Ye, In-Soo;Kim, Jeongeun Alice;Ryu, Changkook;Ha, Kwang Soon;Kim, Hwan Yeol;Song, Jinho
Nuclear Engineering and Technology
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v.45
no.1
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pp.21-28
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2013
The flow and heat transfer characteristics of the ex-vessel core melt (corium) were investigated using a commercial CFD code along with the experimental data on the spreading of corium available in the literature (VULCANO VE-U7 test). In the numerical simulation of the unsteady two-phase flow, the volume-of-fluid model was applied for the spreading and interfacial surface formation of corium with the surrounding air. The effects of the key parameters were evaluated for the corium spreading, including the radiation, decay heat, temperature-dependent viscosity and initial temperature of corium. The results showed a reasonable trend of corium progression influenced by the changes in the radiation, decay heat, temperature-dependent viscosity and initial temperature of corium. The modeling of the viscosity appropriate for corium and the radiative heat transfer was critical, since the front progression and temperature profiles were strongly dependent on the models. Further development is required for the code to consider the formation of crust on the surfaces of corium and the interaction with the substrate.
Fichot, F.;Marchand, O.;Drai, P.;Chatelard, P.;Zabiego, M.;Fleurot, J.
Nuclear Engineering and Technology
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v.38
no.8
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pp.733-752
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2006
Severe accidents in PWRs are characterized by a continuously changing geometry of the core due to chemical reactions, melting and mechanical failure of the rods and other structures. These local variations of the porosity and other parameters lead to multi-dimensionnal flows and heat transfers. In this paper, a comprehensive set of multi-dimensionnal models describing heat transfers, thermal-hydraulics and melt relocation in a reactor vessel is presented. Those models are suitable for the core description during a severe accident transient. A series of applications at the reactor scale shows the benefits of using such models.
After the Fukushima Daiichi nuclear power plant (NPP) accident, new regulatory requirements were enforced in July 2013 and a backfit was required for all existing nuclear power plants. It is required to take measures to prevent severe accidents and mitigate their radiological consequences. The Regulatory Standard and Research Department, Secretariat of Nuclear Regulation Authority (S/NRA/R) has been conducting numerical studies and experimental studies on relevant severe accident phenomena and countermeasures. This article highlights fission product (FP) release and hydrogen risk as two major areas. Relevant activities in the S/NRA/R are briefly introduced, as follows: 1. For FP release: Identifying the source terms and leak mechanisms is a key issue from the viewpoint of understanding the progression of accident phenomena and planning effective countermeasures that take into account vulnerabilities of containment under severe accident conditions. To resolve these issues, the activities focus on wet well venting, pool scrubbing, iodine chemistry (in-vessel and ex-vessel), containment failure mode, and treatment of radioactive liquid effluent. 2. For hydrogen risk: because of three incidents of hydrogen explosion in reactor buildings, a comprehensive reinforcement of the hydrogen risk management has been a high priority topic. Therefore, the activities in evaluation methods focus on hydrogen generation, hydrogen distribution, and hydrogen combustion.
The Fukushima accident is characterized by the fact that three reactors at the same site experienced reactor vessel failure and the accident resulted in significant radiological release to the environment, which was about 1/10 of the Chernobyl releases. The safe removal of fuel debris in the reactor vessel and Primary Containment Vessel (PCV) and treatment of huge amount of contaminated water are the major issues for the decommissioning in coming decades. Discussions on the new researches efforts being carried out in the area of investigation of the end state of fuel debris and Boling Water reactor (BWR) specific core melt progression, development of technologies for the mitigation of radiological releases to comply with the strengthened safety requirement set after the Fukushima accident are discussed.
Farmer, Mitchell T.;Kilsdonk, Dennis J.;Aeschlimann, Robert W.
Nuclear Engineering and Technology
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v.41
no.5
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pp.575-602
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2009
In the wake of the Three Mile Island accident, vigorous research efforts were initiated to acquire a basic knowledge of the progression and consequences of accidents that involve a substantial degree of core degradation and melting. The primary emphasis of this research was placed on containment integrity, with: i) hydrogen combustion-detonation, ii) steam explosion, iii) direct containment heating (DCH), and iv) melt attack on the BWR Mark-I containment shell identified as energetic processes that could lead to early containment failure (i.e., within the first 24 hours of the accident). Should the core melt fail the reactor vessel, then non-condensable gas production from Molten Core-Concrete Interaction (MCCI) was identified as a mechanism that could fail the containment by pressurization over the long term. One signification question that arose as part of this investigation was the effectiveness of water in terminating an MCCI by flooding the interacting masses from above, thereby quenching the molten core debris and rendering it permanently coolable. Successful quenching of the core melt would prevent basemat melt through, as well as continued containment pressurization by non-condensable gas production, and so the accident progression would be successfully terminated without release of radioactivity to the environment. Based on these potential merits, ex-vessel corium coolability has been the focus of extensive research over the last 20 years as a potential accident management strategy for current plants. In addition, outcomes from this research have impacted the accident management strategies for the Gen III+LWR plant designs that are currently being deployed around the world. This paper provides: i) an historical overview of corium coolability research, ii) summarizes the current status of research in this area, and iii) highlights trends in severe accident management strategies that have evolved based on the findings from this work.
