In this paper, three types of operational and industrial absorbers used at research reactors, including Ag-In-Cd alloy, $B_4C$, and Hf are selected for sensitivity analyses. Their integral effects on the main neutronic core parameters important to safety issues are investigated. These parameters are core excess reactivity, shutdown margin, total reactivity worth of control rods, thermal neutron flux, power density distribution, and Power Peaking Factor (PPF). The IAEA 10 MW benchmark core is selected as the case study to verify calculations. A two-dimensional, three-group diffusion model is selected for core calculations. The well-known WIMS-D4 and CITATION reactor codes are used to carry out these calculations. It is found that the largest shutdown margin is gained using the $B_4C$; also the lowest PPF is gained using the Ag-In-Cd alloy. The maximum point power densities belong to the inside fuel regions surrounding the central flux trap (irradiation position), surrounded by control fuel elements, and the peripheral fuel elements beside the graphite reflectors. The greatest and least fluctuation of the point power densities are gained by using $B_4C$ and Ag-In-Cd alloy, respectively.
Zirconium based alloys have been extensively used as a cladding material for fuel rods in nuclear reactors, due to their low thermal neutron absorption cross-section, excellent corrosion resistance and good mechanical properties at high temperatures. However, a cladding material for fuel rods in nuclear reactors was contact water during long time at high-temperature, so it is necessary to improve the wear and corrosion resistance of the fuel cladding, At ambient environment, there are few data or paper on the characteristic of corrosion in chloride solution and acidic solution. The specimens used in this work are pure Zr and Zircaloy-4. Zircaloy-4 is a specific zirconium-based alloy containing, on a weight percent basis, 1.4% Sn, 0.2% Fe, 0.1% Cr. Pitting corrosion resistance of two alloys by ASTM G48 is higher than that of electrochemical method. Passive film formed on Zircaloy-4 is mainly composed of $ZrO_2$, metallic Sn, and iron species regardless of formation environments. Also, passive film formed on Zr alloys shows n-type semiconductic property on the base of Mott-Schottky plot.
Singh, Vishwanath P.;Tekin, Huseyin O.;Badiger, Nagappa M.;Manici, Tubga;Altunsoy, Elif E.
Journal of Radiation Protection and Research
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제43권1호
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pp.20-28
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2018
Background: Heat energy produced in nuclear reactors and nuclear fuel cycle facilities interactions modifies the physical properties of the shielding materials containing water content. Therefore, in the present paper, effect of the heat on shielding effectiveness of the concretes is investigated for gamma and neutron. The mass attenuation coefficients, effective atomic numbers, fast neutron removal cross-section and exposure buildup factors. Materials and Methods: The mass attenuation coefficients, effective atomic numbers, fast neutron removal cross-section and exposure buildup factors of ordinary and heavy concretes were investigated using NIST data of XCOM program and Geometric Progression method. Results and Discussion: The improvement in shielding effectiveness for photon and reduction in fast neutron for ordinary concrete was observed. The change in the neutron shielding effectiveness was insignificant. Conclusion: The present investigation on interaction of gamma and neutron radiation would be very useful for assessment of shielding efficiency of the concrete used in high temperature applications such as reactors.
Pyroprocessing is the optimal means of treating spent metal fuels from metal fast fuel reactors and is proposed as a potential option for GNEP in order to meet the requirements of the next generation fuel cycle. Currently, efforts for research and development are being made not only in the U.S., but also in Asian countries. Electrorefining, cathode processing by distillation, injection casting for fuel fabrication, and waste treatment must be verified by the use of genuine materials, and the engineering scale model of each device must be developed for commercial deployment. Pyroprocessing can be effectively extended to treat oxide fuels by applying an electrochemical reduction, for which various kinds of oxides are examined. A typical morphology change was observed following the electrochemical reduction, while the product composition was estimated through the process flow diagram. The products include much stronger radiation emitter than pure typical LWR Pu or weapon-grade Pu. Nevertheless, institutional measures are unavoidable to ensure proliferation-proof plant operations. The safeguard concept of a pyroprocessing plant was compared with that of a PUREX plant. The pyroprocessing is better adapted for a collocation system positioned with some reactors and a single processing facility rather than for a centralized reprocessing unit with a large scale throughput.
Kaushal, Nihal;Patri, Sudheer;Kumar, R. Suresh;Meikandamurthy, C.;Sreedhar, B.K.;Murugan, S.;Raghupathy, S.
Nuclear Engineering and Technology
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제53권10호
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pp.3438-3448
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2021
Dynamic seals are one of the critical components of Absorber Rod Drive Mechanism of Fast Breeder Reactors, requiring separate experimental development. Their significance can't be overemphasized considering that the availability and re-usability of Control Rod Drive Mechanisms of Fast Breeder Test Reactor is governed by the failure rate of dynamic seals (bellows). For prototype and subsequent Fast Breeder Reactors in India, choice of the dynamic seal is changed to an in-house designed & developed labyrinth type V-ring seal. The present work is related to the numerical investigations carried out to gain insights into the sealing mechanism and the thermal behaviour of these seals. The results indicate that the seal geometry is very important for obtaining optimum performance. By changing the geometry of the present seal, performance enhancement by more than 50% in important indices is obtained. Further, the results point out that caution shall be exercised when the seal material & its operating temperature are changed. Also, the numerical model developed in this study will be useful for developing more robust dynamic seals in future.
