The growth in global energy demand and the increased recognition of the impacts of carbon dioxide emissions from fossil fuel plants have aroused a renewed interest on nuclear energy. Many countries are looking afresh at building more nuclear power stations to deal with the twin problems of global warming and the need for more generating capacity. Many in the nuclear community are also anticipating a significant growth of new nuclear generation in the coming decades. If there is a nuclear renaissance, will the expansion of nuclear power be compatible with global non-proliferation and security? or will it add to the environmental burden from the large inventory of spent nuclear fuel already produced in existing nuclear power reactors? We learn from past peaceful nuclear activities that significant concerns associated with nuclear proliferation and spent-fuel management have resulted in a decrease in public acceptance for nuclear power in many countries. The terrorist attack in the United States (US) on September 11, 2001 also raised concern for security and worry that nuclear materials may fall into the wrong hands. As we increase the use of nuclear power, we must simultaneously reduce the proliferation, security and environmental risks in managing spent-fuel below where they are today.
The Fukushima accident in 2011 revealed some major flaws in traditional nuclear fuel materials under accidental conditions. Thus, the focus of research has shifted toward "accident tolerant fuel" (ATF). The aim of this approach is to develop fuel material solutions that lead to improved reactor safety. The application of protective coatings on the surface of nuclear fuel cladding has been proposed as a near-term solution within the ATF framework. Many coating materials are being developed and evaluated. In this article, an overview of different zirconium-based alloys currently in use in the nuclear industry is provided, and their performances in normal and accidental conditions are discussed. Coating materials proposed by different institutions and organizations, their performances under different conditions simulating nuclear reactor environments are reviewed. The strengths and weaknesses of these coatings are highlighted, and the challenges addressed by different studies are summarized, providing a basis for future research. Finally, technologies and methods used to synthesize thin-film coatings are outlined.
G. Beausoleil;L. Capriotti;B. Curnutt;R. Fielding;S. Hayes;D. Wachs
Nuclear Engineering and Technology
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제54권11호
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pp.4084-4094
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2022
The Advanced Fuels Campaign Fission Accelerated Steady-state Test (FAST) at Idaho National Laboratory (INL) completed its first irradiation cycle within the Advanced Test Reactor (ATR). The test focused on the irradiation of alloy fuel forms for use in sodium fast reactors. The first cycle of FAST testing was completed and four rodlets were removed for the initial post irradiation examination (PIE). The rodlet design and irradiation conditions were evaluated using Monte Carlo N-Particle (MCNP) for as-run power history and COMSOL for temperature analysis. These rodlets include a set of low burnups (~2.5 % fissions per initial metal atoms [%FIMA]), control rodlets, and a helium-bonded annular rodlet (4.7 %FIMA). Nondestructive PIE has been completed and includes visual inspection, neutron radiography and gamma scanning of the FAST capsules and rodlets. Radiography confirmed the integrity of the experiments, revealed that the annulus in the annular fuel was filled at a modest burnup (4.7 %FIMA), and indicated potential slumping of the cooler rodlets at lower burnup. Precision gamma scanning indicated mostly usual fission product behavior, except for cesium in the He-bonded annular fuel. Future destructive PIE will be necessary to fully interpret the effects of accelerated irradiation on U-Zr metallic fuel behavior.
Three government bodies, that is, the Ministry of Science and ICT (MSIT), Ministry of Trade, Industry, and Energy (MOTIE), and Nuclear Safety and Security (NSSC), jointly established the Institute for Korea Spent Nuclear Fuel (iKSNF) in December 2020 to secure the management technologies for spent nuclear fuel (SNF). The objective of iKSNF is to successfully conduct the long-term research and development program of the 「Development of Core Technologies to Ensure Safety of Spent Nuclear Fuel Storage and Disposal System」. Our program, known as the first multi-ministry program in the nuclear field of Korea, mainly focuses on developing core technologies required for the long-term management of SNF, including those for safe storage and deep geological disposal of SNF. The program comprises three subprograms and seven key projects covering the storage, disposal, and regulatory sectors of SNF management. Our program will last from 2021 through 2029, with a budget of approximately four billion USD sponsored by MSIT, MOTIE, and NSSC.
The remote operation of the Advanced Spent Fuel Conditioning Process (ACP) is analyzed by using the 3D graphic simulation tools. Since the spent nuclear fuel, which is a high radioactive material, is processed in the ACP, the ACP equipment is operated in intense radiation fields as well as in a high temperature. Thus, the equipment is operated in a remote manner and should be designed with consideration for the remote handling and maintenance. Also suitable remote handling technology needs to be developed along with the design of the process concepts. For this we developed a graphic simulator, which provides the capability of verifying the remote operability of the ACP without the fabrication of the process equipment. In other words, by applying virtual reality to the remote maintenance operation, a remote operation task can be simulated in the graphic simulator, not in the real environment. The graphic simulator will substantially reduce the cost of the development of the remote handling and maintenance procedure as well as the process equipment, while at the same time developing a remote maintenance concept that is more reliable, easier to implement, and easier to understand.
