Given the evolution of High-Temperature Gas-cooled Reactor(HTGR) designs, the source terms for licensing must be developed. There are three potential source terms: fission products, actinides in the fuel and tritium in the coolant. It is necessary to provide first an inventory of the source terms under normal operations. An analysis of source terms has yet to be performed for HTGRs. The previous code, which can estimate the inventory of the source terms for LWRs, cannot be used for HTGRs because the general data of a typical neutron cross-section and flux has not been developed. Thus, this paper uses a combination of the MCNP, ORIGEN, and MONTETEBURNS codes for an estimation of the source terms. A method in which the HTR-10 core is constructed using the unit lattice of a body-centered cubic is developed for core modeling. Based on this modeling method by MCNP, the generation of fission products, actinides and tritium with an increase in the burnup ratio is simulated. The model developed by MCNP appears feasible through a comparison with models developed in previous studies. Continuous fuel management is divided into five periods for the feeding and discharging of fuel pebbles. This discrete fuel management scheme is employed using the MONTEBURNS code. Finally, the work is investigated for 22 isotope fission products of nuclides, 22 actinides in the core, and tritium in the coolant. The activities are mainly distributed within the range of $10^{15}{\sim}10^{17}$ Bq in the equilibrium core of HTR-10. The results appear to be highly probable, and they would be informative when the spent fuel of HTGRs is taken into account. The tritium inventory in the primary coolant is also taken into account without a helium purification system. This article can lay a foundation for future work on analyses of source terms as a platform for safety assessment in HTGRs.
A simple and rapid spectrophotometric method has been developed to enable the determination of plutonium concentration in an irradiated fuel solution in the presence of all fission products. An excess of ceric ammonium nitrate solution was employed to oxidize all the valence states of plutonium to +6 oxidation state. Interference due to the presence of fission products such as ruthenium and zirconium, and corrosion products such as iron in the envisaged concentration range, as in the irradiated fuel solution, was studied in the determination of plutonium concentration by the direct spectrophotometric method. The stability of plutonium in +6 oxidation state was monitored under experimental conditions as a function of time. Results obtained are reproducible, and this method is applicable to radioactive samples resulting before the solvent extraction process during the reprocessing of fast reactor spent fuel. An analysis of the concentration of plutonium shows a relative standard deviation of <1.2% in standard as well as in simulated conditions. This reflects the fast reactor fuel composition with respect to uranium, plutonium, fission products such as ruthenium and zirconium, and corrosion products such as iron.
A defect model for UO$_2$ fuel containing soluble fission products was devised based on the defect structure of pure and doped uranias. Using the equilibrium between fuel solid-solution and fission-products and the material balance within the fuel, a tracing method to get the stoichiometry change of urania fuel with burnup was made. This tracing method was applied to high burnup urania fuel and DUPIC fuel. The oxygen potential of urania fuel turned out to increase slightly with burnup. The stoichiometry change was calculated to be negligible due to the buffering role f Mo. The oxygen potential of DUPIC fuel out to be sensitive to the initial chemical state of Mo in the fuel.
Reconstruction of the radial two-dimensional of fission products using projections obtained by nondestructive transversal direction gamma scanning was evaluated, and then compared with the destructive sectional gamma scanning results. Although the nondestructive method has a little drawback compared to the destructive method in the accuracy, the former seemed to be sufficiently applicable.
Park, Geun-Il;Lee, Jae-Won;Lee, Jung-Won;Lee, Young-Woo;Song, Kee-Chan
Nuclear Engineering and Technology
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제40권3호
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pp.191-198
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2008
The influence of fission products' contents on the DUPIC fuel powder and pellet properties was experimentally evaluated using SIMFUEL as a surrogate for actual spent PWR fuel due to the high radioactivity of spent fuel. Pure $UO_2$ and SIMFUEL pellets with fission products equivalent to a burn-up of 35,000 MWd/tU and 60,000 MWd/tU were used as impurities in this study. The specific surface area of the powder milled after the OREOX treatment increased and resulted in sintered pellets with a theoretical density (TD) higher than 95%, regardless of the impurity contents. However, the grain size of the sintered pellets decreased with the increasing impurity contents. As a result of the dissolved oxides in $UO_2$ from the impurity groups, the specific surface area of the OREOX powder increased with an increase of the impurities. The grain size of the sintered pellets was significantly decreased by the metallic and oxide precipitates.
The $Ph{\acute{e}}bus$ FP project is an international reactor safety project. Its main objective is to study the release, transport and retention of fission products in a severe accident of a light water reactor (LWR). The FPT4 test was performed with a fuel debris bed geometry, to look at late phase core degradation and the releases of low volatile fission products and actinides. Post Test Analyses results indicate that releases of noble gases (Xe, Kr) and high-volatile fission products (Cs, I) were nearly complete and comparable to those obtained during $Ph{\acute{e}}bus$ tests performed with a fuel bundle geometry (FPT1, FPT2). Volatile fission products such as Mo, Te, Rb, Sb were released significantly as in previous tests. Ba integral release was greater than that observed during FPT1. Release of Ru was comparable to that observed during FPT1 and FPT2. As in other $Ph{\acute{e}}bus$ tests, the Ru distribution suggests Ru volatilization followed by fast redeposition in the fuelled section. The similar release fraction for all lanthanides and fuel elements suggests the released fuel particles deposited onto the plenum surfaces. A blockage by molten material induced a steam by-pass which may explain some of the low releases. The revaporisation testing under different atmospheres (pure steam, $H_2/N_2$ and steam /$H_2$) and up to $1000^{\circ}C$ was performed on samples from the first upper plenum. These showed high releases of Cs for all the atmospheres tested. However, different kinetics of revaporisation were observed depending on the gas composition and temperature. Besides Cs, significant revaporisations of other elements were observed: e.g. Ag under reducing conditions, Cd and Sn in steam-containing atmospheres. Revaporisation of small amounts of fuel was also observed in pure steam atmosphere.
