Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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1998.05b
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pp.470-475
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1998
The marginal nuclear criticality analysis for the high density spent fuel storage at a PWR plant was carried out by using the HELIOS and CASMO-3 codes. More than 20 % of the calculated reactivity saving effect is observed in this analysis. This mainly comes from the adoption of some important fission products and B-10 in the criticality analysis. By taking burnup and boron credits, the high capacity of the spent fuel storage rack can be more fully utilized, reducing the space of storage. Larger storage for a given inventory of spent fuel should result in remarkable cost savings and mort importantly reduce the risks to the public and occupational workers.
Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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1996.05a
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pp.21-27
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1996
KAERI has recently developed the nuclear design code MASTER for the application to reactor physics analyses for pressurized water reactors. Its neutronics model solves the space-time dependent neutron diffusion equations with the advanced nodal methods. The major calculation categories of MASTER consist of microscopic depletion, steady-state and transient solution, xenon dynamics, adjoint solution and pin power and burnup reconstruction. The MASTER validation analyses, which are in progress aiming to submit the Uncertainty Topical Report to KINS in the first half of 1996, include global reactivity calculations and detailed pin-by-pin power distributions as well as in-core detector reaction rate calculations. The objective of this paper is to give an overall description of the CASMO/MASTER code system whose verification results are in details presented in the separate papers.
The potential for recriticality and sub-critical boron concentrations is analyzed during the relocation of the fuel rods in the assembly, which we call late phase of a severe accident, via coupling between MELCOR and whole-core Monte Carlo analyses by Serpent 2. The recriticality, initiated during the early phase, is found to maintain when the fuel assemblies containing intact fuel rods are submerged by the cooling water. It is also found that the effect of the negative reactivity insertion via remaining fission products in the fuel debris increases as the burnup increases. The sub-critical boron concentrations during the late phase are found to be 76~544 ppm lower than those during the early phase. Therefore, it can be concluded that the boron concentration that prevents recriticality not only during the early phase but also during the late phase is the sub-critical boron concentration during the early phase.
The low leakage leading pattern has features as the placement of some fresh fuel assemblies in the core interior to reduce the neutron fluence on the pressure vessel and to enhance the neutron economics. But as fresh fuel assemblies are loaded in the core interior, the local power tends to exceed safety limit due to the high reactivity of the fresh assemblies. Therefore, a large number of burnable poisons must be utilized in a low leakage scheme to suppress the high assembly power as well as the excess reactivity. In this study the effects of burnable poisons are treated as a perturbation on the power distribution, and the 'Power Sensitivity Coefficient' concept is adopted. An application study is performed for cycle 1 of the Korea Nuclear Unit-7 (KNU-7) to justify the usefulness of the reverse depletion method coupled with the above concept. To obtain the optimal burnable poision distribution at the given burnup step, the linear programming technique is adopted. The result shows maximum 4.5% error in the amount of burnable poisons between the calculated and the reference values. It is concluded that the design methodology which consists of the reverse depletion, the power sensitivity coefficient concept, and the linear programming technique can be used to find the optimal turnable poison distribution.
Small rod-controlled pressurized water reactors (PWR) are the ideal energy source for vessel propulsion, benefiting from their high reactivity control efficiency. Since the control rods (CRs) increase the complexity of reactivity control, this paper seeks to study the performance of CRs in small rod-controlled PWRs to extend the lifetime and reduce power offset due to CRs. This study investigates CR grouping, move-in/out strategies, and axially non-uniform design effects on core neutron physics metrics. These metrics include axial offset (AO), core lifetime (CL), fuel utilization (FU), and radial power peaking factor (R-PPF). To simulate the movement of the CRs, a "Critical-CR-burnup" function was developed in OpenMC. In CR designs, the CRs are grouped into three banks to study the simultaneous and prioritized move-in/out strategies. The results show CL extension from 590 effective full power days (EFPDs) to 638-698 EFPDs. A lower-worth prioritized strategy minimizes AO and the extremum values decrease from -0.69 and + 0.81 to -0.28 and + 0.51. Although an axially non-uniform CR design can improve AO at the beginning of cycle (BOC), considering the overall CR worth change is crucial, as a significant decrease can adversely impact axial power distribution during the middle of cycle (MOC).
