To improve safety analysis technology for a nuclear reactor containment considering an interaction between a reactor coolant system (RCS) and containment, this study aims at an experimental investigation on the integrated simulation of the RCS and containment, with an integral effect test facility, ATLAS-CUBE. For a realistic simulation of a pressure and temperature (P/T) transient, the containment simulation vessel was designed to preserve a volumetric scale equivalently to the RCS volume scale of ATLAS. Three test cases for a steam line break (SLB) transient were conducted with variation of the initial condition of the passive heat sink or the steam flow direction. The test results indicated a stratified behavior of the steam-gas mixture in the containment following a high-temperature steam injection in prior to the spray injection. The test case with a reduced heat transfer on the passive heat sink showed a faster increase of the P/T inside the containment. The effect of the steam flow direction was also investigated with respect to a multi-dimensional distribution of the local heat transfer on the passive heat sink. The integral effect test data obtained in this study will contribute to validating the evaluation methodology for mass and energy (M/E) and P/T transient of the containment.
Presently, the VHTGR (Very High Temperature Gas-cooled Reactor) is considered the most attractive candidate for a GEN-IV reactor to produce hydrogen, which will be a key resource for future energy production. A new concept for a reactor cavity cooling system (RCCS), a critical safety feature in the VHTGR, is proposed in the present study. The proposed RCCS consists of passive water pool and active air cooling systems. These are employed to overcome the poor cooling capability of the air-cooled RCCS and the complex cavity structures of the water-cooled RCCS. In order to estimate the licensibility of the proposed design, its performance and integrity were tested experimentally with a reduced-scale mock-up facility, as well as with a separate-effect test facility (SET) for the 1/4 water pool of the RCCS-SNU to examine the heat transfer and pressure drop and code capability. This paper presents the test results for SET and validation of MARS-GCR, a system code for the safety analysis of a HTGR. In addition, CFX5.7, a computational fluid dynamics code, was also used for the code-to-code benchmark of MARS-GCR. From the present experimental and numerical studies, the efficacy of MARS-GCR in application to determining the optimal design of complicated systems such as a RCCS and evaluation of their feasibility has been validated.
A directly heated $SO_3$ decomposer for the sulfur-iodine and hybrid-sulfur processes has been introduced and analyzed using the computational fluid dynamics (CFD) code CFX 11. The use of a directly heated decomposition reactor in conjunction with a very high temperature reactor (VHTR) allows for higher decomposition reactor operating temperatures. However, the high temperatures and strongly corrosive operating conditions associated with $SO_3$ decomposition present challenges for the structural materials of decomposition reactors. In order to resolve these problems, we have designed a directly heated $SO_3$ decomposer using RA330 alloy as a structural material and have performed a CFD analysis of the design based on the finite rate chemistry model. The CFD results show the maximum temperature of the structural material could be maintained sufficiently below 1073 K, which is considered the target temperature for RA 330. The CFD simulations also indicated good performance in terms of $SO_3$ decomposition for the design parameters of the present study.
Sohag, Faruk A.;Beck, Faith R.;Mohanta, Lokanath;Cheung, Fan-Bill;Segall, Albert E.;Eden, Timothy J.;Potter, John K.
Nuclear Engineering and Technology
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v.49
no.1
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pp.124-133
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2017
In-vessel retention by passive external reactor vessel cooling under severe accident conditions is a viable approach for retention of radioactive core melt within the reactor vessel. In this study, a new and versatile coating technique known as "cold spray" that can readily be applied to operating and advanced reactors was developed to form a microporous coating on the outer surface of a simulated reactor lower head. Quenching experiments were performed under simulated in-vessel retention by passive external reactor vessel cooling conditions using test vessels with and without cold spray coatings. Quantitative measurements show that for all angular locations on the vessel outer surface, the local critical heat flux (CHF) values for the coated vessel were consistently higher than the corresponding CHF values for the bare vessel. However, it was also observed for both coated and uncoated surfaces that the local rate of boiling and local CHF limit vary appreciably along the outer surface of the test vessel. Nonetheless, results of this intriguing study clearly show that the use of cold spray coatings could enhance the local CHF limit for downward-facing boiling by > 88%.
Jo, Hye Seon;Koo, Young Do;Park, Ji Hun;Oh, Sang Won;Kim, Chang-Hwoi;Na, Man Gyun
Nuclear Engineering and Technology
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v.53
no.12
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pp.4014-4021
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2021
If safety injection systems (SISs) do not work in the event of a loss-of-coolant accident (LOCA), the accident can progress to a severe accident in which the reactor core is exposed and the reactor vessel fails. Therefore, it is considered that a technology that provides recoverable maximum time for SIS actuation is necessary to prevent this progression. In this study, the corresponding time was defined as the golden time. To achieve the objective of accurately predicting the golden time, the prediction was performed using the deep fuzzy neural network (DFNN) with rule-dropout. The DFNN with rule-dropout has an architecture in which many of the fuzzy neural networks (FNNs) are connected and is a method in which the fuzzy rule numbers, which are directly related to the number of nodes in the FNN that affect inference performance, are properly adjusted by a genetic algorithm. The golden time prediction performance of the DFNN model with rule-dropout was better than that of the support vector regression model. By using the prediction result through the proposed DFNN with rule-dropout, it is expected to prevent the aggravation of the accidents by providing the maximum remaining time for SIS recovery, which failed in the LOCA situation.
