Transmutation characteristics of minor actinides in a transmutation reactor based on a Low Aspect Ratio (LAR) tokamak are investigated. One-dimensional neutron transport and burn-up calculation coupled with the tokamak systems analysis were performed to find the optimal system parameters. The dependence of the transmutation characteristics such as neutron multiplication factor, produced power and transmutation rate on an aspect ratio A in the range of 1.5 to 2.0 was investigated. By adding Pu239 in the transmutation blanket as a neutron multiplication material, it was shown that the one unit of the transmutation reactor based on the LAR tokamak producing fusion power of 150 MWth can destroy the minor actinides contained in the spent fuels produced from more than 19 units of l GWe PWRs with production of the power being in the range of 0.9 - 3.4 GWth.
Alameri, Saeed A.;King, Jeffrey C.;Alkaabi, Ahmed K.;Addad, Yacine
Nuclear Engineering and Technology
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제52권2호
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pp.248-257
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2020
This study presents an initial design for a novel system consisting in a coupled nuclear reactor and a phase change material-based thermal energy storage (TES) component, which acts as a buffer and regulator of heat transfer between the primary and secondary loops. The goal of this concept is to enhance the capacity factor of nuclear power plants (NPPs) in the case of high integration of renewable energy sources into the electric grid. Hence, this system could support in elevating the economics of NPPs in current competitive markets, especially with subsidized solar and wind energy sources, and relatively low oil and gas prices. Furthermore, utilizing a prismatic-core advanced high temperature reactor (PAHTR) cooled by a molten salt with a high melting point, have the potential in increasing the system efficiency due to its high operating temperature, and providing the baseline requirements for coupling other process heat applications. The present research studies the neutronics and thermal hydraulics (TH) of the PAHTR as well as TH calculations for the TES which consists of 300 blocks with a total heat storage capacity of 150 MWd. SERPENT Monte Carlo and MCNP5 codes carried out the neutronics analysis of the PAHTR which is sized to have a 5-year refueling cycle and rated power of 300 MWth. The PAHTR has 10 metric tons of heavy metal with 19.75 wt% enriched UO2 TRISO fuel, a hot clean excess reactivity and shutdown margin of $33.70 and -$115.68; respectively, negative temperature feedback coefficients, and an axial flux peaking factor of 1.68. Star-CCM + code predicted the correct convective heat transfer coefficient variations for both the reactor and the storage. TH analysis results show that the flow in the primary loop (in the reactor and TES) remains in the developing mixed convection regime while it reaches a fully developed flow in the secondary loop.
The objective of this study is to obtain the optimal process condition and the maximum decomposition efficiency by measuring the decomposition efficiency, electricity consumption, and voltage in accordance with the change of the process variables such as the frequency, maintaining time period, concentration, electrode material, thickness of the electrode, the number of windings of the electrode, and added materials etc. of the harmful atmospheric contamination gases such as NO, $NO_2$, and $SO_2$ etc. with the plasma which is generated by the discharging of the specially designed and manufactured $TiO_2$ catalysis reactor and SPCP reactor. The decomposition efficiency of the NO, the standard samples, is obtained with the plasma which is being generated by the discharge of the combination effect of the $TiO_2$ catalysis reactor and SPCP reactor with the variation of those process variables such as the frequency of the high voltage generator($5{\sim}50kHz$), maintaining time of the harmful gases($1{\sim}10.5sec$), initial concentration($100{\sim}1,000ppm$), the material of the electrode(W, Cu, Al), the thickness of the electrode(1, 2, 3mm), the number of the windings of the electrode(7, 9, 11turns), basic gases($N_2$, $O_2$, air), and the simulated gas($CO_2$) and the resulting substances are analyzed by utilizing FT-IR & GC.
In order to apply the discharge plasma processing. to industrial areas, the control of the chemical reaction mechanism is necessary. The hybrid plasma reactor was designed for the effective treatment of wastewater and hazardous volatile organic substances. This plasma reactor was similar to the barrier discharge, and surface discharge on the dielectric surface was propagated to the water surface strongly for the heterogeneous chemical reaction at the interface between the working gas and the water surface. The discharge emission in this discharge reactor was mainly $N_2$ second positive band in the case of $N_2$ or air gas atmosphere, and intensities from OH radicals in Ar gas atmosphere were stronger than in $N_2$ or air gas atmosphere. From this result, it is necessary to apply Ar gas for the effective generation of OH radicals in this plasma reactor.
Chen, Ping;Qiu, Bowen;Li, Yuanming;Wu, Yingwei;Hui, Yongbo;Deng, Yangbin;Zhang, Kun
Nuclear Engineering and Technology
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제53권4호
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pp.1236-1249
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2021
Although there are still controversial opinions and uncertainty on application of SiCf/SiC composite cladding as next-generation cladding material for its great oxidation resistance in high temperature steam environment and other outstanding advantages, it cannot deny that SiCf/SiC cladding is a potential accident tolerant fuel (ATF) cladding with high research priority and still in the engineering design stage for now. However, considering its disadvantages, such as low irradiated thermal conductivity, ductility that barely not exist, further evaluations of its in-pile behaviors are still necessary. Based on the self-developed code we recently updated, relevant thermohydraulic and mechanical models in FROBA-ATF were applied to simulate the cladding behaviors under normal and accident conditions in this paper. Even through steady-state performance analysis revealed that this kind of cladding material could greatly reduce the oxidation thickness, the thermal performance of UO2-SiC was poor due to its low inpile thermal conductivity and creep rate. Besides, the risk of failure exists when reactor power decreased. With geometry optimization and dopant addition in pellets, the steady-state performance of UO2-SiC was enhanced and the failure risk was reduced. The thermal and mechanical performance of the improved UO2-SiC was further evaluated under Loss of coolant accident (LOCA) and Reactivity Initiated Accident (RIA) conditions. Transient results showed that the optimized ATF had better thermal performance, lower cladding hoop stress, and could provide more coping time under accident conditions.