Background: $^{241}Am$, $^{243}Am$, and $^{237}Np$ isotopes are among the most radiotoxic components of spent nuclear fuel. Recently, researchers have planned different incineration scenarios for the highly radiotoxic elements of nuclear waste in critical reactors. Computational methods are widely used to predict burnup rates of such nuclear wastes that are used under fuel matrixes in critical reactors. Methods: In this work, the Monte Carlo N-particle transport code was used to calculate the neutronic behavior of a transuranic (TRU)-bearing CANada Deuterium Uranium 6 reactor. Results: The computational data showed that the 1.0% TRU-containing thorium-based fuel matrix presents higher proliferation resistance and TRU depletion rate than the other investigated fuel Matrixes. The fuel matrix includes higher negative temperature reactivity coefficients as well. Conclusion: The investigated thorium-based fuel matrix can be successfully used to decrease the production of highly radiotoxic isotopes.
Since in the KMRR the neutron spectrum is hardened in comparison with the conventional power reactors, and the absorber is in a tube-form which may contain the neutron multiplying media inside it, the reactor physics characteristics of the KMRR absorber are much different. The characteristics of the hafnium control absorber are studied under the several kinds of the environmental conditions. The environmental conditions include the inner materials inside the absorber shroud, the absorber thickness, the absorber burnout, and the fuel burnup. Investigated are nuclear characteristics such as the dependence of the spectral, regional, and isotopic contribution to the neutron absorption, and the dependence of the reactivity worth. Many important absorber characteristics are identified and presented from the analysis.
Targeting at simulating the application of thorium-uranium (TU) fuel in the CANDU-6 reactor, this paper analyzes the process using the code DRAGON/DONJON where the discrete TU fuel pins are applied in the CANDU-6 reactor under the time-average equilibrium refueling. The results show that the coolant void reactivity of the assembly analyzed in this paper is lower than that of 37-element bundle cell with natural uranium and 37-element bundle cell with mixed TU fuel pins; that the max time-average channel/bundle power of the core meets the limits - less than 6700kW/860 kW; that the fuel conversion ratio is higher than that of the CANDU-6 reactor with natural uranium; and that the exit burnup increases to 13400 MWd/tU. Thus, the simulation in this paper with the fuel in the 37-element bundle cell using discrete TU fuel pins can be considered to be applied in CANDU-6 reactor with adequate modifications of the core structure and operating modes.
Use of the reconstructed fuel assemblies from partially burnt nuclear fuel pins is analyzed. This reutilization option is a potential candidate technique to make better use of the nuclear resources. Standard two step method is used to calculate node i.e. fuel assembly average burnup and then pin by pin ${\eta}$ values are reconstructed to ascertain the residual reactivity in the used fuel pins. Fuel pins with ${\eta}$ > 1:0 are used to reconstruct to-be-reused fuel assemblies. These reconstructed fuel assemblies are burnt during the cycle 3, 4, 5 and 6 of a 1000 MW PWR core by replacing fresh, once burnt and twice burnt fuel assemblies of the reference core configurations. It is concluded that using reconstructed fuel assemblies for the fresh fuel affect dearly on the cycle length (>50 EFPD) when more than 16 fresh fuel assemblies are replaced. However, this loss is less than 20 days if the number of fresh fuel assemblies is less than eight. For the case of replacing twice burned fuel, cycle length could be increased slightly (10 days or so) provided burnt fuel pins from other reactors were also available. Reactor safety parameters, like axial off set (< ${\pm}10%$), Doppler temperature coefficient (<0), moderator temperature coefficient at HFP (<0) are always satisfied. Though, 2D and 3D pin peaking factors are satisfied (<1:55) and (<2:52) respectively, for the cases using eight or less reconstructed fuel assemblies only.
M. Lovecky;J. Zavorka;J. Jirickova;Z. Ondracek;R. Skoda
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.6
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pp.2288-2297
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2023
Current designs of both large reactor units and small modular reactors utilize a nuclear fuel with increasing enrichment. This increasing demand for better nuclear fuel utilization is a challenge for nuclear fuel handling facilities. The operation with higher enriched fuels leads to reduced reserves to legislative and safety criticality limits of spent fuel transport, storage and final disposal facilities. Design changes in these facilities are restricted due to a boron content in steel and aluminum alloys that are limited by rolling, extrusion, welding and other manufacturing processes. One possible solution for spent fuel pools and casks is the burnup credit method that allows decreasing very high safety margins associated with the fresh fuel assumption in spent fuel facilities. This solution can be supplemented or replaced by an alternative solution based on placing the neutron absorber material directly into the fuel assembly, where its efficiency is higher than between fuel assemblies. A neutron absorber permanently fixed in guide tubes decreases system reactivity more efficiently than absorber sheets between the fuel assemblies. The paper summarizes possibilities of fixed neutron absorbers for various nuclear fuel and fuel handling facilities. Moreover, an absorber material was optimized to propose alternative options to boron. Multiple effective absorbers that do not require steel or aluminum alloy compatibility are discussed because fixed absorbers are placed inside zirconium or steel cladding.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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