This paper addresses two types of uncertainty: stochastic uncertainty and subjective uncertainty in probabilistic accident consequence assessments. The off-site consequence assessment code OSCAAR has been applied to uncertainty and sensitivity analyses on the individual risks of early fatality and latent cancer fatality in the population outside the plant boundary due to a severe accident. A new stratified meteorological sampling scheme was successfully implemented into the trajectory model for atmospheric dispersion and the statistical variability of the probability distributions of the consequence was examined. A total of 65 uncertain input parameters was considered and 128 runs of OSCAAR with 144 meteorological sequences were performed in the parameter uncertainty analysis. The study provided the range of uncertainty for the expected values of individual risks of early and latent cancer fatality close to the site. In the sensitivity analyses, the correlation/regression measures were useful for identifying those input parameters whose uncertainty makes an important contribution to the overall uncertainty for the consequence. This could provide valuable insights into areas for further research aiming at reducing the uncertainties.
In this study, $SO_2$ and $NO_2$ reduction have been investigated by using coil type plasma reactor. The experiments have been carried out changing discharge power, gas flow rate frequency and electrode style to obtain the decomposition rate. Decomposition rates of $SO_2$ and $NO_2$ were obtained 20~98% at gas flow rate 100ml/min~1,000ml/min and discharge power 5~25w respectively. The energy efficiency is very good at the high frequency power. The decomposition rate of $SO_2$ for 5kHz power supply is only 90%, but for 10kHz power supply is very high, more than 98% for 15w. The decomposition rate is increasing according to the residence time or the power consumption of the discharge. About 15W discharge power for 17$cm^2$ reactor is necessary to obtain the decomposition rate of $SO_2$ and $NO_2$ of more than 85% or 98%. From these experiments, the consumption power of the decomposition rate of 98% in 300ppm $NO_2$ gas in nitrogen gas proved to be 18W and 300ppm $SO_2$ gas to be 15w.
The supercritical $CO_2$ Brayton cycle energy conversion system is presented as a promising alternative to the present Rankine cycle. The principal advantage of the S-$CO_2$ gas is a good efficiency at a modest temperature and a compact size of its components. The S-$CO_2$ Brayton cycle coupled to a SFR also excludes the possibilities of a SWR (Sodium-Water Reaction) which is a major safety-related event, so that the safety of a SFR can be improved. KAERI is conducting a feasibility study for the supercritical carbon dioxide (S-$CO_2$) Brayton cycle power conversion system coupled to KALIMER(Korea Advanced LIquid MEtal Reactor). The purpose of this research is to develop S-$CO_2$ Brayton cycle energy conversion systems and evaluate their performance when they are coupled to advanced nuclear reactor concepts of the type under investigation in the Generation IV Nuclear Energy Systems. This paper contains the research overview of the S-$CO_2$ Brayton cycle coupled to KALIMER-600 as an alternative energy conversion system.
Kim, Y. S.;B. U. Bae;Park, G. C.;K. Y. Sub;Lee, U. C .
Nuclear Engineering and Technology
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v.35
no.2
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pp.91-107
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2003
Since DBA(Design Basis Accidents) has been studied rather separately from SA(Severe Accidents) in the conventional nuclear reactor safety analysis, the thermal hydraulics during transition between DBA and SA has not been identified so much as each accident itself. Thus, in this study, the thermal hydraulic behavior from DBA to the commencement of SA has been experimentally and analytically investigated for the long-term cooling phase of LB-LOCA(Large-Break Loss-of-Coolant Accident). Experiments were conducted for both cases of the loop seal open and closed in an integral test loop, named as SNUF (Seoul National University Facility), which was scaled down to l/6.4 in length and 1/178 in area of the APR1400 (Advanced Power Reactor 1400MWe). The core mixture level was a main measured value since it took major role in the fuel heat-up rate, the location of fuel melting initiation and the channel blockage by melting material during SA. Experimental results were compared to MAAP4.03 to assess its model of calculating the core mixture level. MAAP4.03 overestimates the core two- phase mixture level because sweep-out and spill-over and the measures to simulate the status of loop seal are not included, which is against the conservatism. Thus, it is recommended that MAAP4.03 should be improved to simulate the thermal hydraulic phenomena, such as sweep-out, spill-over and the status of loop seal.
The influence of density differences on the mixing of the primary loop inventory and the Emergency Core Cooling (ECC) water in the downcomer of a Pressurised Water Reactor (PWR) was analyzed at the ROssendorf COolant Mixing (ROCOM) test facility. ROCOM is a 1:5 scaled model of a German PWR, and has been designed for coolant mixing studies. It is equipped with advanced instrumentation, which delivers high-resolution information for temperature or boron concentration fields. This paper presents a ROCOM experiment in which water with higher density was injected into a cold leg of the reactor model. Wire-mesh sensors measuring the tracer concentration were installed in the cold leg and upper and lower part of the downcomer. The experiment was run with 5% of the design flow rate in one loop and 10% density difference between the ECC and loop water especially for the validation of the Computational Fluid Dynamics (CFD) software ANSYS CFX. A mesh with two million control volumes was used for the calculations. The effects of turbulence on the mean flow were modelled with a Reynolds stress turbulence model. The results of the experiment and of the numerical calculations show that mixing is dominated by buoyancy effects: At higher mass flow rates (close to nominal conditions) the injected slug propagates in the circumferential direction around the core barrel. Buoyancy effects reduce this circumferential propagation. Therefore, density effects play an important role during natural convection with ECC injection in PWRs. ANSYS CFX was able to predict the observed flow patterns and mixing phenomena quite well.
