear cybersecurity. Based on regulatory guidelines and security-related standards issued by regulatory agencies around the world including IAEA, NRC, and KINAC, nuclear operating organizations and related systems manufacturing organizations, design companies, and regulatory agencies are considering methods to prepare for nuclear cybersecurity. Cryptographic algorithms have to be developed and applied in order to meet nuclear cybersecurity requirements. This paper presents methodologies for validating cryptographic algorithms that should be continuously applied at the critical control system of I&C in NPPs. Through the proposed schemes, validation programs are developed in the PLC, which is a critical system of a NPP's I&C, and the validation program is verified through simulation results. Since the development of a cryptographic algorithm validation program for critical digital systems of NPPs has not been carried out, the methodologies proposed in this paper could provide guidelines for Cryptographic Module Validation Modeling for Control Systems in NPPs. In particular, among several CMVP, specific testing techniques for ECB mode-based block ciphers are introduced with program codes and validation models.
The turbulent flow in reactor pressure vessel (RPV) of pressurized water reactor (PWR) is important for the flow rate distribution at core inlet. Thus, it is vital to study the turbulent flow phenomena in RPV. However, the complicated fluid channel consisted of inner structures of RPV will block or refract the laser sheet of particle image velocimetry (PIV). In this work, the matched index of refraction (MIR) of sodium iodide (NaI) solution and acrylic was applied to support optical path for flow field measurements by PIV in the 1/10th scaled-down RPV model. The experimental results show detailed velocity field at different locations inside the scaled-down RPV model. Some interesting phenomena are obtained, including the non-negligible counterflow at the corner of nozzle edge, the high downward flowing stream in downcomer, large vortices above vortex suppression plate in lower plenum. And the intensity of counterflow and the strength of vortices increase as inlet flow rate increasing. Finally, the case of asymmetry flow was also studied. The turbulent flow has different pattern compared with the case of symmetrical inlet flow rate, which may affect the uniformity of flow distribution at the core inlet.
This article presents a security module based on a field programmable gate array (FPGA) to mitigate man-in-the-middle cyber attacks. Nowadays, the FPGA is considered to be the state of the art in nuclear power plants I&C systems due to its flexibility, reconfigurability, and maintainability of the FPGA technology; it also provides acceptable solutions for embedded computing applications that require cybersecurity. The proposed FPGA-based security module is developed to mitigate information-gathering attacks, which can be made by gaining physical access to the network, e.g., a man-in-the-middle attack, using a cryptographic process to ensure data confidentiality and integrity and prevent injecting malware or malicious data into the critical digital assets of a nuclear power plant data communication system. A model-based system engineering approach is applied. System requirements analysis and enhanced function flow block diagrams are created and simulated using CORE9 to compare the performance of the current and developed systems. Hardware description language code for encryption and serial communication is developed using Vivado Design Suite 2017.2 as a programming tool to run the system synthesis and implementation for performance simulation and design verification. Simple windows are developed using Java for physical testing and communication between a personal computer and the FPGA.
Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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1996.05a
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pp.571-576
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1996
Currently most nuclear power plants(NPPs) are adopted the mid-loop operation to minimize the overhaul period and save the operating cost. For mid-loop operation it is essential to install nozzle dam between RCS pipe and steam generator(SG). Because SG remains more highly contaminated with radioactive material than any other parts of the NPPs, the repairmen are very reluctant to carry out installing nozzle dam inside the SG. Until now, unfortunately, it appears that no practically applicable device was developed to provide the longstanding demand. Also the accidents have been reported by licenser event report during this operation mode due to loss of residual heat removal(RHR). The purpose of this paper is to conduct remotely blocking and disintegration of nozzle of a SG which has the highest radiation exposure during the maintenance in NPPs. The remote nozzle blocking device of a SG includes three bladders, hubs, air controller provisions to supply and contact air pressure into the bladders. This remote nozzle block device will give the larger operation margin to prevent the loss of RHR and minimize the radiation exposure dose to the repairman and shorten the overhaul periods.
The spatial distribution of neutron flux or reaction rate was calculated by cell or mesh tally in traditional Monte Carlo simulation. However, either cell or mesh tally leads to the increase of memory consumption and simulation time. In this paper, the function expansion tally (FET) method was developed in Reactor Monte Carlo code RMC to solve this problem. The FET method was applied to the tallies of neutron flux distributions of uranium block and PWR fuel rod models. Legendre polynomials were used in the axial direction, while Zernike polynomials were used in the radial direction. The results of flux, calculation time and memory consumption of different expansion orders were investigated, and compared with the mesh tally. Results showed that the continuous distribution of flux can be obtained by FET method. The flux distributions were consistent with that of mesh tally, while the memory consumption and simulation time can be effectively reduced. Finally, the convergence analysis of coefficients of polynomials were performed, and the selection strategy of FET order was proposed based on the statistics uncertainty of the coefficients. The proposed method can help to determine the order of FET, which was meaningful for the efficiency and accuracy of FET method.
Experiments of vertically upward steam-water two-phase flow have been carried out in single-side heated narrow rectangular channel with a gap of 3 mm. Flow patterns were identified and classified through visualization directly. Slug flow was only observed at 0.2 MPa but replaced by block-bubble flow at 1.0 MPa. Flow pattern maps at the pressure of 0.2 MPa and 1.0 MPa were plotted and the difference was analyzed. The experimental data has been compared with other flow pattern maps and transition criteria. The results show reasonable agreement with Hosler's, while a wide discrepancy is observed when compared with air-water two-phase experimental data. Current criteria developed based on air-water experiments poorly predict bubble-slug flow transition due to the different formation and growth of bubbles. This work is significant for researches on heat transfer, bubble dynamics and flow instability.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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