In the early 1980s, attention focused on the possibility that pressurized thermal shock (PTS) events could challenge the integrity of a nuclear reactor pressure vessel (RPV) because operational experience suggested that overcooling events, while not common, did occur, and because the results of in-reactor materials surveillance programs showed that RPV steels and welds, particularly those having high copper content, experience a loss of toughness with time due to neutron irradiation embrittlement. These recognitions motivated analysis of PTS and the development of toughness limits for safe operation. It is now widely recognized that state of knowledge and data limitations from this time necessitated conservative treatment of several key parameters and models used in the probabilistic calculations that provided the technical of the PTS Rule, 10 CFR 50.61. To remove the unnecessary burden imposed by these conservatisms, and to improve the NRC's efficiency in processing exemption and license exemption requests, the NRC undertook the PTS re-evaluation project. This paper provides a synopsis of the results of that project, and the resulting Alternate PTS rule, 10 CFR 50.61a.
Fracture mechanics is one of the major areas of the pressurized thermal shock (PTS) evaluation. To evaluate the reactor pressure vessel integrity associated with PTS, PFM methodology demands precise calculation of temperature, stress, and stress intensity factor for the variety of PTS transients. However, the existence of stainless steel cladding, with different thermal, physical, and mechanical property, at the inner surface of reactor pressure vessel complicates the fracture mechanics analysis. In this paper, treatment schemes to evaluate stress and resulting stress intensity factor for RPV with stainless steel clad are introduced. For a reference transient, the effects of clad thermal conductivity and thermal expansion coefficients on deterministic fracture mechanics analysis are examined.
Kim, Ji-Ho;Kim, Yong-Wan;Kim, Tae-Wan;Hyung-Huh;Kim, Jong-In
Nuclear Engineering and Technology
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제32권2호
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pp.99-107
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2000
A probabilistic integrity analysis method is presented for a reactor vessel under pressurized thermal shock(PTS) based on Monte Carlo simulation. This method can be applied to the structural integrity assessment of a reactor vessel subjected to pressurized thermal shock where the coolant temperature transient cannot be expressed explicitly as a time function. An axially or circumferentially oriented infinite length surface crack is assumed to be in the beltline weld region of the rector vessel's inside surface. The random variables are the initial crack depth, neutron fluence on the vessel's inside surface, the copper and nickel content of the vessel materials, R $T_{NDT}$ , $K_{IC}$ , and K/aub la/. The reliability of a sample reactor vessel under PTS is assessed quantitatively and the influence of the amount of neutron fluence is also examined by applying the present method.sent method.
Performed here is an assessment study for deterministic fracture mechanics analysis of a pressurized thermal shock(PTS). The PTS event means an event or transient in pressurized water reactors(PWRs) causing severe overcooling(thermal shock) concurrent with or followed by significant pressure in the reactor vessel. The problems consisting of two transients and 10 cracks are solved and maximum stress intensity factors and maximum allowable nil-ductility reference temperatures are calculated. Their results are compared each other to address the general characteristics between transients, crack types and analysis methods. The effects of elastic-plastic material behavior and clad coating on the inner surface are explored.
Plant-specific analyses of 5 types of domestic reactors in Korea are performed to assure the structural integrity of the reactor pressure vessel (RPV) during transients which are expected to initiate pressurized thermal shock (PTS) events. The failure probability of the RPV due to PTS is obtained by performing probabilistic fracture mechanics analysis. The through-wall cracking frequency is calculated and compared to the acceptance criterion. Considering the fluence at the end of life expected by surveillance test, the sufficient safety margin is expected for the structural integrity of all reactor pressure vessels except for the oldest one during the pressurized thermal shock events. If the flaw with aspect ratio of 1/12 is considered to eliminate the conservatism, the acceptance criteria is not exceeded for all plants until the fluence level of $8{\times}10^{19}\;n/cm^2$, generating sufficient margin beyond the design life.
The evaluation method for the failure frequency of reactor vessel under pressurized thermal shock(PTS) is developed using probabilistic fracture mechanics. The probabilistic reactor integrity evaluation code, named R-PIE code, is developed. The validity and uncertainty of the R-PIE code is investigated. The reactor failure frequencies under PTS for Kori-1 nuclear power plant and other type of domestic nuclear power plants are evaluated. The reference PTS temperature for domestic nuclear power plants is obtained for the rule making against PTS failure.
An analysis program for the evaluation of pressure vessel integrity under pressurized thermal shock (PTS) is developed. For given material properties and transient history such as temperature and pressure, the stress distribution is calculated and then stress intensity factors are obtained for a wide range of crack sizes. The stress intensity factors are compared with the fracture toughness to check if cracking is expected to occur during the transient. Using this program a round robin problem of PTS during a small break loss of coolant transient has been analyzed as a part of the international comparative assessment study. The allowable maximum reference nil-ductility transition temperatures are determined for various crack sizes.
The structural integrity of the reactor pressure vessel under pressurized thermal shock (PTS) is evaluated in this study. For given material properties and transient histories such as temperature and pressure, the stress distribution is found and stress intensity factors are obtained for a wide range of crack sizes. The stress intensity factors are compared with the fracture toughness to check if cracking is expected to occur during the transient. A round robin problem of the PTS during a small break loss of coolant transient has been analyzed as a part of the international comparative assessment study, and the evaluation results are discussed. The maximum allowable nil-ductility transition temperatures are determined for various crack sizes.
The PTS reference temperature of reactor pressure vessel for one of the Korean NPPs has been predicted to exceed the screening criteria before it reaches it's design life. To cope with this issue, a plant-specific PTS analysis had been performed in accordance with the Regulatory Guide 1.154 in 1999. As a result of that analysis, it was found that current methodology of RG. 1.154 was very conservative. The objective of this study is to examine the effects of changing various input parameters and to determine the amount of conservatism of the current PTS analysis method. To do this, based on the past PTS analysis experience, parametric study were performed for various models using modified VISA-II code. This paper discusses the analysis results and recommendations to reduce the conservatism of current analysis method.
The chemistry factor and RTPTS margin for domestic reactor pressure vessel materials were analyzed by using the surveillance data which have been obtained from 8 nuclear power plants in Korea. The surveillance data have been used to assess the integrity of the pressure vessel under the pressurized thermal shock (PTS) event. The chemistry factor, which is determined by the Cu and Ni contents of vessel materials, is considered a proper tool to assess the $RT_{PTS}$. The chemistry factors, which were obtained from the surveillance data of domestic reactor pressure vessels, were investigated and compared with those of Regulatory Guide 1.99 in this study. Regressions for ${\Delta}RT_{NDT}$ were performed to expect the chemistry factor as a function of Cu and Ni, and to estimate $RT_{PTS}$ margin. The margin analysis was performed by comparing the regression graphs and standard deviations with those of Regulatory Guide 1.99. The standard deviations calculated by using the domestic surveillance data for base metal and welds are almost same as the standard deviations which are suggested on Regulatory Guide 1.99, Rev.2.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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