A preliminary criticality analysis for novel pyrochemical apparatuses for the reprocessing of mixed uranium-plutonium nitride spent nuclear fuel from the BREST-OD-300 reactor was performed. High-temperature processing apparatuses, "metallization" electrolyzer, refinery remelting apparatus, refining electrolyzer, and "soft" chlorination apparatus are considered in this work. Computational models of apparatuses for two neutron radiation transport codes (MCU-FR and MCNP) were developed and calculations for criticality were completed using the Monte Carlo method. The criticality analysis was performed for different loads of fissile material into the apparatuses including overloading conditions. Various emergency situations were considered, in particular, those associated with water ingress into the chamber of the refinery remelting apparatus. It was revealed that for all the considered computational models nuclear safety rules are satisfied.
Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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v.19
no.2
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pp.163-170
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2023
Since spent nuclear fuel assemblies (SFA) are transported to interim storage or final disposal facility after cooling the decay heat, finite element analysis (FEA) with simplification is widely used to show their integrity against cladding failure to cause dispersal of radioactive material. However, there is a lack of research addressing the comprehensive impact of shape and element simplification on analysis results. In this study, for the optimization of a typical pressurized water reactor SFA, different types of finite element models were generated by changing number of fuel rods, fuel rod element type and assembly length. A series of FEA in use of these different models were conducted under a shock load data obtained from surrogate fuel assembly transportation test. Effects of number of fuel rods, element type and length of assembly were also analyzed, which shows that the element type of fuel rod mainly affected on cladding strain. Finally, an optimal finite element model was determined for other practical application in the future.
A spent nuclear fuel (SNF) analysis module for the Vodo-Vodyanoi Energetichesky Reactor (VVER) was developed and validated in this study. This advancement expands the application area of the existing nodal diffusion code, RAST-V, and reduces the need for additional code during 3D core simulations for SNF analysis, leading to increased efficiency in simulation time. RAST-V uses Lagrange interpolation and a power correction factor derived from the Bateman equation to bypass the re-depletion calculations, which are used to solve the microdepletion chain. This approach improved the efficiency of analysis. To mirror the conditions during the 3D core simulations, the module used history indices related to the moderator temperature, fuel temperature, and boron concentration. The module can predict 1620 isotopes. This paper presents the validation of this isotope inventory prediction and the application of burnup credit. The VVER analysis module was validated using 28 samples discharged from the Novovoronezh-4. Most isotopes were within 10 % of the boundaries of the measurements. This study successfully offers verification results using VVER benchmarks and discusses the application of burnup credit using a VVER-440 cask.
The burning-out of excess plutonium from the reprocessing of spent nuclear fuel and from the dismantlement of nuclear weapons is recently emphasized due to the difficulties in securing the final repository for the spent fuel and the necessity to consume the ex-weapons plutonium. An irradiation test in the Halden reactor was launched by the OECD Halden Reactor Project (HRP) to investigate the in-pile behavior of plutonium-embedded fuel as a form of mixed oxide (MOX) and of inert matrix fuel (IMF). The first cycle of irradiation was successfully accomplished with good integrity of test fuel rods and without any undesirable fault of instrumentations. The test results revealed that the MOX fuel is more stable under irradiation environments than IMF. In addition, MOX fuel shows lower thermal resistance due to its better thermal conductivity than IMF. The on-line measured in-pile performance data of attrition milled MOX fuel are used in the analysis of the in-pile performance of the fuel with the fuel performance code, COSMOS. The COSMOS code has been developed for the analysis of MOX fuel as well as $UO_2$ fuel up to high burnup and showed good capability to analyze the in-reactor behavior of MOX fuel even with different instrumentation.
