LEE JUNG-JAE;LEE JIN-YONG;PARK GOON-CHERL;LEE BYUNG-CHUL;YOO HOJONG;KIM HYEONG-TAEK;OH SEUNG-JONG
Nuclear Engineering and Technology
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v.37
no.3
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pp.265-272
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2005
Severe accidents in nuclear power plants can cause hydrogen-generating chemical reactions, which create the danger of hydrogen combustion and thus threaten containment integrity. For containment analyses, a three-dimensional mechanistic code, GOTHIC-3D has been applied near source compartments to predict whether or not highly reactive gas mixtures can form during an accident with the hydrogen mitigation system working. To assess the code applicability to hydrogen combustion analysis, this paper presents the numerical calculation results of GOTHIC-3D for various hydrogen combustion experiments, including FLAME, LSVCTF, and SNU-2D. In this study, a technical base for the modeling oflarge- and small-scale facilities was introduced through sensitivity studies on cell size and bum modeling parameters. Use of a turbulent bum option of the eddy dissipation concept enabled scale-free applications. Lowering the bum parameter values for the flame thickness and the bum temperature limit resulted in a larger flame velocity. When applied to hydrogen combustion analysis, this study revealed that the GOTHIC-3D code is generally able to predict the combustion phenomena with its default bum modeling parameters for large-scale facilities. However, the code needs further modifications of its bum modeling parameters to be applied to either small-scale facilities or extremely fast transients.
The Level 3 PSA being termed accident consequence analysis is defined to assess effects on health and environment caused by radioisotopes released from severe accidents of nuclear power plants. In this study consequence analysis on health effects depending on release characteristics of radioisotopes has been peformed using the 3 MACCS code in severe accidents. The results of this study may contribute to identifying the relative importance of various parameters occurred in consequence analysis as well as to assessing risk reduction accident management strategies. Especially three parameters for the purpose of consequence analysis, such as the release height, the heat content, and the duration time, are used to analyze the variation of early fatalities and latent cancer fatalities. Also, in this study risk assessment using the concept, 'products of uncertainty and consequences', has been performed using consequence of MACCS and frequency on source term category 19 scenarios from IPE (Individual Plant Examination) analysis.
Lessons learned from the Fukushima Daiichi nuclear power plant accident directed that multiple failures should be considered more seriously rather than single failure in the licensing bases and safety cases because attempts to take accident management measures could be unsuccessful under the high radiation environment aggravated by multiple failures, such as complete loss of electric power, uncontrollable loss of coolant inventory, failure of essential safety function recovery. In the case of the complete loss of electric power called station blackout (SBO), if there is no mitigation action for recovering safety functions, the reactor core would be overheated, and severe fuel damage could be anticipated due to the failure of the active heat sink. In such a transient condition at CANDU-6 plants, the seal failure of the primary heat transport (PHT) pumps can facilitate a consequent increase in the fuel sheath temperature and eventually lead to degradation of the fuel integrity. Therefore, it is necessary to specify the regulatory guidelines for multiple failures on a licensing basis so that licensees should prepare the accident management measures to prevent or mitigate accident conditions. In order to explore the efficiency of implementing accident management strategies for CANDU-6 plants, this study proposed a realistic accident analysis approach on the SBO transient with multiple-failure sequences such as seal failure of PHT pumps without operator's recovery actions. In this regard, a comparative study for two PHT pump seal failure modes with and without coolant seal leakage was conducted using a best-estimate code to precisely investigate the behaviors of thermal-hydraulic parameters during transient conditions. Moreover, a sensitivity analysis for different PHT pump seal leakage rates was also carried out to examine the effect of leakage rate on the system responses. This study is expected to provide the technical bases to the accident management strategy for unmitigated transient conditions with multiple failures.
A steam explosion may occur during a severe accident, when the molten core comes into contact with water. The pressurized water reactor and boiling water reactor ex-vessel steam explosion study, which was carried out with the multicomponent three-dimensional Eulerian fuel-coolant interaction code under the conditions of the Organisation for Economic Co-operation and Development (OECD) Steam Explosion Resolution for Nuclear Applications project reactor exercise, is presented and discussed. In reactor calculations, the largest uncertainties in the prediction of the steam explosion strength are expected to be caused by the large uncertainties related to the jet breakup. To obtain some insight into these uncertainties, premixing simulations were performed with both available jet breakup models, i.e., the global and the local models. The simulations revealed that weaker explosions are predicted by the local model, compared to the global model, due to the predicted smaller melt droplet size, resulting in increased melt solidification and increased void buildup, both reducing the explosion strength. Despite the lower active melt mass predicted for the pressurized water reactor case, pressure loads at the cavity walls are typically higher than that for the boiling water reactor case. This is because of the significantly larger boiling water reactor cavity, where the explosion pressure wave originating from the premixture in the center of the cavity has already been significantly weakened on reaching the distant cavity wall.
A safety assessment of reactor vessel lower head integrity under in-vessel vapor explosion loads has been performed. The core melt relocation parameters were chosen within the ranges of physically realizable bounds. The premixing and explosion calculations were performed using TRACER-II code. Using the calculated explosion pressures imposed on the lower head inner wall, strain calculations were peformed using ANSYS code. Then, the calculated strain results and the established failure criteria were used in determining the failure probability of the lower head, In the explosion analyses, it is shown that the explosion impulses are not altered significantly by the uncertain parameters of triggering location and time, fuel and vapor volume fractions in uniform premixture bounding calculations. Strain analyses show that the vapor explosion-induced lower head failure is not possible under the present framework of assessment. The result of static analysis using the conservative explosion-end pressure of 50 MPa also supports the conclusion. It is recommended, however, that an assessment of fracture mechanics for preexisting cracks be also considered to obtain a more concrete conclusion.