Software safety for nuclear reactor protection systems (RPSs) is the most important requirement for the obtainment of permission for operation and export from government authorities, which is why it should be managed with well-experienced software development processes. The RPS software is typically modeled with function block diagrams (FBDs) in the design phase, and then mechanically translated into C programs in the implementation phase, which is finally compiled into executable machine codes and loaded on RPS hardware - PLC (Programmable Logic Controller). Whereas C Compilers are fully-verified COTS (Commercial Off-The-Shelf) software, translators from FBDs to C programs are provided by PLC vendors. Long-term experience, experiments and simulations have validated their correctness and function safety. This paper proposes a behavior-preserving translation from FBD design to C implementation for RPS software. It includes two sets of translation algorithms and rules as well as a prototype translator. We used an example of RPS software in a Korean nuclear power plant to demonstrate the correctness and effectiveness of the proposed translation.
Cyber security is an important issue in the field of nuclear engineering because nuclear facilities use digital equipment and digital systems that can lead to serious hazards in the event of an accident. Regulatory agencies worldwide have announced guidelines for cyber security related to nuclear issues, including U.S. NRC Regulatory Guide 5.71. It is important to evaluate cyber security risk in accordance with these regulatory guides. In this study, we propose a cyber security risk evaluation model for nuclear instrumentation and control systems using a Bayesian network and event trees. As it is difficult to perform penetration tests on the systems, the evaluation model can inform research on cyber threats to cyber security systems for nuclear facilities through the use of prior and posterior information and backpropagation calculations. Furthermore, we suggest a methodology for the application of analytical results from the Bayesian network model to an event tree model, which is a probabilistic safety assessment method. The proposed method will provide insight into safety and cyber security risks.
Gas-liquid bubble column reactors are extensively used in industrial processes. A detailed knowledge of bubble size distribution is needed for determining the mass transfer in gas-liquid film. Experimental data on bubble size distribution and liquid-side mass transfer coefficient($k_L$) were used to calculate the estimated time to saturation in bubble column reactor. Also, the gas flux was evaluated to the liquid-side mass transfer coefficient($k_L$) and solubility data for hydrogen sulfide($H_2S$) and chlorine($Cl_2$) absorption into water. Simulation results show that $H_2S$ absorption time to 50 % of saturation concentrations are 611 sec and 1,329 sec when bubble diameters are 0.5 mm and 4.5 mm, while absorbing 1 % $H_2S$ gas. In case of $Cl_2$, absorption time range 657 to 1,400 sec when bubble size range 0.5 mm to 4.5 mm, while absorbing 1 % $Cl_2$ gas. Calculated simulation results can be used in the design of emergency relief bubble reactors.
The objective of this research is to the use of americium (AmO2) as a burnable absorber effectively instead of conventional gadolinium (Gd2O3) for VVER-1200 reactor by analyzing its impacts on reactivity, power peaking factor (PPF), safety factor, and quality of the spent fuel. The assembly is burned to 60 GWd/t by using SRAC-2006 code and JENDL-4.0 data library for finding the optimum amount and effective way of using AmO2 as a burnable absorber. From these studies, it is found that AmO2 can decrease the excess reactivity like Gd2O3 without changing the criticality life span and enrichment of 235U. A homogeneous mixture of the 0.20% AmO2+ 4.95% enriched UO2 fuel rod (model MF-4) decreases the PPF than the reference assembly. The use of AmO2+UO2 in the integral burnable absorber (IBA) rod or the outer layer could also decrease the PPF up to 10 GWd/t but increases rapidly after 30 GWd/t, which could be a safety threat. The fuel temperature coefficient and void coefficient of the model MF-4 are the same as the reference assembly. In addition, 22% of initially loaded Am are burning effectively and contributing to the power production.
Lim, Do Kyun;Song, Min Seop;Chae, Hoon;Kim, Eung Soo
Nuclear Engineering and Technology
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v.51
no.5
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pp.1279-1288
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2019
The vortex-type fluidic diode (FD) is a key safety component for inherent safety in various advanced reactors such as the sodium fast reactor (SFR) and the molten salt reactor (MSR). In this study, topology optimization is conducted to optimize the design of the vortex-type fluidic diode. The optimization domain is simplified to 2-dimensional geometry for a tangential port and chamber. As a result, a design with a circular chamber and a restrictor at the tangential port is obtained. To verify the new design, experimental study and computational fluid dynamics (CFD) analysis were conducted for inlet Reynolds numbers between 2000 and 6000. However, the results show that the performance of the new design is no better than the original reference design. To analyze the cause of this result, detailed analysis is performed on the velocity and pressure field using flow visualization experiments and 3-D CFD analysis. The results show that the discrepancy between the optimization results in 2-D and the experimental results in 3-D originated from exclusion of an important pressure loss contributor in the optimization process. This study also concludes that the junction design of the axial port and chamber offers potential for improvement of fluidic diode performance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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