Hakim, Arief Rahman;Harto, Andang Widi;Agung, Alexander
Nuclear Engineering and Technology
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v.51
no.1
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pp.1-12
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2019
One of proposed Accident Tolerant Fuel (ATF) concept is fully ceramic micro-encapsulated fuel (FCMF). FCMF using uranium mononitride (UN) has better safety aspects than $UO_2$ pellet fuel although it might not have a better neutronic performance due to the presence of matrix and high neutron-induced interaction of $^{14}N$. Before implementing UN-FCMF technology in Small-PWR, further research must be taken place to make sure the proposed design of fuel assembly has inherent safety features and maintain the fuel performance. This study focusses on the neutronic analysis of UN-FCMF based fuel assembly using Serpent and SCALE codes. It is shown in the proposed fuel assembly design has inherent safety features with respect to the fuel temperature reactivity coefficient, void reactivity coefficient, and moderator temperature reactivity coefficient. It is noted that the use of FCMF leads to a lower ratio of burnup to $^{235}U$ enrichment ratio compared to the $UO_2/Zr$ fuel.
The harsh conditions in the reactor affect the thermal and mechanical performance of the fuel plate heavily. Some in-pile behaviors, like fission-induced swelling, can cause a large deformation of fuel plate at very high burnup, which may even disturb the flow of coolant. In this research, the emphasis is put on the thermal expansion, fission-induced swelling, interaction layer (IL) growth, creep of the fuel meat, and plasticity of the cladding for the U3Si2/Al dispersion fuel plate. A detailed model of the fuel meat swelling is developed. Taking these in-pile behaviors into consideration, the three-dimensional large deformation incremental constitutive relations and stress update algorithms have been developed to study its thermal-mechanical performance under normal conditions using Abaqus. Results have shown that IL can effectively decrease the thermal conductivity of fuel meat. The high Mises stress region mainly locates at the interface between fuel meat and cladding, especially around the side edge of the interface. With irradiation time increasing, the stress in the fuel plate gets larger resulting from the growth of fuel meat swelling but then decreases under the effect of creep deformation. For the cladding, plasticity deformation does not occur within the irradiation time.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.17
no.3
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pp.339-346
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2019
Based on the $8^{th}$ Basic Plan for Electric Power Demand and Supply, an estimation has been made for inventories and characteristics of spent fuel (SF) to be generated from existing and planned nuclear power plants. The characteristics under consideration in this study are dimensions, fuel array, $^{235}U$ enrichment, discharge burnup, and cooling time for each fuel assembly. These are essentially needed for designing a disposal facility for SFs. It appears that the anticipated quantity by the end of 2082 is about 62,500 assemblies for PWR SFs. The inventories of Westinghouse-type and Korean-type SFs were revealed to be 60% and 40%, respectively as of the end of 2018. The proportion of SFs with initial $^{235}U$ enrichment below 4.5 weight percent (wt%) was shown to be approximately 90% in total as of the end of 2018. As of 2077, more than 97% of SFs generated from Westinghouse-type nuclear reactors were shown to have cooling time of over 50 years. As of 2125, more than 98% of SFs generated from Korean-type nuclear reactors were shown to have cooling time of over 45 years. Based on these results, for the efficient design of a disposal system, it is reasonable to adopt two types of reference spent fuel. SF of KSFA with $^{235}U$ enrichment of 4.5 wt%, discharge burnup of 55 GWd/tU, and cooling time of 50 years was determined as reference fuel for Westinghouse-type SFs; SF of PLUS7 with $^{235}U$ enrichment of 4.5 wt%, discharge burnup of 55 GWd/tU, and cooling time of 45 years was determined as reference fuel for Korean-type SFs.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.17
no.9
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pp.819-825
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2007
Vibration characteristics of an duel-cooling cylindrical fuel rod, which was proposed as a candidate design of fuel's cross section for the ultra-high burnup nuclear fuel, according to the cross-sectional dimensions and the number of supports or the span length were analytically studied. Finite element(FE) modeling for the annular cross sectional fuel was based on the methodology, that have been proven by the test verification, for the conventional PWR nuclear fuel rod. A commercial FEA code, ABAQUS, was used for the FE modeling and analysis. A planar beam element (B21) that uses a linear interpolation was used for the fuel rod and a linear spring element for the spring and dimple of the SG. Natural frequencies and mode shape were calculated according to the preliminary design candidates for the fuel's cross sectional dimension and the number of span. From the analysis results, the design scheme of the annular fuel compatible to the present PWR nuclear reactor core was discussed in terms of the number of supports and fuel's cross section.
