Uguru, Edwin Humphrey;Sani, S.F.Abdul;Khandaker, Mayeen Uddin;Rabir, Mohamad Hairie;Karim, Julia Abdul
Nuclear Engineering and Technology
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v.52
no.6
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pp.1099-1109
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2020
The performance of gadolinium burnable absorber (GdBA) for reactivity control in UO2 and (U, Th)O2 fuels and its impact on spent fuel characteristics was performed. Five fuel assemblies: one without GdBA fuel rod and four each containing 16, 24, 34 and 44 GdBA fuel rods in both fuels were investigated. Reactivity swing in all the FAs with GdBA rods in UO2 fuel was higher than their counterparts with similar GdBA fuel rods in (U, Th)O2 fuel. The excess reactivity in all FAs with (U, Th)O2 fuel was higher than UO2 fuel. At the end of single discharge burn-up (~ 49.64 GWd/tHM), the excess reactivity of (U, Th) O2 fuel remained positive (16,000 pcm) while UO2 fuel shows a negative value (-6,000 pcm), which suggest a longer discharge burn-up in (U, Th)O2 fuel. The concentration of plutonium isotopes and minor actinides were significantly higher in UO2 fuel than in (U, Th)O2 fuel except for 236Np. However, the concentration of non-actinides (gadolinium and iodine isotopes) except for 135Xe were respectively smaller in (U, Th)O2 fuel than in UO2 fuel but may be two times higher in (U, Th)O2 fuel due to its potential longer discharge burn-up.
The criticality of the shipping cask(KSC-7) for transportion of 7PWR spent fuel assemblies has been calculated and analysised on the basis of neutron transport theory. For criticality analysis, effects of the rod pitches, the fixed neutron absorbers(borated sus+boral) were considered. The effective multiplication factor has been calculated by KENO-Va, Mote Carlo method computer code, with the HANSEN-ROACH 16 group cross section set, which was made for personal computer system. The criticality for the KSC-7 cask was calculated in terms of the fresh fuel which was conservative for the aspects of nuclear critility. From the results of criticality analysis, the calculated Keff is proved to be lower than subcritical limit during normal transportation and under hypothetical accident condition. The maximum calculated criticalities of the KSC-7 were lower the safety criticality limit 1.0 recommended by US 10CFR71 both under normal and hypothetical accident condition. Also, to verify the KSC-7 criticality calculation results by using KENO-Va, it was carried out benchmark calculation with experimental data of B & W(Bobcock and Wilcox) company. From the 3s series of calculation of the KSC-7 cask and benchmark calculation, the cask was safely designed in nuclear criticality, respectively.
In this paper, we validate the decay heat calculation capability via a two-step method to analyze spent nuclear fuel (SNF) discharged from pressurized water reactors (PWRs). The calculation method is implemented with a lattice code STREAM and a nodal diffusion code RAST-K. One of the features of this method is the direct consideration of three-dimensional (3D) core simulation conditions with the advantage of a short simulation time. Other features include the prediction of the isotope inventory by Lagrange non-linear interpolation and the use of power history correction factors. The validation is performed with 58 decay heat measurements of 48 fuel assemblies (FAs) discharged from five PWRs operated in Sweden and the United States. These realistic benchmarks cover the discharge burnup range up to 51 GWd/MTU, 23.2 years of cooling time, and spanning an initial uranium enrichment range of 2.100-4.005 wt percent. The SNF analysis capability of STREAM is also employed in the code-to-code comparison. Compared to the measurements, the validation results of the FA calculation with RAST-K are within ±4%, and the pin-wise results are within ±4.3%. This paper successfully demonstrates that the developed decay heat calculation method can perform SNF back-end cycle analyses.
For the first step to develop a reference disposal container of spent fuel to be used in a deep geological repository, this paper examined safe dimensions of the disposal container on the points of nuclear criticality and radiation safety and mechanical structural safety and provided basic information for dimensioning the container and configuration of the container components, and establishing the favorable and safe disposal conditions. When the safety factor for stress due to the external loads (hydrostatic and swelling pressure) is taken as 2.0, the safe diameter of the filler material to provide enough container strength under the assumed external loads is found to be 112cm with 13cm spacing between inner baskets in PWR container. Also the thickness of the thinner section between the fuel basket and the surface of the cast insert is determined to be 150 mm. Regarding these dimensions of the container, the PWR fuel container is sketched to accommodate 4 square assemblies or 297 CANDU fuel 297 bundles (33 circle tubes x 9 stacks). However the top and bottom parts need to be checked again through the detail radiation shielding analysis with respects to the emplacement position and handling processes of the disposal container.
