Numerous advanced reactor concepts have been proposed to replace light water reactors ever since their establishment as the dominant technology for nuclear energy production. While most designs seek to improve cost competitiveness and safety, the implausibility of doing so with affordable materials or existing nuclear fuel infrastructure reduces the possibility of near-term deployment, especially in developing countries. The organic nuclear concept, first explored in the 1950s, offers an attractive alternative to advanced reactor designs being considered. The advent of high temperature fluids, along with advances in hydrocracking and reforming technologies driven by the oil and gas industries, make the organic concept even more viable today. We present a simple, cost-effective, and safe small modular nuclear reactor for offshore underwater deployment. The core is moderated by graphite, zirconium hydride, and organic fluid while cooled by the organic fluid. The organic coolant enables operation near atmospheric pressure and use of plain carbon steel for the reactor tank and primary coolant piping system. The core is designed to mitigate the coolant degradation seen in early organic reactors. Overall, the design provides a power density of 40 kW/L, while reducing the reactor hull size by 40% compared with a pressurized water reactor while significantly reducing capital plant costs.
Son, Jin Gwan;Lee, Jae Han;Kim, Hoe Woong;Kim, Sung Kyun;Kim, Jong Bum
Nuclear Engineering and Technology
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v.51
no.3
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pp.922-929
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2019
This paper presents the drop performance test of the control rod assembly which is one of the main components strongly related to the safety of the prototype generation IV sodium-cooled fast reactor. To investigate the drop performance, a real-sized control rod assembly that was recently modified based on the drop analysis results was newly fabricated, and several free drop tests under different flow rate conditions were carried out. Then the results were compared with those obtained from the previous tests conducted on the conceptually designed control rod assembly to demonstrate the improvement in performance. Moreover, the drop performance tests under several types and magnitudes of seismic loadings were also conducted to investigate the effect of the seismic loading on the drop performance of the modified control rod assembly. The results showed that the effects of the type and magnitude of the seismic loading on the drop performance of the modified control rod assembly were not significant. Also, the drop time requirement was successfully satisfied, even under the seismic loading conditions.
Park, Jong-beom;Lee, Sang-Jeong;Lee, Eun-ho;Park, No-Cheol;Kim, Yong-beom
Nuclear Engineering and Technology
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v.51
no.6
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pp.1658-1668
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2019
Nuclear power generates a large portion of the energy used today and plays an important role in energy development. To ensure safe nuclear power generation, it is essential to conduct an accurate analysis of reactor structural integrity. Accordingly, in this study, a methodology for obtaining accurate structural responses to the combined seismic and reactor coolant loads existing prior to the shutdown of a nuclear reactor is proposed. By applying the proposed analysis method to the reactor vessel internals, it is possible to derive the seismic responses considering the influence of the hydraulic loads present during operation for the first time. The validity of the proposed methodology is confirmed in this research by using the finite element method to conduct seismic and hydraulic load analyses of the advanced APR1400 1400 MWe power reactor, one of the commercial reactors. The structural responses to the combined applied loads are obtained using displacement-based and stress-based superposition methods. The safety of the subject nuclear reactor is then confirmed by analyzing the design margin according to the American Society for Mechanical Engineers (ASME) evaluation criteria, demonstrating the promise of the proposed analysis method.
Marine reactor systems experience platform movement, and therefore, the system thermal-hydraulic analysis code needs to reflect the motion effect on the fluid to evaluate reactor safety. A moving reactor model for MARS-KS was developed to simulate the hydrodynamic phenomena in the reactor under motion conditions; however, its applicability does not cover the MULTID component used in multidimensional flow analyses. In this study, a moving reactor model is implemented for the MULTID component to address the importance of multidimensional flow effects under dynamic motion. The concept of the volume connection is generalized to facilitate the handling of the junction of MULTID. Further, the accuracy in calculating the pressure head between volumes is enhanced to precisely evaluate the additional body force. Finally, the Coriolis force is modeled in the momentum equations in an acceleration form. The improvements are verified with conceptual problems; the modified model shows good agreement with the analytical solutions and the computational fluid dynamic (CFD) simulation results. Moreover, a simplified gravity-driven injection is simulated, and the model is validated against a ship flooding experiment. Throughout the verifications and validations, the model showed that the modification was well implemented to determine the capability of multidimensional flow analysis under ocean conditions.
One of the issues in the development of the sodium-cooled fast reactor (SFR) using transuranic (TRU) metallic fuel is the absence of criticality benchmark experiment that faithfully mocks up the nuclear characteristics of the target design for validation of the reactor core design code and its uncertainty quantification (UQ). This study aims to quantify the criticality uncertainty of a typical TRU burner with metallic fuel by using the standard upper safety limit (USL) estimation framework based on the similarity analysis of existing benchmark experiments but elaborated in two aspects:1) application of two-sided rather than one-sided tolerance interval and 2) inclusion of additional uncertainty to account for fission products and minor actinides not included in the benchmark experiments. To conduct the similarity analysis and evaluate the nuclear-data induced uncertainty, existing, well-verified computing codes were integrated, including the nuclear data sampling code SANDY, the nuclear data processing code NJOY, and the continuous-energy Monte Carlo code McCARD. Finally, using the SFR benchmark database comprising both publicly available and proprietary benchmark experiments, the criticality uncertainty of the TRU core model with metallic fuel was evaluated.
