The nuclear waste attributes of near-term deployable SMRs were assessed using established nuclear waste metrics, which are the DU mass, SNF mass, volume, activity, decay heat, radiotoxicity, and decommissioning LLW volumes. Metrics normalized per unit electricity generation were compared to a reference large PWR. Three SMRs, VOYGR, Natrium, and Xe-100, were selected because they represent a range of reactor and fuel technologies and are active designs deployable by the decade's end. The SMR nuclear waste attributes show both some similarities to the PWR and some significant differences caused by reactor-specific design features. The DU mass is equivalent to or slightly higher than the PWR. Back-end waste attributes for SNF disposition vary, but the differences have a limited impact on long-term repository isolation. SMR designs can vary significantly in SNF volume (and thus heat generation density). However, these differences are amenable to design optimization for handling, storage, transportation, and disposal technologies. Nuclear waste attributes from decommissioning vary depending on design and decommissioning technology choices. Given the analysis results in this study and assuming appropriate waste management system and operational optimization, there appear to be no major challenges to managing SMR nuclear wastes compared to the reference PWR.
UPADHYAYA, BELLE R.;LISH, MATTHEW R.;HINES, J. WESLEY;TARVER, RYAN A.
Nuclear Engineering and Technology
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v.47
no.2
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pp.148-156
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2015
Several vendors have recently been actively pursuing the development of integral pressurized water reactors (iPWRs) that range in power levels from small to large reactors. Integral reactors have the features of minimum vessel penetrations, passive heat removal after reactor shutdown, and modular construction that allow fast plant integration and a secure fuel cycle. The features of an integral reactor limit the options for placing control and safety system instruments. The development of instrumentation and control (I&C) strategies for a large 1,000 MWe iPWR is described. Reactor system modeling-which includes reactor core dynamics, primary heat exchanger, and the steam flashing drum-is an important part of I&C development and validation, and thereby consolidates the overall implementation for a large iPWR. The results of simulation models, control development, and instrumentation features illustrate the systematic approach that is applicable to integral light water reactors.
An experiment was performed using the large-scale test facility (LSTF), which simulated a 1% vessel upper head small-break loss-of-coolant accident with an accident management (AM) measure under an assumption of total-failure of high-pressure injection (HPI) system in a pressurized water reactor (PWR). In the LSTF test, liquid level in the upper head affected break flow rate. Coolant was manually injected from the HPI system into cold legs as the AM measure when the maximum core exit temperature reached 623 K. The cladding surface temperature largely increased due to late and slow response of the core exit thermocouples. The AM measure was confirmed to be effective for the core cooling. The RELAP5/MOD3.3 code indicated insufficient prediction of primary coolant distribution. The author conducted uncertainty analysis for the LSTF test employing created phenomena identification and ranking table for each component. The author clarified that peak cladding temperature was largely dependent on the combination of multiple uncertain parameters within the defined uncertain ranges.
Shirvan, Koroush;Ballinger, Ronald;Buongiorno, Jacopo;Forsberg, Charles;Kazimi, Mujid;Todreas, Neil
Nuclear Engineering and Technology
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v.48
no.6
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pp.1303-1314
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2016
This work examines the most viable nuclear technology options for future underwater designs that would meet high safety standards as well as good economic potential, for construction in the 2030-2040 timeframe. The top five concepts selected from a survey of 13 nuclear technologies were compared to a small modular pressurized water reactor (PWR) designed with a conventional layout. In order of smallest to largest primary system size where the reactor and all safety systems are contained, the top five designs were: (1) a lead-bismuth fast reactor based on the Russian SVBR-100; (2) a novel organic cooled reactor; (3) an innovative superheated water reactor; (4) a boiling water reactor based on Toshiba's LSBWR; and (5) an integral PWR featuring compact steam generators. A similar study on potential attractive power cycles was also performed. A condensing and recompression supercritical $CO_2$ cycle and a compact steam Rankine cycle were designed. It was found that the hull size required by the reactor, safety systems and power cycle can be significantly reduced (50-80%) with the top five designs compared to the conventional PWR. Based on the qualitative economic consideration, the organic cooled reactor and boiling water reactor designs are expected to be the most cost effective options.
