Hong June Park;Sun Young Chang;Kyung Su Kim;Pascal Claude Leverd;Joo Hyun Moon;Jong-Il Yun
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.21
no.4
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pp.571-576
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2023
The initial development plans for the six reactor designs, soon after the release of Generation IV International Forum (GIF) TRM in 2002, were characterized by high ambition [1]. Specifically, the sodium-cooled fast reactor (SFR) and very-high temperature reactor (VHTR) gained significant attention and were expected to reach the validation stage by the 2020s, with commercial viability projected for the 2030s. However, these projections have been unrealized because of various factors. The development of reactor designs by the GIF was supposed to be influenced by events such as the 2008 global financial crisis, 2011 Fukushima accident [2, 3], discovery of extensive shale oil reserves in the United States, and overly ambitious technological targets. Consequently, the momentum for VHTR development reduced significantly. In this context, the aims of this study were to compare and analyze the development progress of the six Gen IV reactor designs over the past 20 years, based on the GIF roadmaps published in 2002 and 2014. The primary focus was to examine the prospects for the reactor designs in relation to spent nuclear fuel burning in conjunction with small modular reactor (SMR), including molten salt reactor (MSR), which is expected to have spent nuclear fuel management potential.
Recently, many utilities have considered interim dry storage of spent nuclear fuel as an option for increasing spent fuel storage capacity. Foreign nuclear regulatory committees have provided some regulatory and licensing requirements for relatively low- and medium-burned spent fuel with respect to the prevention of spent fuel degradation during transportation and interim dry storage. In the present study, the effect of cladding creep and hydride distribution on spent fuel degradation is reviewed and performance tests with high-burned Zircaloy-4 and advanced Zr alloy spent fuel are proposed to investigate the effect of burnup and cladding materials on the current regulatory and licensing requirements. Creep tests were also performed to investigate the effect of temperature and tensile hoop stress on hydride reorientation and subsequently to examine the temperature and stress limits against cladding material failure. It is found that the spent fuel failure is mainly caused by cladding creep rupture combined with mechanical strength degradation and hydride reorientation. Hydride reorientation from the circumferential to radial direction may reduce the critical stress intensity that accelerates radial crack propagation. The results of cladding creep tests at $400^{\circ}C$ and 130MPa hoop stress performed in this study indicate that hydride reorientation may occur between 2.6% to 7.0% strain in tube diameter with a hydrogen content range of 40-120ppm. Therefore, it is concluded that hydride re-orientation behaviour is strongly correlated with the cladding creep-induced strain, which varies as functions of temperature and stress acting on the cladding.
Cho, Sang Soon;Choi, Woo Seok;Seo, Ki-Seog;Yang, Yun-Young
Proceedings of the Korean Radioactive Waste Society Conference
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2017.05a
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pp.155-156
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2017
In this study, the structural integrity of the spent nuclear fuel assemblies was evaluated by carrying out a 0.3 m drop impact analysis, one of the normal transportation conditions of the nuclear fuel assemblies. For this purpose, the spent nuclear fuel assembly was modeled in detail as beam elements, and a coupled model for impact analysis was developed by inserting the modeled nuclear fuel assemblies into a cask.
In terms of safety and the efficient management of spent fuel storage, detecting failed fuel is one of the most important tasks in a CANada Deuterium Uranium (CANDU) reactor operation. It has been successfully demonstrated that in a CANDU reactor, on-power failed fuel detection and location systems, along with alarm area gamma monitors, can detect and locate defective and suspect fuel bundles before discharging them from the reactor to the spent fuel storage bay. In the reception bay, however, only visual inspection has been used to identify suspect bundles. Gaseous fission product and delayed neutron monitoring systems cannot precisely distinguish failed fuel elements from each fuel bundle. This study reports the use of a sipping system in a CANDU reactor for the integrity assessment of spent fuel bundles. The integrity assessment of spent fuel bundles using this sipping system has shown promise as a nondestructive test for detecting a defective fuel bundle in a CANDU reactor.
