Threshold porosity above which fission gas release channels would be formed in the rim egion of high burnup UO$_2$ fuel was estimated by the Monte Carlo method and Hoshen-Kopelman algorithm. With the assumption that both rim pore and rim grain can be represented by cube, pore distribution in the rim was simulated 3-dimensionally by the Monte Carlo method according to porosity and pore size distribution. Then, using the Hoshen-Kopelman algorithm, the fraction of open rim pores interlinked to the outer surface of a fuel pellet was derived as a function of rim porosity. The simulation showed that porosity of 24-25% is the threshold above which the number of rim pores forming release channels increases very rapidly. On the other hand, channels would not be formed if the porosity is less than about 23.5%. This is consistent with the observation that, for porosity less than 23.5%, almost no fission gas is released in the rim. However, once the rim porosity reaches beyond 25%, extensive open paths would be developed and considerable fission gas release would start in the rim.
Thermal hydraulic (TH) analysis of nuclear power reactors is utmost important. In this way, the numerical codes that preparing TH data in reactor core are essential. In this paper, a subchannel analysis of a Russian pressurized water reactor (WWER1000) core with enhanced numerical code is carried out. For this, in fluid domain, the mass, axial and lateral momentum and energy conservation equations for desired control volume are solved, numerically. In the solid domain, the cylindrical heat transfer equation for calculation of radial temperature profile in fuel, gap and clad with finite difference and finite element solvers are considered. The dependence of material properties to fuel burnup with Calza-Bini fuel-gap model is implemented. This model is coupled with Isotope Generation and Depletion Code (ORIGEN2.1). The possibility of central hole consideration in fuel pellet is another advantage of this work. In addition, subchannel to subchannel and subchannel to rod connection data in hexagonal fuel assembly geometry could be prepared, automatically. For a demonstration of code capability, the steady state TH analysis of a the WWER1000 core is compromised with Thermal-hydraulic analysis code (COBRA-EN). By thermal hydraulic parameters averaging Fuel Assembly-to-Fuel Assembly method, the one sixth (symmetry) of the Boushehr Nuclear Power Plant (BNPP) core with regular subchannels are modeled. Comparison between the results of the work and COBRA-EN demonstrates some advantages of the presented code. Using the code the thermal modeling of the fuel rods with considering the fission gas generation would be possible. In addition, this code is compatible with neutronic codes for coupling. This method is faster and more accurate for symmetrical simulation of the core with acceptable results.
During the core disruptive accident (CDA) of sodium-cooled fast reactor (SFR), the molten fuel and steel are solidified into debris particles, which form debris bed in the lower plenum. When the boiling occurs inside debris bed, the flow of coolant and vapor makes the debris particles relocated and the bed flattened, which called debris bed relocation. Because the thickness of debris bed has great influence on the cooling ability of fuel debris in low plenum, it's very necessary to evaluate the transient changes of the shape and thickness in relocation behavior for CDA simulation analysis. To simulate relocation behavior, a large number of debris bed relocation experiments were carried out by improved bottom gas-injection experimental method in this paper. The effects of different experimental factors on the relocation process were studied from the experiments. The experimental data were also used to further evaluate a semi-empirical onset model for predicting relocation.
Mangi, Aijaz Ahmed;Shahid, Syed Salman;Mirza, Sikander Hayat
Nuclear Engineering and Technology
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제48권1호
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pp.98-113
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2016
A reactor vessel level monitoring system measures the water level in a reactor during normal operation and abnormal conditions. A drop in the water level can expose nuclear fuel, which may lead to fuel meltdown and radiation spread in accident conditions. A level monitoring system mainly consists of a sensing line and pressure transmitter. Over a period of time boron sediments or other impurities can clog the line which may degrade the accuracy of the monitoring system. The aim of this study is to determine blockage in a sensing line using the energy of the composite signal. An equivalent Pi circuit model is used to simulate blockages in the sensing line and the system's response is examined under different blockage levels. Composite signals obtained from the model and plant's unblocked and blocked channels are decomposed into six levels of details and approximations using a wavelet filter bank. The percentage of energy is calculated at each level for approximations. It is observed that the percentage of energy reduces as the blockage level in the sensing line increases. The results of the model and operational data are well correlated. Thus, in our opinion variation in the energy levels of approximations can be used as an index to determine the presence and degree of blockage in a sensing line.