외부비용은 재화나 서비스가 생산 또는 소비되는 과정에서 제3자에게 부과되는 비용이다. 원자력 발전을 통한 전력생산에도 외부비용이 발생하며 이들에 대한 연구가 1990년대부터 진행되어 왔다. 비용은 정책결정에 중요한 요소로 전력 생산에 대한 비용 비교를 위해 외부비용이 고려되고 있다. 핵연료주기에서도 선택에 따라 다른 외부비용이 발생되지만 이에 대한 연구는 진행되고 있지 않다. 본 연구에서는 핵연료주기 외부비용 평가 방법 개발을 위해 원자력 발전에 대한 외부비용 평가방법을 조사하고 분석하였다. 후쿠시마 사고 이전에는 외부비용 연구들은 정상 운전 상태에서의 손상 비용에 초점을 두었다. 그러나 사고 이후 사고비용이 주요 주제가 되었다. 사고비용을 포함한 외부비용 범위는 여러 연구들에서 다양하게 사용되었으며 범위에 맞춰 다른 방법들이 적용되었다. 본 연구에서는 이러한 결과들이 비교되었으며 핵연료주기에 따른 외부비 용 추산에 방법적 적용성 판단을 위해 분석되었다.
The high capture cross-section (𝜎c) of Gadolinium (Gd-155 and Gd-157) causes reactivity penalty and swing at the initial stage of fuel burnup in Pressurized Water Reactor (PWR). The present study is concerned with the feasibility of the combination of mixed burnable poison with both low and high 𝜎c as an approach to minimize these effects. Two considered reference designs are fuel assemblies with 24 IBA rods of Gd2O3 and Er2O3 respectively. Models comprise nuclear fuel with a homogeneous mixture of Er2O3, AmO2, SmO2, and HfO2 with Gd2O3 as well as the coating of PaO2 and ZrB2 on the Gd2O3 pellet's outer surface. The infinite multiplication factor was determined and reactivity was calculated considering 3% neutron leakage rate. All models except Er2O3 and SmO2 showed expected results namely higher values of these parameters than the reference design of Gd2O3 at the early burnup period. The highest value was found for the model of PaO2 and Gd2O3 followed by ZrB2 and HfO2. The cycle burnup, discharge burnup, and cycle length for three batch refueling were calculated using Linear Reactivity Model (LRM). The pin power distribution, energy-dependent neutron flux and Fuel Temperature Coefficient (FTC) were also studied. An optimization of model 1 was carried out to investigate effects of different isotopic compositions of Gd2O3 and absorber coating thickness.
Kim, Jae Hyun;Kim, Song Hyun;Shin, Chang Ho;Choe, Jung Hun;Cho, In-Hak;Park, Hwan Seo;Park, Hyun Seo;Kim, Jung Ho;Kim, Yoon Ho
Journal of Radiation Protection and Research
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제41권4호
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pp.384-388
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2016
Background: For a verification of newly-developed neutron absorbers, one of guidelines on the qualification and acceptance of neutron absorbers is the neutron attenuation test. However, this approach can cause a problem for the qualifications that it cannot distinguish how the neutron attenuates from materials. Materials and Methods: In this study, an estimation method of neutron absorption performances for materials is proposed to detect both direct penetration and back-scattering neutrons. For the verification of the proposed method, MCNP simulations with the experimental system designed in this study were pursued using the polyethylene, iron, normal glass and the vitrified form. Results and Discussion: The results show that it can easily test neutron absorption ability using single absorber model. Also, from simulation results of single absorber and double absorbers model, it is verified that the proposed method can evaluate not only the direct thermal neutrons passing through materials, but also the scattered neutrons reflected to the materials. Therefore, the neutron absorption performances can be accurately estimated using the proposed method comparing with the conventional neutron attenuation test. Conclusion: It is expected that the proposed method can contribute to increase the reliability of the performance of neutron absorbers.
Metal fuel, which was abandoned in the 1960's in favor of oxide fuel, has since then proven to be a viable fast reactor fuel. Key discoveries allowed high burnup capability and excellent steady-state as well as off-normal performance characteristics. Metal fuel is a key to achieving inherent passive safety characteristics and compact and economic fuel cycle closure based on electrorefining and injection-casting refabrication.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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