While several nuclear energy newcomer (NEN) countries have shown interest in small modular reactors (SMRs) as a potential energy source, this interest can generate new uncertainties regarding future nuclear weapons proliferation risks. Therefore, this research seeks to determine whether future SMR deployment in NEN countries will contribute to nuclear weapons proliferation, and how the risks can be mitigated. This research uses the Bayesian network statistical approach in conjunction with surveys of experts to assess nuclear proliferation risks when NEN countries deploy SMRs or a large commercial nuclear reactor. The results indicate that an NEN with a strong commitment to the nuclear non-proliferation norms and a stable security environment will experience a lower probability of having higher proliferation risks relative to the United Arab Emirates. Specifically, we demonstrate that experts anticipate a minimal escalation in proliferation risks across different SMR types. Instead, the results show that enrichment or reprocessing (E&R) facilities, if associated with an SMR, exert a substantial influence on proliferation risks. Lastly, implementing a spent nuclear fuel (SNF) retrieval system could serve as an option to mitigate proliferation risks in an NEN country. These findings offer insights for leading nuclear supplier countries to alleviate the potential proliferation risks by NEN countries.
Yan, X.;Tachibana, Y.;Ohashi, H.;Sato, H.;Tazawa, Y.;Kunitomi, K.
Nuclear Engineering and Technology
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v.45
no.3
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pp.401-414
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2013
HTR50S is a small modular reactor system based on HTGR. It is designed for a triad of applications to be implemented in successive stages. In the first stage, a base plant for heat and power is constructed of the fuel proven in JAEA's $950^{\circ}C$, 30MWt test reactor HTTR and a conventional steam turbine to minimize development risk. While the outlet temperature is lowered to $750^{\circ}C$ for the steam turbine, thermal power is raised to 50MWt by enabling 40% greater power density in 20% taller core than the HTTR. However the fuel temperature limit and reactor pressure vessel diameter are kept. In second stage, a new fuel that is currently under development at JAEA will allow the core outlet temperature to be raised to $900^{\circ}C$ for the purpose of demonstrating more efficient gas turbine power generation and high temperature heat supply. The third stage adds a demonstration of nuclear-heated hydrogen production by a thermochemical process. A licensing approach to coupling high temperature industrial process to nuclear reactor will be developed. The low initial risk and the high longer-term potential for performance expansion attract development of the HTR50S as a multipurpose industrial or distributed energy source.
The small modular sodium-cooled fast reactor (SMSFR) is an important component of Generation-IV reactors. The objective of this work is to improve the reactivity control in SMSFR by using innovative systems, including burnable poisons and optimized control rods. SMSFR with MOX fuel usually exhibits high burnup reactivity loss that leads to high excess reactivity and potential fuel melting in control rod withdrawal (CRW) accidents, which becomes an important constraint on the safety and economic efficiency of SMSFR. This work applies two types of burnable poisons in a SMSFR to reduce the excess reactivity. The first one homogenously loads minor actinides in the fuel. The second one combines absorber and moderators in specific assemblies. The influence of burnable poisons on the core characteristics is discussed and integrated into the analysis of CRW accidents. The results show that burnable poisons improve the safety performance of the core in a significant way. Burnable poisons also lessen the demand for the number, absorption ability, and insertion depth of control rods. Two optimized control rod designs with rare earth oxides (Eu2O3 and Gd2O3) and moderators are compared to the conventional design with natural boron carbide (B4C). The optimized designs show improved neutronic and safety performance.
Jae Hyung Park;Jihun Im;Hyo Jun An;Yonghee Kim;Jeong Ik Lee;Sung Joong Kim
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.7
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pp.2534-2544
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2024
This paper proposes a flooding safety system (FSS) and its operation strategy that can provide long-term safety and effective maintenance for modules of small modular reactor (SMR) and metal containment maintained at dried environment during normal operation. During hypothesized accidents, the FSS re-collects the evaporated steam into the common pool by the condenser installed above the common water pool and provides an emergency coolant for the cavities and auxiliary pools. This study suggested that the condensate re-collection strategy using the FSS can effectively delay the depletion of available water in response to the accidents. Without recollection, the achievable grace periods ranged from 44 to 1507 days for six-module and one-module accidents, respectively. However, with a full re-collection (ratio = 1.0), the time to total depletion of emergency coolant was estimated indefinite. Even with a partial re-collection ratio of 0.3, a grace period of 83.5 days could be ensured for a six-module transient. This study reported the effectiveness of condensate re-collection and the FSS as an innovative safety management strategy and system. Employing a condensate re-collection strategy with a high re-collection ratio can enhance the long-term safety and effective convenience of SMR operations and maintenance.