GHOLAMZADEH, Z.;FEGHHI, S.A.H.;MIRVAKILI, S.M.;JOZE-VAZIRI, A.;ALIZADEH, M.
Nuclear Engineering and Technology
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제47권7호
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pp.875-883
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2015
The use of subcritical aqueous homogenous reactors driven by accelerators presents an attractive alternative for producing $^{99}Mo$. In this method, the medical isotope production system itself is used to extract $^{99}Mo$ or other radioisotopes so that there is no need to irradiate common targets. In addition, it can operate at much lower power compared to a traditional reactor to produce the same amount of $^{99}Mo$ by irradiating targets. In this study, the neutronic performance and $^{99}Mo$, $^{89}Sr$, and $^{131}I$ production capacity of a subcritical aqueous homogenous reactor fueled with low-enriched uranyl nitrate was evaluated using the MCNPX code. A proton accelerator with a maximum 30-MeV accelerating power was used to run the subcritical core. The computational results indicate a good potential for the modeled system to produce the radioisotopes under completely safe conditions because of the high negative reactivity coefficients of the modeled core. The results show that application of an optimized beam window material can increase the fission power of the aqueous nitrate fuel up to 80%. This accelerator-based procedure using low enriched uranium nitrate fuel to produce radioisotopes presents a potentially competitive alternative in comparison with the reactor-based or other accelerator-based methods. This system produces ~1,500 Ci/wk (~325 6-day Ci) of $^{99}Mo$ at the end of a cycle.
Kim, Seong-In;Shin, Myoung-Sun;Son, Byung-Koo;Song, Seok-Kyun;Choi, Sun-Yong
한국진공학회:학술대회논문집
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한국진공학회 2012년도 제43회 하계 정기 학술대회 초록집
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pp.79-79
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2012
A high temperature and a low temperature plasma process technologies were developed and demonstrated for synthesis, hybrid formation, surface treatment and CVD engineering of nano powder. RF thermal plasma is used for synthesis of spherical nano particles in a diameter ranged from 10 nm to 100 nm. A variety of nano particules such as Si, Ni, has been synthesized. The diameter of the nano-particles can be controlled by RF plasma power, pressure, gas flow rate and raw material feed rate. A modified RF thermal plasma also produces nano hybrid materials with graphene. Hemispherical nano-materials such as Ag, Ni, Si, SiO2, Al2O3, size ranged from 30 to 100 nm, has been grown on graphene nanoplatelet surface. The coverage ranged from 0.1 to 0.7 has been achieved uniformly over the graphene surface. Low temperature AC plasma is developed for surface modification of nano-powder. In order to have a three dimensional and lengthy plasma treatment, a spiral type of reactor has been developed. A similar plasma reactor has been modfied for nano plasma CVD process. The reactor can be heated with halogen lamp.
This study is to develop electromagnetic-catalyst application plasma reactors for indoor air purification. Nitrogen Oxide(NOx) removal characteristics are measured in the electromagnetic catalyst application plasma reactors with various parameters and the effect of catalyst or/and magnetic field are investigated on the NOx removal. And AC or DC high voltage is applied for corona discharge, flow rates are 150~1500 $\ell/min$ and NO initial concentration is about 10 ppm. $Mn0_2$ and $TiO_2$ catalysts to increase NOx removal rate are used. In the results, NOx removal rate by AC power is about 10 % higher than that by DC power under the experimental condition of 700 $\ell/min$, 5 magnets, $MnO_2$ and $Ti)_2$ catalysts. When magnet is applied to the reactor, NOx removal rate increased. Also, the reactor with $MnO_2$ and $Ti)_2$ catalyst and magnet have the best removal rate.
As an in-vessel retention (IVR) design concept in coping with a severe accident in the nuclear power plant during which time a considerable amount of core material may melt, external cooling of the reactor vessel has been suggested to protect the lower head from overheating due to relocated material from the core. The efficiency of the ex-vessel management may be estimated by the thermal margin defined as the ratio of the critical heat flux (CHF)to the actual heat flux from the reactor vessel. Principal factors affecting the thermal margin calculation are the amount of heat to be transferred downward from the molten pool, variation of heat flux with the angular position, and the amount of removable heat by external cooling In this paper a thorough literature survey is made and relevant models and correlations are critically reviewed and applied in terms of their capabilities and uncertainties in estimating the thermal margin to potential failure of the vessel on account of the CHF Results of the thermal margin calculation are statistically treated and the associated uncertainties are quantitatively evaluated to shed light on the issues requiring further attention and study in the near term. Our results indicated a higher thermal margin at the bottom than at the top of the vessel accounting for the natural convection within the hemispherical molten debris pool in the lower plenum. The information obtained from this study will serve as the backbone in identifying the maximum heat removal capability and limitations of the IVR technology called the Cerium Attack Syndrome Immunization Structures (COASISO) being developed for next generation reactors.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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