Su, Yong;Pan, Zhiwei;Peng, Yongpei;Huang, Shenghong;Zhang, Qingchuan
Smart Structures and Systems
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제24권6호
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pp.759-768
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2019
In nuclear fusion reactors, the key structural component (i.e., the plasma-facing component) undergoes high heat flux cyclic loading. To ensure the safety of fusion reactors, an experimental study on the temperature-induced creep of stainless steel under heat flux cyclic loading was performed in the present work. The strains were measured using a stereo digital image correlation technique (3D-DIC). The influence of the heat haze was eliminated, owing to the use of a vacuum environment. The specimen underwent heat flux cycles ($500^{\circ}C-1000^{\circ}C$) with different mechanical preloads (0 kN, 10 kN, 30 kN, and 50 kN). The results revealed that, for a relatively large preload (for example, 50 kN), a single temperature cycle can induce a residual strain of up to $15000{\mu}{\varepsilon}$.
Liquid fueled molten salt reactors (MSRs) have seen renewed interest because of their inherent safety features, higher thermal efficiency and potential for efficient thorium utilisation for power generation. Thorium fluoride is one of the salts used in liquid fueled MSRs employing Th-U cycle. In the present study, ThF4 was prepared by hydro-fluorination of ThO2 using anhydrous HF gas. Process parameters viz. bed depth, hydrofluorination time and hydrofluorination temperature, were optimized for the preparation of ThF4 in a static bed reactor setup. The products were characterized with X-Ray diffraction and experimental conditions for complete conversion to ThF4 were established which also corroborated with the yield values. Hydrofluorination of ThO2 at 450 ℃ for half an hour at a bed depth of 6 mm gave the best result, with a yield of about 99.36% ThF4. No unconverted oxide or any other impurity was observed. Rietveld refinement was performed on the XRD data of this ThF4, and Chi2 value of 3.54 indicated good agreement between observed and calculated profiles.
Several countries show interest in the Generation-IV power reactor innovative small module (PRISM), including: Canada, Japan, Korea, Saudi Arabia and the United Kingdom. Generation IV International Forum (GIF) has recommended the utilizing of probabilistic safety assessment (PSA) in evaluating the safety of Generation-IV reactors. This paper reviews the PSA performed for PRISM using SAPHIRE 7.27 code. This work shows that the core damage frequency (CDF) of PRISM for a single module is estimated by 8.5E-8/year which is lower than the Generation-IV target that is 1E-6 core damage per year. The social risk of PRISM (likelihood of latent cancer fatality) with evacuation is estimated by 9.0E-12/year which is much lower than the basic safety objective (BSO) that is 1E-7/year. The social risk without evacuation is estimated by 1.2E- 11/year which is also much lower than the BSO. For the individual risk (likelihood of prompt fatality), it is concluded that it can be considered negligible with evacuation (1.0E-13/year). Assuming no evacuation, the individual risk is 2.7E-10/year which is again much lower than the BSO. In comparison with other PSAs performed for similar sodium fast reactors (SFRs), it shows that PRISM concept has the lowest CDF.
KAERI (Korea Atomic Energy Research Institute) developed the conceptual design of PGSFR (Prototype Gen-IV Sodium Cooled Fast Reactor) and Burner Reactor. Since the reactor characteristics of the PGSFR and Burner Reactor are different, the shape, size and the arrangement of the main components in the reactors must be different. Therefore, the conceptual design for the fuel handling and transfer systems needs to be performed coinciding with the structure of the reactor. Especially, because a redan structure dividing hot and cold pool is installed in the reactor vessel, the conceptual design of the fuel handling and transfer system largely changes depending on the location of the redan structure. Various elements of the conceptual design and an integral arrangement for the fuel handling and transfer system were arranged according to the characteristics, sizes and shapes of the reactors. In this paper, the conceptual designs of the fuel handling and transfer system for PGSFR and Burner Reactor are described. Especially, an A-frame method is selected as the fuel handling and transfer system for the Burner Reactor, considering the layout of the internal structure. The tilt angle, diameter and length of A-frame is determined and the strength evaluation of the A-frame is performed.
The Korea Atomic Energy Research Institute (KAERI) has designed a Hybrid-Low Power Research Reactor (H-LPRR) which can be used for critical assembly and conventional research reactor as well. It is an open tank-in-pool type research reactor (Thermal Power: 50 kWth) of which the most important applications are Neutron Activation Analysis (NAA), Radioisotope (RI) production, education and training. There are eight irradiation holes on the edge of the reactor core: IR (6 holes for RI production) and NA (2 holes for NAA) holes. In order to quantify the elemental concentration in target samples through the Instrumental Neutron Activation Analysis (INAA), it is necessary to measure neutron spectrum parameters such as thermal neutron flux, the deviation from the ideal 1/E epithermal neutron flux distribution (α), and the thermal-to-epithermal neutron flux ratio (f) for the irradiation holes. In this study, the MCNP6.1 code and FORTRAN 90 language are applied to determine the parameters for the two irradiation holes (NA-SW and NA-NW) in H-LPRR, and in particular its α and f parameters are compared to values of other research reactors. The results confirmed that the neutron irradiation holes in H-LPRR are designed to be sufficiently applied to neutron activation analysis, and its performance is comparable to that of foreign research reactors including the TRIGA MARK II.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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