This paper newly proposes an efficient analytic springback prediction method to predict the final dimensions of bent cylindrical tubes for a helical tube steam generator in a small modular reactor. Three-dimensional bending procedure is treated as a two-dimensional in-plane bending procedure by integrating the Euler beam theory. To enhance the accuracy of the springback prediction, mathematical representations of flow stress and elastic modulus for unloading are systematically integrated into the analytic prediction model. This technique not only precisely predicts the final dimensions of the bent helical tube after a springback, but also effectively predicts the various target radii. Numerical validations were performed for five different radii of helical tube bending by comparing the final radius after a springback.
Many developing countries considering the introduction of nuclear power find that large-scale reactor plants in the range of 1,000 MWe to 1,600 MWe are not grid appropriate for their current circumstance. By contrast, small modular reactors are generally too small to make significant contributions toward rapidly growing electricity demand and to date have not been demonstrated. This paper proposes a radically simplified re-design for the nuclear steam cycle for a medium-sized reactor plant in the range of 600 MWe. Historically, balance of plant designs for units of this size have emphasized reliability and efficiency. It will be demonstrated here that advances over the past 50 years in component design, materials, and fabrication techniques allow both of these goals to be met with a less complex design. A disciplined approach to reduce component count will result in substantial benefits in the life cycle cost of the units. Specifically, fabrication, transportation, construction, operations, and maintenance costs and expenses can all see significant reductions. In addition, the design described here can also be expected to significantly reduce both construction duration and operational requirements for maintenance and inspections.
Xing-Chao Shen;Yuan Fu;Jian-Yu Zhang;Jin Yang;Zhi-Jun Li
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.9
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pp.3730-3739
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2024
The high-temperature molten salt pump is the core equipment in the small modular molten salt reactor with media temperatures up to 700 ℃. The cantilever ratio of the molten salt pump is usually large. Excessively large cantilever ratios cause increased deformations and rotational amplitudes at the impeller, thus affecting the operational stability of the main pump; small cantilever ratios cause heavy temperature gradients, thus affecting the structural integrity evaluation. This paper used numerical simulation methods to calculate and analyze the temperature field, stress, and structural integrity, optimized the pump shaft cantilever length of the original scheme based on structural integrity using the dichotomy method, and analyzed the rotor dynamics of the optimization results. The results of this study show that the thermal expansion load caused by the temperature difference has a significant mechanical effect on the structure; the first-order critical speed of the rotor system of the optimized schemes has been improved, and the amplitude of the unbalanced response has been significantly reduced, which not only improves the operational stability of the rotor, also contributes to the compact design of the main pump of a small modular molten salt reactor.
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.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.30
no.5
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pp.499-505
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2024
To address the issue of global warming, various regulations and policies for reducing greenhouse gas emissions are being implemented. In this context, the number of countries targeting carbon neutrality, the latter of which entails reducing net carbon emissions to zero, is increasing, and small modular reactors (SMRs) are investigated extensively as a new model for power plants. SMRs, although measuring only 5%-10% of the size of conventional large nuclear power plants, are highly efficient systems that can generate hundreds of megawatts of power. Compared with fossil fuel-based power plants, SMRs generate less carbon emissions and can complement the unstable energy supply from renewable sources. However, the use of SMRs is opposed by local residents owing to the risk of significant radioactive-material leakage when a nuclear-power-plant accident occurs. Hence, floating, small nuclear-power vessels are being investigated and installed in the ocean, thus simplifying the process of securing land, compensating nearby residents, and increasing safety against natural disasters. In this study, the towing stability of SMR power ships is analyzed, and the result shows no significant risk of towing to the destination in sea states 3, 4, and 5.
Alan Matias Avelar;Fabio de Camargo;Vanessa Sanches Pereira da Silva;Claudia Giovedi;Alfredo Abe;Marcelo Breda Mourao
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.1
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pp.156-168
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2023
This study investigates the high temperature oxidation behaviour of a Ni-20Cr-1.2Si (wt.%) alloy in steam from 1200 ℃ to 1350 ℃ by Thermogravimetric Analysis (TGA), Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS) and X-ray Diffraction (XRD). The results demonstrate that exposed Ni-based alloy developed a thin oxide scale, consisted mainly of Cr2O3. The oxidation kinetics obtained from the experimental results was applied to evaluate the hydrogen generation considering a simplified reactor core model with different cladding alloys following an unmitigated Loss-Of-Coolant Accident (LOCA) scenario in a hypothetical Small Modular Reactor (SMR). Overall, experimental data and simulations results show that both Fe-based and Ni-based alloys may enhance cladding survivability, delaying its melting, as well as reducing hydrogen generation under accident conditions compared to Zr-based alloys. However, a substantial neutron absorption occurs when Ni-based alloys are used as cladding for current uranium-dioxide fuel systems, even when compared to Fe-based alloys.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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