Stimpson, Shane;Liu, Yuxuan;Collins, Benjamin;Clarno, Kevin
Nuclear Engineering and Technology
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v.49
no.6
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pp.1240-1249
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2017
An essential component of the neutron transport solver is the resonance self-shielding calculation used to determine equivalence cross sections. The neutron transport code, MPACT, is currently using the subgroup self-shielding method, in which the method of characteristics (MOC) is used to solve purely absorbing fixed-source problems. Recent efforts incorporating multigroup kernels to the MOC solvers in MPACT have reduced runtime by roughly $2{\times}$. Applying the same concepts for self-shielding and developing a novel lumped parameter approach to MOC, substantial improvements have also been made to the self-shielding computational efficiency without sacrificing any accuracy. These new multigroup and lumped parameter capabilities have been demonstrated on two test cases: (1) a single lattice with quarter symmetry known as VERA (Virtual Environment for Reactor Applications) Progression Problem 2a and (2) a two-dimensional quarter-core slice known as Problem 5a-2D. From these cases, self-shielding computational time was reduced by roughly $3-4{\times}$, with a corresponding 15-20% increase in overall memory burden. An azimuthal angle sensitivity study also shows that only half as many angles are needed, yielding an additional speedup of $2{\times}$. In total, the improvements yield roughly a $7-8{\times}$ speedup. Given these performance benefits, these approaches have been adopted as the default in MPACT.
Al Awad, Abdulrahman S.;Habashy, Abdalla;Metwally, Walid A.
Nuclear Engineering and Technology
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v.50
no.5
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pp.709-716
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2018
A criticality safety analysis was performed for the APR-1400 spent fuel pool region-II to ensure the safe storage of spent fuel, with credit taken for depletion and in-rack neutron absorbers (Metamic panels). PLUS7 fuel assembly was modeled using TRITON-NEWT of SCALE-6.1. The burnup-dependent cross-section library was generated under limiting core-operating conditions with 5%-w U-235 initial enrichment. MCNP5 was used to evaluate the neutron multiplication factor in an infinite array of rack cells with the axially nonuniformly burnt PLUS7 assemblies under normal, abnormal, and accident conditions; including all biases and uncertainties. The main purpose of this study is to investigate reactivity variations due to the critical depletion and reactor operation parameters. The approach, assumptions, and modeling methods were verified by analyzing the contents of the most important fissile and the associated reactivity effects. The Nuclear Regulatory Commission (NRC) guidance on k-eff being less than 1.0 for spent fuel pools filled with unborated water was the main criterion used in this study. It was found that assemblies with 49.0 GWd/MTU and 5.0 w/o U-235 initial enrichment loaded in Region-II satisfy this criterion. Moreover, it was found that the end effect resulted in a positive bias, thus ensuring its consideration.
Natural convection and thermal stratification phenomena are found in large water pools that are being used as heat sinks for decay heat removal from the reactor core using passive heat removal systems. In this study, the two-phase (water and air) natural convection and thermal stratification phenomena with conjugate heat transfer in the rectangular enclosure were investigated numerically using ANSYS Fluent 17.2 code. The transient numerical simulations of these phenomena in the full-scale computational domain of the experimental facility were performed. Generation of water vapour bubbles around the heater rod and evaporation phenomena were included in this numerical investigation. The results of numerical simulations are in good agreement with experimental measurements. This shows that the natural convection is formed in region above the heater rod and the water is thermally stratified in the region below the heater rod. The heat from higher region and from the heater rod is transferred to the lower region via conduction. The thermal stratification disappears and the water becomes well mixed, only after the water temperature reaches the saturation temperature and boiling starts. The developed modelling approach and obtained results provide guidelines for numerical investigations of thermal-hydraulic processes in the water pools for passive residual heat removal systems or spent nuclear fuel pools considering the concreate walls of the pool and main room above the pool.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.28
no.2
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pp.189-195
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2004
The pressure tubes, which contain high temperature heavy water and fuel, are within the core of a CANDU nuclear reactor, and are thus subjected to high stresses, temperature gradient, and neutron flux. Further, it is well known that pressure tubes of cold-worked Zr-2.5Nb materials result in hydrogen diffusion, which create fully-hydrided regions (frequently called Blister). Thus a proper investigation of hydrogen diffusion within zirconium-alloy nuclear components, such as CANDU pressure tube and fuel channels is essential to predict the structural integrity of these components. In this respect, this paper presents numerical investigation of hydrogen diffusion to quantify the hydrogen concentration fur blister growth of CANDU pressure tube. For this purpose, coupled temperature-hydrogen diffusion analyses are performed by means of two-dimensional finite element analysis. Comparison of predicted temperature field and blister with published test data shows good agreement.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.20
no.3
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pp.215-222
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2010
Long and slender body, like a fuel rod, oscillating in axial flow can be unstabilized even by the small cross flow which can be activated by the flow mixer or turbulent generator. It is important to include these effects of flow disturbance in dynamic stability analysis of nuclear fuel rod. This work shows how eigen frequency of a multi-span fuel rod can be changed by the swirl flow, which is discretely generated 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 calculated. 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.