Hramco, C.;Turlybekuly, K.;Borzakov, S.B.;Gundorin, N.A.;Lychagin, E.V.;Nehaev, G.V.;Muzychka, A. Yu;Strelkov, A.V.;Teymurov, E.
Nuclear Engineering and Technology
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v.54
no.8
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pp.2999-3005
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2022
The new experimental setup has been built at the 11b channel of the IBR-2 research reactor at FLNP, JINR, to study the elemental composition of samples by registration of prompt gamma emission during thermal neutron capture. The setup consists of a curved mirror neutron guide and a radiation-resistant HPGe high-purity germanium detector. The detector is surrounded by lead shielding to suppress the natural background gamma level. The sample is placed in a vacuum channel and surrounded by a LiF shield to suppress the gamma background generated by scattered neutrons. This work presents characteristics of the experimental setup. An example of hydrogen concentration determining in a diamond powder made by detonation synthesis is given and on its basis, the sensitivity of the setup is calculated being ~4 ㎍.
The external reactor vessel cooling (ERVC) is well known strategy to mitigate a severe accident at which nuclear fuel inside the reactor vessel is molten. In order to compare the heat removal capacity of ERVC between the nuclear reactor designs quantitatively, numerical method is often used. However, the study for ERVC using computational fluid dynamics (CFD) is still quite scarce. As a validation study on the numerical prediction for ERVC using CFD, the subcooled boiling flow and natural circulation of coolant at the ULPU-V experiment was simulated. The commercially available CFD software ANSYS-CFX was used. Shear stress transport (SST) model and RPI model were used for turbulence closure and wall-boiling, respectively. The averaged flow velocities in the downcomer and the baffle entry under the reactor vessel lower plenum are in good agreement with the available experimental data and recent computational results. Steam generated from the heated wall condenses rapidly and coolant flows maintains single-phase flow until coolant boils again by flashing process due to the decrease of saturation temperature induced by higher elevation. Hence, the flow rate of coolant natural circulation does not vary significantly with the change of heat flux applied at the reactor vessel, which is also consistent with the previous literatures.
Choo, Kee Nam;Cho, Man Soon;Yang, Sung Woo;Park, Sang Jun
Nuclear Engineering and Technology
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v.46
no.4
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pp.501-512
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2014
HANARO is a multipurpose research reactor located at the Korea Atomic Energy Research Institute (KAERI). Since the commencement of its operation in 1995, various neutron irradiation facilities, such as rabbit irradiation facilities, fuel test loop (FTL) facilities, capsule irradiation facilities, and neutron transmutation doping (NTD) facilities, have been developed and actively utilized for various nuclear material irradiation tests requested by users from research institutes, universities, and industries. Most irradiation tests have been related to national R&D relevant to present nuclear power reactors such as the ageing management and safety evaluation of the components. Based on the accumulated experience as well as the sophisticated requirements of users, HANARO has recently supported national R&D projects relevant to new nuclear systems including the System-integrated Modular Advanced Reactor (SMART), research reactors, and future nuclear systems. This paper documents the current state and utilization of irradiation facilities in HANARO, and summarizes ongoing research efforts to deploy advanced irradiation technology.
Nasrazadani, Zahra;Behfarnia, Manochehr;Khorsandi, Jamshid;Mirvakili, Mohammad
Nuclear Engineering and Technology
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v.48
no.5
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pp.1120-1125
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2016
The neutron decay constant, ${\alpha}$, and effective delayed neutron fraction, ${\beta}_{eff}$, are important parameters for the control of the dynamic behavior of nuclear reactors. For the heavy water zero power reactor (HWZPR), this document describes the measurements of the neutron decay constant by noise analysis methods, including variance to mean (VTM) ratio and endogenous pulse source (EPS) methods. The measured ${\alpha}$ is successively used to determine the experimental value of the effective delayed neutron fraction as well. According to the experimental results, ${\beta}_{eff}$ of the HWZPR reactor under study is equal to 7.84e-3. This value is finally used to validate the calculation of the effective delayed neutron fraction by the Monte Carlo methods that are discussed in the document. Using the Monte Carlo N-Particle (MCNP)-4C code, a ${\beta}_{eff}$ value of 7.58e-3 was obtained for the reactor under study. Thus, the relative difference between the ${\beta}_{eff}$ values determined experimentally and by Monte Carlo methods was estimated to be < 4%.
A graphic simulation program is developed to assimilate the remote dismantling process of research nuclear reactors. This program makes extensive use of a commercial robot graphic instruction program. Firstly, a realistic graphic model of research reactors are built along with various dismantling equipments. Using the graphic instruction languages provided by IGRIP, then, a graphic process simulation program is developed that operates interactively with the user. Consequently, it is made possible for a process designer to visualize an arbitrary dismantling sequence and interactively modify the process. It is expected that the developed system will be utilized as an effective operator aid in both design and execution phases of remote dismantling of research reactor.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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