The propagation of radiation source uncertainties in spent nuclear fuel (SNF) cask shielding calculations is presented in this paper. The uncertainty propagation employs the depletion and source term outputs of the deterministic code STREAM as input to the transport simulation of the Monte Carlo (MC) codes MCS and MCNP6. The uncertainties of dose rate coming from two sources: nuclear data and modeling parameters, are quantified. The nuclear data uncertainties are obtained from the stochastic sampling of the cross-section covariance and perturbed fission product yields. Uncertainties induced by perturbed modeling parameters consider the design parameters and operating conditions. Uncertainties coming from the two sources result in perturbed depleted nuclide inventories and radiation source terms which are then propagated to the dose rate on the cask surface. The uncertainty analysis results show that the neutron and secondary photon dose have uncertainties which are dominated by the cross section and modeling parameters, while the fission yields have relatively insignificant effect. Besides, the primary photon dose is mostly influenced by the fission yield and modeling parameters, while the cross-section data have a relatively negligible effect. Moreover, the neutron, secondary photon, and primary photon dose can have uncertainties up to about 13%, 14%, and 6%, respectively.
Pyroprocessing technology was developed in the beginning for metal fuel treatment in the US in the 1960s. The conventional aqueous process, such as PUREX, is not appropriate for treating metal fuel. Pyroprocessing technology has advantages over the aqueous process: less proliferation risk, treatment of spent fuel with relatively high heat and radioactivity, compact equipment, etc. The addition of an oxide reduction process to the pyroprocessing metal fuel treatment enables handling of oxide spent fuel, which draws a potential option for the management of spent fuel from the PWR. In this context, KAERI has been developing pyroprocessing technology to handle the oxide spent fuel since the 1990s. This paper describes the current status of pyroprocessing technology development at KAERI from the head-end process to the waste treatment. A unit process with various scales has been tested to produce the design data associated with the scale up. A performance test of unit processes integration will be conducted at the PRIDE facility, which will be constructed by early 2012. The PRIDE facility incorporates the unit processes all together in a cell with an Ar environment. The purpose of PRIDE is to test the processes for unit process performance, operability by remote equipment, the integrity of the unit processes, process monitoring, Ar environment system operation, and safeguards related activities. The test of PRIDE will be promising for further pyroprocessing technology development.
When spent fuel assemblies from the reactor of nuclear power plants(NPPs) are transported, the assemblies are exposed to short-term operations that can affect the peak cladding temperature of spent fuel assemblies. Therefore, it needs to perform the analysis of heat transfer on spent fuel dry cask during the operation. For 3 dimensional computational fluid dynamnics(CFD) simulation, it is proposed that the short-term operation is divided into three processes: Wet, dry, and vacuum drying condition. The three processes have different heat transfer mode and medium. Metal transportation cask, which is Korea Radioactive Waste Agency(KORAD)'s developing cask, is evaluated by the methods proposed in this work. During working hours, the boiling at wet process does not occur in the cask and the peak cladding temperatures of all processes remain below $400^{\circ}C$. The maximum peak cladding temperature is $173.8^{\circ}C$ at vacuum drying process and the temperature rise of dry, and vacuum drying process occurs steeply.
Tao, Longlong;Chen, Liwei;Long, Pengcheng;Chen, Chunhua;Wang, Jin
Nuclear Engineering and Technology
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v.53
no.2
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pp.393-398
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2021
Current risk assessment of Spent Nuclear Fuel (SNF) transportation has the problem of the incomplete risk factors consideration and the general particle diffusion model utilization. In this paper, the accident frequency calculation and the detailed simulation of the accident consequences are coupled by the integrated risk assessment method. The "man-machine-environment" three-dimensional comprehensive risk indicator system is established and quantified to characterize the frequency of the transportation accidents. Consideration of vegetation, building and turbulence effect, the standard k-ε model is updated to simulate radioactive consequence of leakage accidents under complex terrain. The developed method is applied to assess the risk of the leakage accident in the scene of the typical domestic SNF Road Transportation (SNFRT). The critical risk factors and their impacts on the dispersion of the radionuclide are obtained.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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