The mathematical processing (unfolding) of pulse height spectra from a scintillation detector helps to calculate the photon fluence rate energy distribution in a measured photon field. The data processing is based on the knowledge of detection system response function and directional dependence respectively. The experimental results of the photon fields measurements in the vicinity of the spent fuel temporary storage and inside the storage hall are presented. The containers Castor 440 are used for temporary storing of the burnt up fuel assemblies in the Czech nuclear power plant Dukovany. A set of periodical measurements was performed in order to get basic information on the time dependence of the photon fields spatial distributions and spectral characteristics in the temporary storage hall and its vicinity. The photon fields were measured by the scintillation system. The obtained photon fields spatial distributions and spectral characteristics present the information on the radiation hazard in the storage.
The purpose of this study is to evaluate the thermal safety for dry transport of a shipping cask. Analysis condition was based on an ambient temperature of 38$^{\circ}C$ for normal heat condition. The cask was designed to carry 4PWR spent fuel assemblies with a burnup of 38,000 MWD/MTU and 3 years of cooling time. Thermal analysis was carried out by using the COBRA-SFS code. The fuel cavity was considered to be filled with air, nitrogen or helium gas for dry transport. The results of analysis showed that the maximum temperatures of fuel rod cladding in air and helium cavity would be 277$^{\circ}C$ and 226$^{\circ}C$, respectively, for 3 years of cooling time. These values were less than the specified temperature to maintain the thermal integrity of fuel assembly for dry transport.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.17
no.3
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pp.339-346
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2019
Based on the $8^{th}$ Basic Plan for Electric Power Demand and Supply, an estimation has been made for inventories and characteristics of spent fuel (SF) to be generated from existing and planned nuclear power plants. The characteristics under consideration in this study are dimensions, fuel array, $^{235}U$ enrichment, discharge burnup, and cooling time for each fuel assembly. These are essentially needed for designing a disposal facility for SFs. It appears that the anticipated quantity by the end of 2082 is about 62,500 assemblies for PWR SFs. The inventories of Westinghouse-type and Korean-type SFs were revealed to be 60% and 40%, respectively as of the end of 2018. The proportion of SFs with initial $^{235}U$ enrichment below 4.5 weight percent (wt%) was shown to be approximately 90% in total as of the end of 2018. As of 2077, more than 97% of SFs generated from Westinghouse-type nuclear reactors were shown to have cooling time of over 50 years. As of 2125, more than 98% of SFs generated from Korean-type nuclear reactors were shown to have cooling time of over 45 years. Based on these results, for the efficient design of a disposal system, it is reasonable to adopt two types of reference spent fuel. SF of KSFA with $^{235}U$ enrichment of 4.5 wt%, discharge burnup of 55 GWd/tU, and cooling time of 50 years was determined as reference fuel for Westinghouse-type SFs; SF of PLUS7 with $^{235}U$ enrichment of 4.5 wt%, discharge burnup of 55 GWd/tU, and cooling time of 45 years was determined as reference fuel for Korean-type SFs.
Using a probabilistic safety assessment, a risk evaluation framework for an aircraft crash into an interim spent fuel storage facility is presented. Damage evaluation of a detailed generic cask model in a simplified building structure under an aircraft impact is discussed through a numerical structural analysis and an analytical fragility assessment. Sequences of the impact scenario are shown in a developed event tree, with uncertainties considered in the impact analysis and failure probabilities calculated. To evaluate the influence of parameters relevant to design safety, risks are estimated for three specification levels of cask and storage facility structures. The proposed assessment procedure includes the determination of the loading parameters, reference impact scenario, structural response analyses of facility walls, cask containment, and fuel assemblies, and a radiological consequence analysis with dose-risk estimation. The risk results for the proposed scenario in this study are expected to be small relative to those of design basis accidents for best-estimated conservative values. The importance of this framework is seen in its flexibility to evaluate the capability of the facility to withstand an aircraft impact and in its ability to anticipate potential realistic risks; the framework also provides insight into epistemic uncertainty in the available data and into the sensitivity of the design parameters for future research.
Epoxy resin-type neutron shielding materials, KNS(Kaeri Neutron Shield)-101, KNS-102, and KNS-103 have been fabricated to be used in spent fuel shipping cask. The base material is epoxy resin, and polypropylene, aluminium hydroxide, and boron carbide are added. These shielding materials offer good fluidity at processing, which makes it possible to apply this resin shield to complicated geometric shapes such as shipping cask. The shielding property of these shielding materials for shipping cask for loading 28 PWR spent fuel assemblies has been evaluated. ANISN code is used to evaluate the shielding property of the shipping cask with the thickness of the three neutron shielding materials greater than 10 cm. As a result of analysis, the maximum calculated dose rate at the radial surface of the cask is determined to be $300{\mu}Sv/h$ and the maximum calculated dose rate at 100 cm from the cask is $97{\mu}Sv/h$. These dose rates remain within allowable values specified in related regulations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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