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.
Magni, A.;Pizzocri, D.;Luzzi, L.;Lainet, M.;Michel, B.
Nuclear Engineering and Technology
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v.54
no.7
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pp.2395-2407
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2022
The sodium-cooled fast reactor is among the innovative nuclear technologies selected in the framework of the development of Generation IV concepts, allowing the irradiation of uranium-plutonium mixed oxide fuels (MOX). A fundamental step for the safety assessment of MOX-fuelled pins for fast reactor applications is the evaluation, by means of fuel performance codes, of the integral thermal-mechanical behaviour under irradiation, involving the fission gas behaviour and release in the fuel-cladding gap. This work is dedicated to the performance analysis of an inner-core fuel pin representative of the ASTRID sodium-cooled concept design, selected as case study for the benchmark between the GERMINAL and TRANSURANUS fuel performance codes. The focus is on fission gas-related mechanisms and integral outcomes as predicted by means of the SCIANTIX module (allowing the physics-based treatment of inert gas behaviour and release) coupled to both fuel performance codes. The benchmark activity involves the application of both GERMINAL and TRANSURANUS in their "pre-INSPYRE" versions, i.e., adopting the state-of-the-art recommended correlations available in the codes, compared with the "post-INSPYRE" code results, obtained by implementing novel models for MOX fuel properties and phenomena (SCIANTIX included) developed in the framework of the INSPYRE H2020 Project. The SCIANTIX modelling includes the consideration of burst releases of the fission gas stored at the grain boundaries occurring during power transients of shutdown and start-up, whose effect on a fast reactor fuel concept is analysed. A clear need to further extend and validate the SCIANTIX module for application to fast reactor MOX emerges from this work; nevertheless, the GERMINAL-TRANSURANUS benchmark on the ASTRID case study highlights the achieved code capabilities for fast reactor conditions and paves the way towards the proper application of fuel performance codes to safety evaluations on Generation IV reactor concepts.
The effects of nuclear data uncertainties are studied on a typical PWR fuel assembly model in the framework of the OECD Nuclear Energy Agency UAM (Uncertainty Analysis in Modeling) expert working group. The "Fast Total Monte Carlo" method is applied on a model for the Monte Carlo transport and burnup code SERPENT. Uncertainties on $k_{\infty}$, reaction rates, two-group cross sections, inventory and local pin power density during burnup are obtained, due to transport cross sections for the actinides and fission products, fission yields and thermal scattering data.
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.
To improve the efficiency of MC criticality calculation, an acceleration method of fission source convergence which gives an improved initial fission source is proposed. In this method, the MC global homogenization is carried out to obtain the macroscopic cross section of each material mesh, and then the nonlinear iterative solution of the SP3 equations is used to determine the fission source distribution. The calculated fission source is very close to the real fission source, which describes its space and energy distribution. This method is an automatic computation process and is tested by the C5G7 benchmark, the results show that this acceleration method is helpful to reduce the inactive cycles and overall running time.
Background: Nuclear reactors produce a great number of antielectron neutrinos mainly from beta-decay chains of fission products. Such neutrinos have energies mostly in MeV range. We are interested in neutrinos in a region of keV, since they may take part in special weak interactions. We calculate reactor antineutrino spectra especially in the low energy region. In this work we present neutrino spectrum from a typical pressurized water reactor (PWR) reactor core. Materials and Methods: To calculate neutrino spectra, we need information about all generated nuclides that emit neutrinos. They are mainly fission fragments, reaction products and trans-uranium nuclides that undergo negative beta decay. Information in relation to trans-uranium nuclide compositions and its evolution in time (burn-up process) were provided by a reactor code MVP-BURN. We used typical PWR parameter input for MVP-BURN code and assumed the reactor to be operated continuously for 1 year (12 months) in a steady thermal power (3.4 GWth). The PWR has three fuel compositions of 2.0, 3.5 and 4.1 wt% $^{235}U$ contents. For preliminary calculation we adopted a standard burn-up chain model provided by MVP-BURN. The chain model treated 21 heavy nuclides and 50 fission products. The MVB-BURN code utilized JENDL 3.3 as nuclear data library. Results and Discussion: We confirm that the antielectron neutrino flux in the low energy region increases with burn-up of nuclear fuel. The antielectron-neutrino spectrum in low energy region is influenced by beta emitter nuclides with low Q value in beta decay (e.g. $^{241}Pu$) which is influenced by burp-up level: Low energy antielectron-neutrino spectra or emission rates increase when beta emitters with low Q value in beta decay accumulate Conclusion: Our result shows the flux of low energy reactor neutrinos increases with burn-up of nuclear fuel.
Threshold porosity above which fission gas release channels would be formed in the rim egion of high burnup UO$_2$ fuel was estimated by the Monte Carlo method and Hoshen-Kopelman algorithm. With the assumption that both rim pore and rim grain can be represented by cube, pore distribution in the rim was simulated 3-dimensionally by the Monte Carlo method according to porosity and pore size distribution. Then, using the Hoshen-Kopelman algorithm, the fraction of open rim pores interlinked to the outer surface of a fuel pellet was derived as a function of rim porosity. The simulation showed that porosity of 24-25% is the threshold above which the number of rim pores forming release channels increases very rapidly. On the other hand, channels would not be formed if the porosity is less than about 23.5%. This is consistent with the observation that, for porosity less than 23.5%, almost no fission gas is released in the rim. However, once the rim porosity reaches beyond 25%, extensive open paths would be developed and considerable fission gas release would start in the rim.
The widely used medical isotope technetium-99 m (99mTc) is a daughter of Molybdenum-99 (99Mo), which is mainly produced using dedicated research reactors from the nuclear fission of uranium-235 (235U). 99mTc has been used for several decades, which covers about 80% of the all the nuclear diagnostics procedures. Recently, the instability of the supply has become an important topic throughout the international radioisotope communities. The aging of major 99Mo production reactors has also caused frequent shutdowns. It has triggered movements to establish new research reactors for 99Mo production, as well as the development of various 99Mo production technologies. In this context, a new research reactor project was launched in 2012 in Korea. At the same time, the development of fission-based 99Mo production process was initiated by Korea Atomic Energy Research Institute (KAERI) in 2012 in order to be implemented by the new research reactor. The KAERI process is based on the caustic dissolution of plate-type LEU (low enriched uranium) dispersion targets, followed by the separation and purification using a series of columns. The development of proper waste treatment technologies for the gaseous, liquid, and solid radioactive wastes also took place. The first stage of this process development was completed in 2018. In this paper, the results of the hot test production of fission 99Mo using HANARO, KAERI's 30 MW research reactor, was described.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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