In the nuclear safety studies, a new trend refers to the evaluation of uncertainties as a mandatory component of best-estimate safety analysis which is a modern and technically consistent approach being known as BEPU (Best Estimate Plus Uncertainty). The major objectives of this study consist in performing a study of uncertainties/sensitivities of the major analysis results for a generic CANDU 6 Nuclear Power Plant during Station Blackout (SBO) progression to understand and characterize the sources of uncertainties and their effects on the key figure-of-merits (FOMs) predictions in severe accidents (SA). The FOMs of interest are hydrogen mass generation and event timings such as the first fuel channel failure time, beginning of the core disassembly time, core collapse time and calandria vessel failure time. The outcomes of the study, will allow an improvement of capabilities and expertise to perform uncertainty and sensitivity analysis with severe accident codes for CANDU 6 Nuclear Power Plant.
A machine learning platform is proposed for the diagnosis of a severe accident progression in a nuclear power plant. To predict the key parameters for accident management including lost signals, a long short term memory (LSTM) network is proposed, where multiple accident scenarios are used for training. Training and test data were produced by MELCOR simulation of the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant (FDNPP) accident at unit 3. Feature variables were selected among plant parameters, where the importance ranking was determined by a recursive feature elimination technique using RandomForestRegressor. To answer the question of whether a reduced order ML model could predict the complex transient response, we performed a systematic sensitivity study for the choices of target variables, the combination of training and test data, the number of feature variables, and the number of neurons to evaluate the performance of the proposed ML platform. The number of sensitivity cases was chosen to guarantee a 95 % tolerance limit with a 95 % confidence level based on Wilks' formula to quantify the uncertainty of predictions. The results of investigations indicate that the proposed ML platform consistently predicts the target variable. The median and mean predictions were close to the true value.
Mercurio, Davide;Andersen, Vincent M.;Wagner, Kenneth C.
Nuclear Engineering and Technology
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v.50
no.5
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pp.627-638
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2018
This article describes an integrated Level 1-Level 2 probabilistic risk assessment (PRA) methodology to evaluate the radiological risk during postulated accident scenarios initiated during the decommissioning phase of a typical Mark I containment boiling water reactor. The fuel damage scenarios include those initiated while the reactor is permanently shut down, defueled, and the spent fuel is located into the spent fuel storage pool. This article focuses on the integrated Level 1-Level 2 PRA aspects of the analysis, from the beginning of the accident to the radiological release into the environment. The integrated Level 1-Level 2 decommissioning PRA uses event trees and fault trees that assess the accident progression until and after fuel damage. Detailed deterministic severe accident analyses are performed to support the fault tree/event tree development and to provide source term information for the various pieces of the Level 1-Level 2 model. Source terms information is collected from accidents occurring in both the reactor pressure vessel and the spent fuel pool, including simultaneous accidents. The Level 1-Level 2 PRA model evaluates the temporal and physical changes in plant conditions including consideration of major uncertainties. The goal of this article is to provide a methodology framework to perform a decommissioning Probabilistic Risk Assessment (PRA), and an application to a real case study is provided to show the use of the methodology. Results will be derived from the integrated Level 1-Level 2 decommissioning PSA event tree in terms of fuel damage frequency, large release frequency, and large early release frequency, including uncertainties.
The objectives of this paper are twofold to summarize the new findings and confirmed results from the Phebus FPT-1 experimental data and to report useful information to MELCOR users regarding the better use of MELCOR. For the core damage behavior, the early stage of a melt progression was predicted well; however, the late phase models, concerned with fuel dissolution, oxide cladding failure, fuel slumping, rubble debris heat up, effects of burn-up fuel, and so on, still showed limitations in MELCOR. For the fission product behavior, the comparison showed unexpected phenomena, various limitations, unresolved issues, and even absence of models. The issues summarized in this study have revealed the main areas where our endeavors need to be intensified in order to improve our understanding of severe accident phenomena. From the analysis of the Phebus FPT-1 test results, not only new core damage features, such as foaming or core expansion, but also possible new fission product release patterns due to effects from a high burn-up fuel have raised alternative challenging phenomena that should be solved in the next severe accident research phase.
In a severe accident of light water reactor (LWR), molten core material (corium) can be released into the wet cavity, and a fuel-coolant interaction (FCI) can occur. The molten jet with high speed is broken and fragmented into small debris, which may cause a steam explosion or a molten core concrete interaction (MCCI). Since the premixing stage where the jet breakup occurs has a large impact on the severe accident progression, the understanding and evaluation of the jet breakup phenomenon are highly important. Therefore, in this study, the jet breakup simulations were performed using the Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) method which is a particle-based Lagrangian numerical method. For the multi-fluid system, the normalized density approach and improved surface tension model (CSF) were applied to the in-house SPH code (single GPU-based SOPHIA code) to improve the calculation accuracy at the interface of fluids. The jet breakup simulations were conducted in two cases: (1) jet breakup without structures, and (2) jet breakup with structures (control rod guide tubes). The penetration depth of the jet and jet breakup length were compared with those of the reference experiments, and these SPH simulation results are qualitatively and quantitatively consistent with the experiments.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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