Reactivity worth of fuel rods at the JSI TRIGA research reactor was measured. Differently burned fuel rods were chosen to validate fuel burnup calculations. Two methods of measuring reactivity worth of fuel rods are used, traditional method is compared to newly introduced method using fuel rods swapping. Connection between both methods is described theoretically and the theory is validated experimentally. Fuel rod worth calculated using the newly introduced fuel rod swap method was within 1σ of worth measured using the traditional method. In addition to the recently performed experiments, weekly measurements of reactor core reactivity throughout the operational history are used for validation. The measured data were used to validate the fuel burnup and core criticality calculations. Fuel burnup calculations are performed using three different computer codes: the deterministic TRIGLAV, the Monte Carlo Serpent-2, and the hybrid RAPID. Great agreement was observed for Serpent-2 and RAPID by simulating fuel rod worth and its burnup, indicating that the fuel burnup and criticality calculations are accurate and that reactivity changes due to small burnup differences on the order of 10 pcm can be accurately simulated. In addition it was shown using ex-core detectors and large fission chamber that detector response changes due to fuel swapping are evident for fuel rod burnup differences of 20 MWd/kg. Fuel burnup calculations were further validated on excess reactivity measurements for three mixed TRIGA cores. The calculated burnup reactivity coefficient ΔρBU using Serpent-2 and RAPID was within 1σ of the measurements, showing both codes are capable of calculating burnup for different TRIGA fuel types.
Hari P. Gupta;Park, Hangbok;Bo W. Rhee;Park, Hyungsoo
Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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1996.05a
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pp.52-57
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1996
The coolant void reactivity is positive for CANDU reactor loaded with DUPIC fuel which has more fissile content compared to natural uranium. A parametric study was done to reduce the void reactivity of the fuel bundle and loss in discharge burnup was estimated. It is observed that the burnable absorbers like gadolinium, boron, europium are not able to keep the reduction in void reactivity uniform throughout fuel burnup. Dysprosium and erbium can keep the void reactivity reduction uniform throughout. fuel burnup but toss in discharge burnup for erbium case is more compared to that of dysprosium case.
The high capture cross-section (𝜎c) of Gadolinium (Gd-155 and Gd-157) causes reactivity penalty and swing at the initial stage of fuel burnup in Pressurized Water Reactor (PWR). The present study is concerned with the feasibility of the combination of mixed burnable poison with both low and high 𝜎c as an approach to minimize these effects. Two considered reference designs are fuel assemblies with 24 IBA rods of Gd2O3 and Er2O3 respectively. Models comprise nuclear fuel with a homogeneous mixture of Er2O3, AmO2, SmO2, and HfO2 with Gd2O3 as well as the coating of PaO2 and ZrB2 on the Gd2O3 pellet's outer surface. The infinite multiplication factor was determined and reactivity was calculated considering 3% neutron leakage rate. All models except Er2O3 and SmO2 showed expected results namely higher values of these parameters than the reference design of Gd2O3 at the early burnup period. The highest value was found for the model of PaO2 and Gd2O3 followed by ZrB2 and HfO2. The cycle burnup, discharge burnup, and cycle length for three batch refueling were calculated using Linear Reactivity Model (LRM). The pin power distribution, energy-dependent neutron flux and Fuel Temperature Coefficient (FTC) were also studied. An optimization of model 1 was carried out to investigate effects of different isotopic compositions of Gd2O3 and absorber coating thickness.
Xu, Shikun;Yu, Tao;Xie, Jinsen;Li, Zhulun;Xia, Yi;Yao, Lei
Nuclear Engineering and Technology
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v.54
no.4
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pp.1526-1533
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2022
Small modular reactors have garnered considerable attention in the recent years. Plate fuel elements exhibit a good application prospect in small modular pressurized water reactors for marine applications. Further, improved economic benefits can be achieved by extending the core lifetime of small modular reactors. However, it is necessary to realize a large initial residual reactivity for achieving a relatively long burnup depth finally. Thus, the selection of a suitable burnable poison (BP) is a crucial factor that should be considered in the design of small modular reactors. In this study, some candidate BPs are selected to realize the effective control of reactivity. The results show that 231Pa2O3, 240Pu2O3, 167Er2O3, PACS-J, and PACS-L are ideal candidates of BP, and since the characteristics of BP can increase the final burnup depth of assembly, the economic benefits are gained. Additionally, an optimal combination scheme of BPs is established. Specifically, it is proved that through a reasonable combination of BPs, a low reactivity fluctuation during the lifetime can be achieved, leading to a large final burnup depth.
This study is intended to evaluate the dependency of TRU recycling characteristics on the neutron spectrum shift in a Pb-Bi cooled core. Considering two Pb-Bi cooled cores with the soft and the hard spectrum, respectively, various characteristics of the recycled core are carefully examined and compared with each other. Assuming very simplified fuel cycle management with the homogeneous and single region fuel loading, the burnup calculations are performed until the recycled core reached to the (quasi-) equilibrium state. The mechanism of TRU recycling toward the equilibrium is analyzed in terms of burnup reactivity and the isotopic compositions of TRU fuel. In the comparative analyses, the difference in the recycling behavior between the two cores is clarified. In addition, the basic safety characteristics of the recycled core are also discussed in terms of the Doppler coefficient, the coolant loss reactivity coefficient, and the effective delayed neutron fraction.