Nuclear safety measures such as safety technology, culture, and regulation affects nuclear performances. This paper analyzes the change of nuclear performance by considering nuclear safety measures. Nuclear performance and technical data ranging 1970 to 2015 are collected from the Power Reactor Information System (PRIS) of IAEA. The result of panel regression analysis shows that overall engineering level, maintenance engineering and productivity decrease the forced loss rate (FLR). FLR structurally increase after Chernobyl accident in 1986 whereas after TMI and Fukushima accidents FLR didn't show any significant changes. The structural increase of FLR after Chernobyl are likely to result from the efforts of international communities for nuclear safety culture which makes nuclear operating company pay more opportunity cost to achieve nuclear safety.
The Fukushima accident reveals the vulnerability of existing active nuclear power plant (NPP) design against prolonged loss of external electricity events. The passive safety system is considered an attractive alternative to cope with this kind of disaster. Also, the passive safety system enhances both the safety and the economics of NPPs. The adoption of a passive safety system reduces the number of active components and can minimize the construction cost of NPPs. In this paper, reflecting on the experience during the development of the APR+ design in Korea, we propose the concept of an innovative Power Reactor (iPower), which is a kind of passive NPP, to enhance safety in a revolutionary manner. The ultimate goal of iPower is to confirm the feasibility of practically eliminating radioactive material release to the environment in all accident conditions. The representative safety grade passive system includes a passive emergency core cooling system, a passive containment cooling system, and a passive auxiliary feedwater system. Preliminary analysis results show that these concepts are feasible with respect to preventing and/or mitigating the consequences of design base accidents and severe accidents.
A hybrid safety injection tank (H-SIT) can enhance the capability of an advanced power reactor plus (APR+) during a station black out (SBO) that is accompanied by a severe accident. It may a useful alternative to an electric motor. The operations strategy of the H-SIT has to be investigated to achieve maximum utilization of its function. In this study, the master logic diagram (i.e., an analysis for identifying the differences between an H-SIT and a safety injection pump) and an accident case classification were used to determine the parameters of the H-SIT operation. The conditions that require the use of an H-SIT were determined using a decision-making process. The proper timing for using an H-SIT was also analyzed by using the Multi-dimensional Analysis of Reactor Safety (MARS) 1.3 code (Korea Atomic Energy Research Institute, Daejeon, South Korea). The operation strategy analysis indicates that a H-SIT can mitigate five types of failure: (1) failure of the safety injection pump, (2) failure of the passive auxiliary feedwater system, (3) failure of the depressurization system, (4) failure of the shutdown cooling pump (SCP), and (5) failure of the recirculation system. The results of the MARS code demonstrate that the time allowed for recovery can be extended when using an H-SIT, compared with the same situation in which an H-SIT is not used. Based on the results, the use of an H-SIT is recommended, especially after the pilot-operated safety relief valve (POSRV) is opened.
This paper is a technical review of the research and development results of the Korea Nuclear Instrumentation and Control System (KNICS) project and Nu-Tech 2012 program. In these projects man-machine interface system architecture, two digital platforms, and several control and protection systems were developed. One platform is a Programmable Logic Controller (PLC) for a digital safety system and another platform is a Distributed Control System (DCS) for a non-safety control system. With the safety-grade platform PLC, a reactor protection system, an engineered safety feature-component control system, and reactor core protection system were developed. A power control system was developed based on the DCS. A logic alarm cause tracking system was developed as a man-machine interface for APR1400. Also, Integrated Performance Validation Facility (IPVF) was developed for the evaluation of the function and performance of developed I&C systems. The safety-grade platform PLC and the digital safety system obtained approval for the topical report from the Korean regulatory body in February of 2009. A utility and vendor company will determine the suitability of the KNICS and Nu- Tech 2012 products to apply them to the planned nuclear power plants.
Heat is generated during the synthesis and mixing process of chemical compounds due to a change in activation energy during the reaction. A runaway reaction occurs when sufficient heat is not removed during the heat control process within a reactor, rapidly increasing the temperature, reaction speed, and rate of heat generation inside the reactor. A risk assessment was executed using an RC-1 (Reaction Calorimeter) during Friedel-Crafts acylation. Friedel-Crafts acylation runs the risk of rapid heat generation during Active Pharmaceutical Ingredient (API) manufacturing; it was used to confirm the risk of a runaway reaction at each synthesis stage and during the mixing process. This study used experimental data to develop a safety efficiency improvement plan to control the risks of runaway and other exothermic reactions, which was implemented at the production site of a chemical plant.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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