In this study, we investigated the possibility of employing accident tolerant fuel (ATF) in VVER-1200/V491 assembly without gadolinium-containing fuel rods using the Monte Carlo code Serpent 1.1.7 with ENDF/B-VII cross-section library. The analysis involves assembly design with reflective boundary conditions. To compare the neutronic performances, U-5Mo, U-7.5Mo, U-10Mo, and U-15Mo fuels were chosen in addition to ordinary UO2 fuel. The concentration of 135Xe, 149Sm, fissile and fertile isotopes with burnup, reactivity feedback with fuel temperature variation, and β eff values were calculated. The results indicate that the fuel cycle length increases by 54.27% for U-5Mo, 32.6% for U-7.5Mo, and 13.8% for U-10Mo, while it decreases by 16.4% for U-15Mo fuel. Additionally, the effect of 95Mo content in natural Mo was investigated by reducing the 95Mo concentration. According to the results, each proposed fuel's fuel cycle length extended when the depletion ratio of 95Mo increased. Additionally, the calculations for reactivity feedback guarantee safe operating conditions for all U-xMo fuels.
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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1995.05a
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pp.847-852
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1995
A shielding analysis for KSC-7, the shipping cask for transporting the 7 PWR spent fuel assemblies, has been carried out. Radiation source term has been calculated on spent fuel with burnup of 50,000 MWD/MTU and 1.5 years cooling time by ORIGEN2 code. The shielding calculation for the cask has been made by using MCNP4A code with continuous cross section data library from ENDF/B-V. As a result of neutron dose rate analysis, another shielding calculational model on spent fuel shipping cask was provided which is using the Monte Carlo method.
Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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1995.05a
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pp.636-643
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1995
The accurate determination of the fuel-cladding gap conductance as functions of rod burnup and power level may be a key to the design and safety analysis of a reactor. The incorporation of a sophisticated gap conductance model into nuclear design code for computing thermal hydraulic feedback effect has not been implemented mainly because of computational inefficiency due to complicated behavior of gap conductance. To avoid the time-consuming iteration scheme, simplification of the gap conductance model is done for the current design model. The simplified model considers only the heat conductance contribution to the gap conductance. The simplification is made possible by direct consideration of the gas conductivity depending on the composition of constituent gases in the gap and the fuel-cladding gap size from computer simulation of representative power histories. The simplified gap conductance model is applied to the various fuel power histories and the predicted gap conductances are found to agree well with the results of the design model.
New 80-MW (electric) ultra-long-life sodium cooled fast reactor core having inherent safety characteristics is designed with heterogeneous fuel assemblies comprised of driver and blanket fuel rods. Several options using upper sodium plenum and SSFZ (Special Sodium Flowing Zone) for reducing sodium void reactivity are neutronically analyzed in this core concept in order to improve the inherent safety of the core. The SSFZ allowing the coolant flow from the peripheral fuel assemblies increases the neutron leakage under coolant expansion or voiding. The Monte Carlo calculations were used to design the cores and analyze their physics characteristics with heterogeneous models. The results of the design and analyses show that the final core design option has a small burnup reactivity swing of 618 pcm over ~54 EFPYs cycle length and a very small sodium void worth of ~35pcm at EOC (End of Cycle), which leads to the satisfaction of all the conditions for inherent safety with large margin based on the quasi-static reactivity balance analysis under ATWS (Anticipated Transient Without Scram).
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.17
no.4
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pp.375-387
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2019
In this study, the radiation dose rates for the design basis fuel of 360 assemblies CANDU spent nuclear fuel transportation cask were evaluated, by measuring radiation source terms for the design basis fuel of a pressurized heavy water reactor. Additionally, radiological safety evaluation was carried out and the validity of the results was determined by radiological technical standards. To select the design basis fuel, which was the radiation source term for the spent fuel transportation cask, the design basis fuels from two spent fuel storage facilities were stored in a spent fuel transportation cask operating in Wolsung NPP. The design basis fuel for each transportation and storage system was based on the burnup of spent fuel, minimum cooling period, and time of transportation to the intermediate storage facility. A burnup of 7,800 MWD/MTU and a minimum cooling period of 6 years were set as the design basis fuel. The radiation source terms of the design basis fuel were evaluated using the ORIGEN-ARP computer module of SCALE computer code. The radiation shielding of the cask was evaluated using the MCNP6 computer code. In addition, the evaluation of the radiation dose rate outside the transport cask required by the technical standard was classified into normal and accident conditions. Thus, the maximum radiation dose rates calculated at the surface of the cask and at a point 2 m from the surface of the cask under normal transportation conditions were respectively 0.330 mSv·h-1 and 0.065 mSv·h-1. The maximum radiation dose rate 1 m from the surface of the cask under accident conditions was calculated as 0.321 mSv·h-1. Thus, it was confirmed that the spent fuel cask of the large capacity heavy water reactor had secured the radiation safety.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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