Yun, Hyungju;Kim, Do-Yeon;Park, Kwangheon;Hong, Ser Gi
Nuclear Engineering and Technology
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v.48
no.3
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pp.624-634
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2016
Nuclear criticality safety analyses (NCSAs) considering burnup credit were performed for the GBC-32 cask. The used nuclear fuel assemblies (UNFAs) discharged from Hanbit Nuclear Power Plant Unit 3 Cycle 6 were loaded into the cask. Their axial burnup distributions and average discharge burnups were evaluated using the DeCART and Multi-purpose Analyzer for Static and Transient Effects of Reactors (MASTER) codes, and NCSAs were performed using SCALE 6.1/STandardized Analysis of Reactivity for Burnup Credit using SCALE (STARBUCS) and Monte Carlo N-Particle transport code, version 6 (MCNP 6). The axial burnup distributions were determined for 20 UNFAs with various initial enrichments and burnups, which were applied to the criticality analysis for the cask system. The UNFAs for 20- and 30-year cooling times were assumed to be stored in the cask. The criticality analyses indicated that $k_{eff}$ values for UNFAs with nonuniform axial burnup distributions were larger than those with a uniform distribution, that is, the end effects were positive but much smaller than those with the reference distribution. The axial burnup distributions for 20 UNFAs had shapes that were more symmetrical with a less steep gradient in the upper region than the reference ones of the United States Department of Energy. These differences in the axial burnup distributions resulted in a significant reduction in end effects compared with the reference.
This paper presents neutronics design of VVER-1000 fuel assembly using burnable poison particles (BPPs) for controlling excess reactivity and pin-wise power distribution. The advantage of using BPPs is that the thermal conductivity of BPP-dispersed fuel pin could be improved. Numerical calculations have been conducted for optimizing the BPP parameters using the MVP code and the JENDL-3.3 data library. The results show that by using $Gd_2O_3$ particles with the diameter of $60{\mu}m$ and the packing fraction of 5%, the burnup reactivity curve and pin-wise power distribution are obtained approximately that of the reference design. To minimize power peaking factor (PPF), total BP amount has been distributed in a larger number of fuel rods. Optimization has been conducted for the number of BPP-dispersed rods, their distribution, BPP diameter and packing fraction. Two models of assembly consisting of 18 BPP-dispersed rods have been selected. The diameter of $300{\mu}m$ and the packing fraction of 3.33% were determined so that the burnup reactivity curve is approximate that of the reference one, while the PPF can be decreased from 1.167 to 1.105 and 1.113, respectively. Application of BPPs for compensating the reduction of soluble boron content to 50% and 0% is also investigated.
Kim Jun Hwan;Lee Myoung Ho;Choi Byoung Kwon;Bang Je Geon;Jeong Yong Hwan
Korean Journal of Materials Research
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v.15
no.2
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pp.126-133
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2005
Mechanical properties of zirconium cladding were evaluated by ring tension test to simulate Reactivity-Initiated Accident (RIA) at high burnup situation as an out-reactor test. Zircaloy-4 cladding was hydrided up to 1000 ppm as well as oxidized up to $100\;{\mu}m$ to simulate high-burnup situation. After simulated high-burnup treatment, ring tension test was carried out from 0.01 to 1/sec to correlate with actual RIA event. The results showed that ductility and circumferential toughness decreased with the hydrogen content and oxide thickness. Hydride generated inside cladding acted as brittle failure. Oxygen influenced cladding tube by the reduction of load bearing area, oxygen embrittlement, and thermal aging. Correlation between in-reactor RIA parameter like fuel enthalpy and out-reactor toughness was performed and showed a reasonable result.
A small power ADS design using thorium oxide and diluent matrix reprocessed fuel is proposed for a high transmutation rate, small reactivity swing, and strong safety features. Two fuel matrices (CERCER and CERMET) and different recycled fuel compositions recovered from UO2 spent fuels with 45 GWd/tU and 60 GWd/tU burnup were investigated to determine the suitable fuel for the ADS. It was found that the transmutation of each isotope depends on TRU initial loading amount. After examining the cores, the results show that CERCER fueled ADS has a negative coolant void reactivity (CVR) and a smaller radiotoxicity at discharge compared to that of CERMET core. It implies that CERCER fuel has enhanced safety features and more flavor in terms of radiotoxicity management. To increase fuel utilization and core operation efficiency, a simple assembly shuffling pattern for the CERCER fueled ADS is also proposed. Eigenvalue and burnup calculations were conducted using Serpent 2 with ENDF/B-VII.0 library in both kcode and external source modes, and it indicates that the results of transmutation analyses obtained by kcode only is reliable to discuss the transmutation potential of ADS. Burnup calculation with the fixed-source mode is essential to be used for more practical results of the transmutation by ADS.
A new fission-product burnup chain model was developed for use in research reactor analysis capable of predicting the burnup-dependent reactivity with high precision over a wide range of burnup. The new model consists of 63 nuclides treated explicitly and one fissile-independent pseudo-element. The effective absorption cross sections for the pseudo-element and the pseudo-element yield of actinide nuclides were evaluated in the this report. The model is capable of predicting the high burnup behavior of low-enriched uranium-fueled research reactors.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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