Song, Min Seop;Park, Il Woong;Kim, Eung Soo;Lee, Yeon-Gun
Nuclear Engineering and Technology
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v.54
no.1
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pp.72-83
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2022
This paper presents a numerical investigation of two-phase natural circulation flows established when external reactor vessel cooling is applied to a severe accident of the APR1400 reactor for the in-vessel retention of the core melt. The coolability limit due to external reactor vessel cooling is associated with the natural circulation flow rate around the lower head of the reactor vessel. For an elaborate prediction of the natural circulation flow rate using a thermal-hydraulic system code, MARS-KS1.5, a three-dimensional computational fluid dynamics (CFD) simulation is conducted to estimate the flow rate and pressure distribution of a liquid-state coolant at the brink of significant void generation. The CFD calculation results are used to determine the loss coefficient at major flow junctions, where substantial pressure losses are expected, in the nodalization scheme of the MARS-KS code such that the single-phase flow rate is the same as that predicted via CFD simulations. Subsequently, the MARS-KS analysis is performed for the two-phase natural circulation regime, and the transient behavior of the main thermal-hydraulic variables is investigated.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.18
no.1
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pp.43-49
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2005
The package used to transport radioactive materials, which is called by the shipping cask, must be safe under normal and hypothetical accident conditions. These requirements for the cask design must be verified through test or finite element analysis. Since the cost for FE analysis is less than the one for test, the verification by FE analysis is mainly used. But due to the complexity of mechanical behaviors, the results depend on how users apply the codes and can cause severe errors during analysis. In this paper, finite element analysis is carried out for the 9 meters free drop condition of the hypothetical accident conditions using LS-DYNA3D and ABAQUS/Explicit. We have investigated the analyzing technique lot the free drop impact test of the cask and investigated several vulnerable cases. The analyzed results were compared with each other. We have suggested a reliable and relatively simple analysis technique for the drop test of spent nuclear fuel casks.
Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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1996.11a
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pp.389-394
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1996
The conceptual design of Korea Next Generation Reactor (KNGR), which is 3914 MWt PWR, includes the safety depressurization system (SDS) to comply with U.S. NRC's severe accident policy. In this analysis, it is assumed that three Monobloc Sebim valves are adopted for the SDS bleed valves of KNGR. The characteristic of Monobloc Sebim are modeled in the CE-FLASH-4AS/REM code for this analysis. The various feed and bleed (F&B) procedures with Sebim valves are investigated for total loss of feedwater (TLOFW) event. It is found that if operators open two out of three Sebim valves in conjunction with four HPSI pumps before hot leg temperature reaches saturation condition, the decay heat removal and core inventory make-up function can be successfully accomplished. Therefore, this F&B procedure can be used for mitigating the TLOFW event of the KNGR. This result also demonstrates the feasibility of adopting the Monobloc Sebim valves for the SDS of KNGR.
The feasibility of cooling in a pressurized heavy water reactor after a large break loss-of-coolant accident has been analyzed using Multidimensional Analysis of Reactor Safety-KINS Standard code during the recirculation phase. Through evaluation of sensitivity of the fuel channel temperature to various effective recirculation flow areas, it is determined that proper cooling of the fuel channels in the broken loop is feasible if the effective flow area remains above approximately 70% of the nominal flow area. When the flow area is reduced by more than approximately 25% of the nominal value, however, incipience of boiling is expected, after which the thermal integrity of the fuel channel can be threatened. In addition, if a dramatic reduction of the recirculation flow occurs, excursions and frequent fluctuations of temperature in the fuel channels are likely to be unavoidable, and thus damage to the fuel channels would be anticipated. To resolve this, emergency coolant supply through the newly installed external injection path can be used as one alternative means of cooling, enabling fuel channel integrity to be maintained and permanently preventing severe accident conditions. Thus, the external injection flow required to guarantee fuel channel coolability has been estimated.
Vincent Dupont;Victor Blanc;Thierry Beck;Marc Lainet;Pierre Sciora
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.3
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pp.973-979
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2024
In the framework of the Generation IV research and development project, in which the French Commission of Alternative and Atomic Energies (CEA) is involved, a main objective for the design of Sodium-cooled Fast Reactor (SFR) is to meet the safety goals for severe accidents. Among the severe ones, the Unprotected Transient OverPower (UTOP) accidents can lead very quickly to a global melting of the core. UTOP accidents can be considered either as slow during a Control Rod Withdrawal (CRW) or as fast. The paper focuses on fast UTOP accidents, which occur in a few milliseconds, and three different scenarios are considered: rupture of the core support plate, uncontrolled passage of a gas bubble inside the core and core mechanical distortion such as a core flowering/compaction during an earthquake. Several levels and rates of reactivity insertions are also considered and the thermal-mechanical behavior of an ASTRID fuel pin from the ASTRID CFV core is simulated with the GERMINAL code. Two types of fuel pins are simulated, inner and outer core pins, and three different burn-up are considered. Moreover, the feedback from the CABRI programs on these type of transients is used in order to evaluate the failure mechanism in terms of kinetics of energy injection and fuel melting. The CABRI experiments complete the analysis made with GERMINAL calculations and have shown that three dominant mechanisms can be considered as responsible for pin failure or onset of pin degradation during ULOF/UTOP accident: molten cavity pressure loading, fuel-cladding mechanical interaction (FCMI) and fuel break-up. The study is one of the first step in fast UTOP accidents modelling with GERMINAL and it has shown that the code can already succeed in modelling these type of scenarios up to the sodium boiling point. The modeling of the radial propagation of the melting front, validated by comparison with CABRI tests, is already very efficient.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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