Background: Korea Atomic Energy Research Institute is developing a fission product transport module for predicting the behavior of radioactive materials in the primary cooling system of a nuclear power plant as a separate module, which will be connected to a severe accident analysis code, Core Meltdown Progression Accident Simulation Software (COMPASS). Materials and Methods: This fission product transport (COMPASS-FP) module consists of a fission product release model, an aerosol generation model, and an aerosol transport model. In the fission product release model there are three submodels based on empirical correlations, and they are used to simulate the fission product gases release from the reactor core. In the aerosol generation model, the mass conservation law and Raoult's law are applied to the mixture of vapors and droplets of the fission products in a specified control volume to find the generation of the aerosol droplet. In the aerosol transport model, empirical correlations available from the open literature are used to simulate the aerosol removal processes owing to the gravitational settling, inertia impaction, diffusiophoresis, and thermophoresis. Results and Discussion: The COMPASS-FP module was validated against Aerosol Behavior Code Validation and Evaluation (ABCOVE-5) test performed by Hanford Engineering Development Laboratory for comparing the prediction and test data. The comparison results assuming a non-spherical aerosol shape for the suspended aerosol mass concentration showed a good agreement with an error range of about ${\pm}6%$. Conclusion: It was found that the COMPASS-FP module produced the reasonable results of the fission product gases release, the aerosol generation, and the gravitational settling in the aerosol removal processes for ABCOVE-5. However, more validation for other aerosol removal models needs to be performed.
In order to investigate a nitriding process of spent oxide fuel and the subsequent change in thermal properties after nitriding, simulated spent fuel powder was converted into a nitride pellet with simulated fission product elements through a carbothermic reduction process. Nitriding rate of simulated spent fuel was decreased with increasing of the amount of fission products. Contents of Ba and Sr in simulated spent fuel were decreased after the carbothermic reduction process. The thermal conductivity of the nitride pellet was decreased by an addition of fission product element but was higher than that of the oxide fuel containing fission product elements.
Simulated debris was synthesized using UO2, Zr, and stainless steel and a heat treatment method under inert or oxidizing conditions. The primary U solid phase of the debris synthesized at 1473 K under inert conditions was UO2, whereas a (U, Zr)O2 solid solution formed at 1873 K. Under oxidizing conditions, a mixture of U3O8 and (Fe, Cr)UO4 phases formed at 1473 K, whereas a (U, Zr)O2+x solid solution formed at 1873 K. The leaching behavior of the fission products from the simulated debris was evaluated using two methods: the irradiation method, for which fission products were produced via neutron irradiation, and the doping method, for which trace amounts of non-radioactive elements were doped into the debris. The dissolution behavior of U depended on the properties of the debris and aqueous solution for immersion. Cs, Sr, and Ba leached out regardless of the primary solid phases. The leaching of high-valence Eu and Ru ions was suppressed, possibly owing to their solid-solution reaction with or incorporation into the uranium compounds of the simulated debris.
Kim, Yongsoo;Wonmok Jae;Saied, Usama-El;Donald R. Olander
한국원자력학회:학술대회논문집
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한국원자력학회 1995년도 추계학술발표회논문집(2)
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pp.707-712
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1995
Grain boundary diffusion plays significant role in the fission gas release, which is one of the crucial processes dominating nuclear fuel performance. Gaseous fission products such as Xe and Kr generated inside fuel pellet have to diffuse in the lattice and in the grain boundary before they reach open space in the fuel rod. In the mean time, the grains in the fuel pellet grow and shrink according to grain growth kinetics, especially at elevated temperature at which nuclear reactors are operating. Thus the boundary movement ascribed to the grain growth greatly influences the fission gas release rate by lengthening or shortening the lattice diffusion distance, which is the rate limiting step. Sweeping fission gases by the moving boundary contributes to the increment of the fission gas release as well. Lattice and grain boundary diffusion processes in the fission gas release can be studied by 'tracer diffusion' technique, by which grain boundary diffusion can be estimated and used directly for low burn-up fission gas release analysis. However, even for tracer diffusion analysis, taking both the intragranular grain growth and the diffusion processes simultaneously into consideration is not easy. Only a few models accounting for the both processes are available and mostly handle them numerically. Numerical solutions are limited in the practical use. Here in this paper, an approximate analytical solution of the lattice and stationary grain boundary diffusion in a polycrystalline solid is developed for the tracer diffusion techniques. This short closed-form solution is compared to available exact and numerical solutions and turns out to be acceptably accurate. It can be applied to the theoretical modeling and the experimental analysis, especially PIE (post irradiation examination), of low burn up fission. gas release.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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