A one dimensional neutron kinetics program, BIK which is applicable to the safety analyses of PWR's is developed to analyze the reactor core in axial dimension. The BIK employs the finite difference technique in space and $\theta$-time integration method in time. Detailed models for the Doppler and moderator feedbacks and control rod motion are included. The benchmark of the nuclear model is carried out through the ANL benchmark problem and the time dependent nuclear power change in the rod ejection accident of KNU1 is calculated by BIK code. The results indicate that the BIK can predict the neutron dynamics with fair accuracy within the limits of one dimensional analysis and it is useful for the safety analyses of PWR's.
Non-destructive gamma-ray spectrometry was carried out on the spent PWR fuel assemblies at the spent fuel pool of reactor-site. Attention was focused on the determination of burnup distribution and cooling time. For the measurement of burnup distribution, the concentration ratio of $^{134}$ Cs$^{137}$ Cs was used and the results showed these ratios varied with the positions of assemblies in the core during their irradiation. For the measurement of cooling time, $^{144}$ Ce$^{137}$ Cs was used and the results were agreed considerably well with the operator declared cooling time.
The energetic steam explosion caused by contact between the high temperature molten core and water is one of the phenomena that may threaten the integrity of the containment vessel during severe accidents of light water reactors (LWRs). We examined the dependence of steam explosion loads in a typical reactor cavity geometry on selected model parameters and initial/boundary conditions by using a steam explosion simulation code, JASMINE, developed at Japan Atomic Energy Agency (JAEA). Among the parameters, we put an emphasis on the water pool depth that has significance in terms of accident mitigation strategies including cavity flooding. The results showed a strong correlation between the load and the premixed mass, defined as the mass of the molten material in low void zones (void fraction < 0.75). The jet diameter and velocity that comprise the flow rate were the primary factors to determine the premixed mass and the load. The water pool depth also showed a significant impact. The energy conversion ratio based on the enthalpy in the premixed mass was in a narrow range ~4%. Based on this observation, we proposed a simplified method for evaluation of the steam explosion load. The results showed fair agreement with JASMINE.
The activation products of aluminum and argon are key radionuclides for operational and environmental radiological safety during the normal operation of open-tank-in-pool type research reactors using aluminum-clad fuels. Their activities measured in the primary coolant and pool surface water of HANARO have been consistent. We estimated their sources from the measured activities and then compared these values with their production rates obtained by a core calculation. For each aluminum activation product, an equivalent aluminum thickness (EAT) in which its production rate is identical to its release rate into the coolant is determined. For the argon activation calculation, the saturated argon concentration in the water at the temperature of the pool surface is assumed. The EATs are 5680, 266 and 1.2 nm, respectively, for Na-24, Mg-27 and Al-28, which are much larger than the flight lengths of the respective recoil nuclides. These values coincide with the water solubility levels and with the half-lives. The EAT for Na-24 is similar to the average oxide layer thickness (OLT) of fuel cladding as well; hence, the majority of them in the oxide layer may be released to the coolant. However, while the average OLT clearly increases with the fuel burn-up during an operation cycle, its effect on the pool-top radiation is not distinguishable. The source of Ar-41 is in good agreement with the calculated reaction rate of Ar-40 dissolved in the coolant.
Operational license of WWER-440/213 units at Paks NPP, Hungary is limited to the design lifetime of 30 years. Prolongation by additional 20 years of the operational lifetime is feasible. Moreover, enhancement of the reactor thermal power by 8% will increase both the net power output and the competitiveness of the plant. Paks NPP is a pioneer considering the power up-rate and preparation of long-term operation of WWER-440/213 design. Systematic preparatory work for long-term operation of Paks NPP has been started in 2000. A regulatory framework and a comprehensive engineering practice have been developed. According to the authors view, creation of a gapless engineering system via consequent application of best practices, and feed-back of experiences together with proper consideration of WWER-440/V213 features are the decisive elements of ensuring the safety of long-term operation. That systematic engineering approach is in the focus of recent paper. Key elements of justification and measures for ensuring the safety of long-term operation of Paks NPP WWER-440/213 units are identified and discussed. These are the assessment of plant condition and review of adequacy of ageing management programmes, also the review, validation and reconstitution of time limited ageing analyses as core tasks of licence renewal.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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