Because the interaction layers that form between U-Mo particles and the Al matrix degrade the thermal properties of U-Mo/Al dispersion fuel, an investigation was undertaken of the undesirable feedback effect between an interaction layer growth and a centerline temperature increase for dispersion fuel. The radial temperature distribution due to interaction layer growth during irradiation was calculated iteratively in relation to changes in the volume fractions, the thermal conductivities of the constituents, and the oxide thickness with the burnup. The interaction layer growth, which is estimated on the basis of the temperature calculations, showed a reasonable agreement with the post-irradiation examination results of the U-Mo/Al dispersion fuel rods irradiated at the HANARO reactor. The U-Mo particle size was found to be a dominant factor that determined the fuel temperature during irradiation. Dispersion fuel with larger U-Mo particles revealed lower levels of both the interaction layer formation and the fuel temperature increase. The results confirm that the use of large U-Mo particles appears to be an effective way of mitigating the thermal degradation of U-Mo/Al dispersion fuel.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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1998.04a
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pp.454-460
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1998
The vibration behavior of fuel rods has been analyzed by FEM in consideration of axial force and support spring constants. The axial compression force on the fuel rod in reactor decreases with the fuel rod burnup, and its decrease makes the natural frequencies of fuel rod considerably increase. The change of support spring constant can contribute to the remarkable change of the mode shapes, but not greatly to the natural frequencies. The reaction forces of support springs are obtained from normalizing the lst mode with the max. 0.2 mm displacement. The calculated reaction forces are larger than the previous results obtained by disregarding the deflections of the support springs.
In this work, new multi-recycling options of TRU nuclides using PWR fuel assemblies comprised of MOX and FCM (Fully Ceramic Micro Encapsulated) fuels are suggested and neutronically analyzed. These options do not use a fully recycling of TRU but a partial recycling where TRUs from MOX fuels are recycled while the ones from FCM fuels are not recycled due to their high consumption rate resulted from high burnup. In particular, additional external TRU feed in MOX fuels for each cycle was considered to significantly increase the TRU consumption rate and the finally selected option is to use external TRU and enriched uranium feed as a makeup for the heavy metal consumption in MOX fuels. This hybrid external feeding of TRU and enriched uranium in MOX fuel was shown to be very effective in significantly increasing TRU consumption rate, maintaining long cycle length, and achieving negative void reactivity worth during recycling.
In a previous study, delayed hydride cracking (DHC) assessment of pressurized water reactor (PWR) spent fuel during dry storage using the threshold stress intensity factor (KIH) was performed. However, there were a few limitations in the analysis of the cladding properties, such as oxide thickness and mechanical properties. In this study, those models were modified to include test data for irradiated materials, and the cladding creep model was introduced to improve the reliability of the DHC assessment. In this study, DHC susceptibility of PWR spent fuel during dry storage depending on the axial elevation was evaluated with the improved assessment methodology. In addition, the sensitivity of affecting parameters such as fuel burnup, hydride thickness, and crack aspect ratio are presented.
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.
Byung-Ho Lee;Yang-Hyun Koo;Jin-Silk Cheon;Je-Yong Oh;Hyung-Koo Joo;Dong-Seong Sohn
Nuclear Engineering and Technology
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v.34
no.5
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pp.482-493
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2002
The MOX fuel for LWR is fabricated either by direct mechanical blending of UO$_2$ and PuO$_2$ or by two stage mixing. Hence Pu-rich particles, whose Pu concentrations are higher than pellet average one and whose size distribution depends on a specific fabrication method, are inevitably dispersed in MOX pellet. Due to the inhomogeneous microstructure of MOX fuel, the thermal conductivity of LWR MOX fuel scatters from 80 to 100 % of UO$_2$ fuel. This paper describes a mechanistic thermal conductivity model for MOX fuel by considering this inhomogeneous microstructure and presents an explanation for the wide scattering of measured MOX fuel's thermal conductivity. The developed model has been incorporated into a KAERI's fuel performance code, COSMOS, and then evaluated using the measured in-pile data for MOX fuel. The database used for verification consists of homogeneous MOX fuel at beginning-of-life and inhomogeneous MOX fuel at high turnup. The COSMOS code predicts the thermal behavior of MOX fuel well except for the irradiation test accompanying substantial fission gas release. The over-prediction with substantial fission gas release seems to suggest the need for the introduction of a recovery factor to a term that considers the burnup effect on thermal conductivity.
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.
This work presents experimental data and modelling of the release of Mo from high-burnup spent nuclear fuel (63 MWd/kgU) at two different pH values, 8.4 and 13.2 in air. The release of Mo from SF to the solution is around two orders of magnitude higher at pH = 13.2 than at pH = 8.4. The high Mo release at high pH would indicate that Mo would not be congruently released with uranium and would have an important contribution to the Instant Release Fraction, with a value of 5.3%. Parallel experiments with pure non irradiated Mo(s) and XPS determinations indicated that the faster dissolution at pH = 13.2 could be the consequence of the higher releases from metallic Mo in the fuel through a surface complexation mechanism promoted by the OH- and the oxidation of the metal to Mo(VI) via the formation of intermediate Mo(IV) and Mo(V) species.
The thermalehydraulic characteristics for the CANadian Deuterium Uranium Flexible (CANFLEX)-burnable poison (BP) fuel channel, which is loaded with a BP at the center ring based on the CANFLEX-RU (recycled uranium) fuel channel, are evaluated and compared with that of standard 37-element and CANFLEX-NU (natural uranium) fuel channels. The distributions of fuel temperature and critical channel power for the CANFLEX-BP fuel channel are calculated using the NUclear Heat Transport CIRcuit Thermohydraulics Analysis Code (NUCIRC) code for various creep rate and burnup. CANFLEX-BP fuel channel has been revealed to have a lower fuel temperature compared with that of a standard 37-element fuel channel, especially for high power channels. The critical channel power of CANFLEX-BP fuel channel has increased by about 10%, relative to that of a standard 37-element fuel channel for 380 channels in a core, and has higher value relative to that of the CANFLEX-NU fuel channel except the channels in the outer core. This study has shown that the use of a BP is feasible to enhance the thermal performance by the axial heat flux distribution, as well as the improvement of the reactor physical safety characteristics, and thus the reactor safety can be improved by the use of BP in a CANDU reactor.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.14
no.4
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pp.411-422
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2016
Recently, because the wet pool storage facilities of NPPs in Korea has become saturated, there has been much active R&D on an interim dry storage system using a transportation and storage cask. Generally, the shielding evaluation for the design of a spent fuel transportation and storage cask is performed by the design basis fuel, which selects the most conservative fuel among the fuels to be loaded into the cask. However, the loading of actual spent fuel into the transportation metal cask is not limited to the design basis fuel used in the shielding evaluation; the loading feasibility of actual spent fuel is determined by the shielding evaluation that considers the characteristics of the initial enrichment, the maximum burnup and the minimum cooling period. This study describes a shielding analysis method for determining the minimum cooling period of spent fuel that meets the domestic transportation standard of the dual purpose metal cask. In particular, the spent fuel of 3.0~4.5wt% initial enrichment, which has a large amount of release, was evaluated by segmented shielding calculations for efficient improvement of the results. The shielding evaluation revealed that about 81% of generated spent fuel from the domestic nuclear power plants until 2008 could be transported by the dual purpose metal cask. The results of this study will be helpful in establishing a technical basis for developing operating procedures for transportation of the dual purpose metal cask.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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