M. Lovecky;J. Zavorka;J. Jirickova;Z. Ondracek;R. Skoda
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.6
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pp.2288-2297
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2023
Current designs of both large reactor units and small modular reactors utilize a nuclear fuel with increasing enrichment. This increasing demand for better nuclear fuel utilization is a challenge for nuclear fuel handling facilities. The operation with higher enriched fuels leads to reduced reserves to legislative and safety criticality limits of spent fuel transport, storage and final disposal facilities. Design changes in these facilities are restricted due to a boron content in steel and aluminum alloys that are limited by rolling, extrusion, welding and other manufacturing processes. One possible solution for spent fuel pools and casks is the burnup credit method that allows decreasing very high safety margins associated with the fresh fuel assumption in spent fuel facilities. This solution can be supplemented or replaced by an alternative solution based on placing the neutron absorber material directly into the fuel assembly, where its efficiency is higher than between fuel assemblies. A neutron absorber permanently fixed in guide tubes decreases system reactivity more efficiently than absorber sheets between the fuel assemblies. The paper summarizes possibilities of fixed neutron absorbers for various nuclear fuel and fuel handling facilities. Moreover, an absorber material was optimized to propose alternative options to boron. Multiple effective absorbers that do not require steel or aluminum alloy compatibility are discussed because fixed absorbers are placed inside zirconium or steel cladding.
This study examines how much the radiation dose rate around it varies if a crack occurs on the spent nuclear fuel rod. The spent nuclear fuel rod to be examined is that of Kori unit 3&4. The source terms are evaluated using the ORIGEN-ARP that is part of the version 5.1 of the SCALE package. The radiation dose rate is assessed using the TORT. To check if the structure of a fuel rod is appropriately modeled in the TORT calculation, the calculation results by the TORT are compared with those by the ANISN for the same case. From the code simulation, it is known that if a crack occurs on the spent nuclear fuel rod, the neutron dose rate varies depending on what material is the crack filled with, but the gamma dose rate varies irrespective of type of the material that the crack is filled with.
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 Radioactive Waste Society Conference
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2004.02a
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pp.191-204
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2004
The research and development of effective management technologies of the spent fuels discharged from power reactors are an important and essential task of KAERI. In resent several years KAERI has focused on a project named "development and demonstration of the Advanced spent fuel Conditioning Process (ACP) in a laboratory scale." The Facility for ACP demonstration consists of two Hot Cells and auxiliary facilities. It is now in the final design stage and will be constructed in 2004. After construction of the facility the ACP equipments will be installed in Hot Cells. The ACP will be demonstrated by some simulated spent fuels first and then by spent fuels.
Proceedings of the Korean Radioactive Waste Society Conference
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2004.06a
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pp.386-395
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2004
The Korean fuel cycle scenario has been modeled by using the dynamic analysis method. For once-through fuel cycle model, the nuclear power plant construction plan was considered, and the nuclear demand growth rate from the year 2016 was assumed to be 1%. After setup the once-thorough fuel cycle model, the DUPIC and fast reactor scenarios were modeled to investigate the environmental effect of each fuel cycle. Through the calculation of the amount of spent fuel, and the amounts of plutonium and minor actinides were estimated and compared to those of the once-through fuel cycle. The results of the once-through fuel cycle shows that the demand grows to 64 GWe and the total amount of the spent fuel would be 100 kt in the year 2100, while the total spent fuel can be reduced by 50% when the DUPIC scenario is implemented
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.21
no.4
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pp.451-463
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2023
With South Korea increasingly focusing on nuclear energy, the management of spent nuclear fuel has attracted considerable attention in South Korea. This study established a novel procedure for selecting safety-relevant radionuclides for long-term safety assessments of a deep geological repository in South Korea. Statistical evaluations were performed to identify the design basis reference spent nuclear fuels and evaluate the source term for up to one million years. Safety-relevant radionuclides were determined based on the half-life criteria, the projected activities for the design basis reference spent nuclear fuel, and the annual limit of ingestion set by the Nuclear Safety and Security Commission Notification No. 2019-10 without considering their chemical and hydrogeological properties. The proposed process was used to select 56 radionuclides, comprising 27 fission and activation products and 29 actinide nuclides. This study explains first the determination of the design basis reference spent nuclear fuels, followed by a comprehensive discussion on the selection criteria and methodology for safety-relevant radionuclides.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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