Heat pipe cooled reactors have gained attention as a potential solution for nuclear power generation in space and deep sea applications because of their simple design, scalability, safety and reliability. However, under complex operating conditions, a control strategy for variable load operation is necessary. This paper presents a two-dimensional transient characteristics analysis program for a heat pipe cooled reactor and proposes a variable load control strategy using the recuperator bypass (CSURB). The program was verified against previous studies, and steady-state and step-load operating conditions were calculated. For normal operating condition, the predicted temperature distribution with constant heat pipe temperature boundary conditions agrees well with the literature, with a maximum temperature difference of 0.4 K. With the implementation of the control strategy using the recuperator bypass (CSURB) proposed in this paper, it becomes feasible to achieve variable load operation and return the system to a steady state solely through the self-regulation of the reactor, without the need to operate the control drum. The average temperature difference of the fuel does not exceed 1 % at the four power levels of 70 %,80 %, 90 % and 100 % Full power. The output power of the turbine can match the load change process, and the temperature difference between the inlet and outlet of the turbine increases as the power decreases.
Hyung-Joo Choi;Hyojun Park;Bo-Wi Cheon;Kyunghoon Cho;Hakjae Lee;Yong Hyun Chung;Yeon Soo Yeom;Sei Hwan You;Hyun Joon Choi;Chul Hee Min
Journal of Radiation Protection and Research
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제49권1호
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pp.29-39
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2024
Background: The gamma emission tomography (GET) device has been reported a reliable technique to inspect partial defects within spent nuclear fuel (SNF) of pin-by-pin level. However, the existing GET devices have low accuracy owing to the high attenuation and scatter probability for SNF inspection condition. The purpose of this study is to design and optimize a Yonsei single-photon emission computed tomography version 2 (YSECT.v.2) for fast inspection of SNF in water storage by acquisition of high-quality tomographic images. Materials and Methods: Using Geant4 (Geant4 Collaboration) and DETECT-2000 (Glenn F. Knoll et al.) Monte Carlo simulation, the geometrical structure of the proposed device was determined and its performance was evaluated for the 137Cs source in water. In a Geant4-based assessment, proposed device was compared with the International Atomic Energy Agency (IAEA)-authenticated device for the quality of tomographic images obtained for 12 fuel sources in a 14 × 14 Westinghouse-type fuel assembly. Results and Discussion: According to the results, the length, slit width, and septal width of the collimator were determined to be 65, 2.1, and 1.5 mm, respectively, and the material and length of the trapezoidal-shaped scintillator were determined to be gadolinium aluminum gallium garnet and 45 mm, respectively. Based on the results of performance comparison between the YSECT.v.2 and IAEA's device, the proposed device showed 200 times higher performance in gamma-detection sensitivity and similar source discrimination probability. Conclusion: In this study, we optimally designed the GET device for improving the SNF inspection accuracy and evaluated its performance. Our results show that the YSECT.v.2 device could be employed for SNF inspection.
This paper introduces a case study for efficient generation of production schedules in a tube manufacturing system. The considered scheduling problem consists of two sub problems : lot sizing for a job and Job sequencing. Since these problems require simulation optimization in which the performance measures are obtained by simulation execution, the trade-off between solution quality and computation time is an important issue. In this study, the optimal lot size for every product type is determined from simulation experiments. Then, target production quantity for each product type is transformed to several jobs such that a Job consists of determined lot size. To obtain the good solution for a Job sequence in a reasonable time, a number of alternatives are generated from heuristic rules developed by intuition and analysis of the considered system, and a job sequence is selected from simulation experiments.
Samuel Park;Nakkyu Chae;Pilhyeon Ju;Seungjin Seo;Richard I. Foster;Sungyeol Choi
Nuclear Engineering and Technology
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제56권9호
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pp.3950-3960
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2024
As a solution to the problem of spent nuclear fuels (SNFs), the disposal of SNF has gained attention from nations using nuclear energy because of hazards posed to the ecosystem. Among many proposed solutions, the most promising method is to dispose of SNF in a deep geological repository (DGR) which utilizes the multi-barrier concept developed by Finland and Sweden. Here, a new fully-coupled Thermal-Hydraulic (TH) code HADES (High-level rAdionuclide Disposal Evaluation Simulator) is developed using the MOOSE framework. This new code suggests basic numerical tools, such as a non-linear solver and finite element discretization, to assess the safety performance of disposal systems. The new TH code considered various TH behavior using Richards' flow approach, assuming gas pressure is constant. The HADES showed promising results when it was compared to various TH codes validated from DECOVAELX-THMC projects. When the single-canister model was utilized to estimate the TH behavior of the Korean Reference disposal System, although it showed significant saturation reduction due to the evaporation of water, the temperature was maintained under the thermal criteria limit, which is 100 ℃. In addition, the new code estimated temperature and degree of saturation of the multi-canisters model, considering two or three canisters, it showed a slightly lower temperature, 5 ℃, than the single-canister model. From these results, the following are concluded: (1) the new TH code contribute to an additional integrity by estimating TH behavior of KRS; (2) however, due to limitations in single-canister simulation, it is recommended to use multi-canisters simulation to estimate TH behavior accurately. Therefore, this model is anticipated not only to help licensing applications and estimation of various multi-physics phenomena and multi-canister at the disposal site.
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