In a Passive PWR, the successful actuation of Automatic Depressurization System (ADS) is essentially required so that no core damage is occurred following small LOCA. But it has been shown in the previous studies that Core Damage Frequency (CDF) from small LOCA is significantly caused by unavailability of ADS. In this study, the design vulnerabilities impacting the ADS unavailability have been identified and the design improvement items have been proposed through the system reliability assessment using the fault tree methodology The impacts on CDF according to the change of system unavailability have also been analyzed. In addition, small LOCA simulation using RELAP5/MOD3 code has been performed to show the thermal-hydraulic feasibility of the suggested design enhancements.
Toshiba has developed a laser peening system for PWRs(pressurized water reactors) as well after the one for BWRs(boiling water reactors), and applied it for BMI(bottom-mounted instrumentation) nozzles, core deluge line nozzles and primary water inlet nozzles of Ikata Unit 1 and 2 of Shikoku Electric Power Company since 2004, which are Japanese operating PWR power plants. Laser pulses were delivered through twin optical fibers and irradiated on two portions in parallel to reduce operation time. For BMI nozzles, we developed a tiny irradiation head for small tubes and we peened the inner surface around J-groove welds after laser ultrasonic testing (LUT) as the remote inspection, and we peened the outer surface and the weld for Ikata Unit 2 supplementary. For core deluge line nozzles and primary water inlet nozzles, we peened the inner surface of the dissimilar metal welding, which is of nickel base alloy, joining a safe end and a low alloy metal nozzle. In this paper, the development and the actual application of the laser peening system for PWR power plants will be described.
An experiment was conducted for the OECD/NEA ROSA-2 Project using the large-scale test facility (LSTF), which simulated a 17% hot leg intermediate-break loss-of-coolant accident in a pressurized water reactor (PWR). In the LSTF test, core uncovery started simultaneously with liquid level drop in crossover leg downflow-side before loop seal clearing, and water remaining occurred on the upper core plate in the upper plenum. Results of the uncertainty analysis with RELAP5/MOD3.3 code clarified the influences of the combination of multiple uncertain parameters on peak cladding temperature within the defined uncertain ranges. For studying the scaling problems to extrapolate thermal-hydraulic phenomena observed in scaled-down facilities, an experiment was performed for the OECD/NEA PKL-3 Project with the Primarkreislaufe Versuchsanlage (PKL), as a counterpart to a previous LSTF test. The LSTF test simulated a PWR 1% hot leg small-break loss-of-coolant accident with steam generator secondary-side depressurization as an accident management measure and nitrogen gas inflow. Some discrepancies appeared between the LSTF and PKL test results for the primary pressure, the core collapsed liquid level, and the cladding surface temperature probably due to effects of differences between the LSTF and the PKL in configuration, geometry, and volumetric size.
REX-10 is a fully-passive small modular reactor in which the coolant flow is driven by natural circulation, the RCS is pressurized by a steam-gas pressurizer, and the decay heat is removed by the PRHRS. To confirm design decisions and analyze the transient responses of an integral PWR such as REX-10, a thermal-hydraulic system code named TAPINS (Thermal-hydraulic Analysis Program for INtegral reactor System) is developed in this study. Based on a one-dimensional four-equation drift-flux model, TAPINS incorporates mathematical models for the core, the helical-coil steam generator, and the steam-gas pressurizer. The system of difference equations derived from the semi-implicit finite-difference scheme is numerically solved by the Newton Block Gauss Seidel (NBGS) method. TAPINS is characterized by applicability to transients with non-equilibrium effects, better prediction of the transient behavior of a pressurizer containing non-condensable gas, and code assessment by using the experimental data from the autonomous integral effect tests in the RTF (REX-10 Test Facility). Details on the hydrodynamic models as well as a part of validation results that reveal the features of TAPINS are presented in this paper.
A small leak occurring on the surface of a fuel rod due to damage exposes UO2 to a steam atmosphere. During this time, fission gas trapped inside the fuel rod leaks out, and the gas leakage can be increased due to UO2 oxidation. Numerous studies have focused on the steam oxidation and its thermodynamic calculation in UO2. However, the thermodynamic calculation of the UO2 oxidation in a pressurized water reactor (PWR) environment has not been studied extensively. Moreover, the kinetics of the oxidation of UO2 pellet also has not been investigated. Therefore, in this study, the thermodynamics of UO2 oxidation under steam injection due to a damaged fuel rod in a PWR environment is studied. In addition, the diminishing radius of the UO2 pellet with time in the PWR environment was calculated through an experiment simulating the initial time of steam injection at the puncture.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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