Inyoung Song ;Taehyun Lee ;Kyungha Ryu ;Yong Jin Kim ;Myung Sung Kim ;Jong Won Park;Ji Hyun Kim
Nuclear Engineering and Technology
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v.54
no.12
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pp.4514-4521
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2022
In this study, the effects of heat and radiation on the degradation behaviour of fluoroelastomer under simulated normal operation and a severe accident environment were investigated using sequential testing of gamma irradiation and thermal degradation. Tensile properties and Shore A hardness were measured, and thermogravimetric analysis was used to evaluate the degradation behaviour of fluoroelastomer. Fourier transform infrared spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy were used to characterize the structural changes of the fluoroelastomer. Heat and radiation generated in nuclear power plant break and deform the chemical bonds, and fluoroelastomer exposed to these environments have decreased C-H and functional groups that contain oxygen and double bonds such as C-O, C=O and C=C were generated. These functional groups were formed by auto oxidation by reacting free radicals generated from the cleaved bond with oxygen in the atmosphere. In this auto oxidation reaction, crosslinks were generated where bonded to each other, and the mobility of molecules was decreased, and as a result, the fluoroelastomer was hardened. This hardening behaviour occurred more significantly in the severe accident environment than in the normal operation condition, and it was found that thermal stability decreased with the generation of unstable structures by crosslinking.
Wo Suk Choi ;Tae Young Kong ;Hee Geun Kim;Eun Ji Lee ;Seong Jun Kim ;Jin Ho Son ;Chang Ju Song;Hwa Pyoung Kim;Cheol Ki Jeong
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.1
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pp.1-11
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2023
To protect people and the environment from environmental radiation, the Act on Protective Action Guidelines against Radiation in the Natural Environment was formulated in Korea in 2011. This law regulates matters related to radiation safety that can be encountered in life. In accordance with this law, radiation monitoring equipment is operated at major airports and ports across the country, ensuring radiation monitoring of imported cargo. Currently, six ministries conduct radiation monitoring of imported cargo: the Nuclear Safety and Security Commission; the Korea Customs Service; the Ministry of Food and Drug Safety; the Ministry of Environment; the Ministry of Agriculture, Food and Rural Affairs; and the Korea Forest Service. Each ministry designates the relevant cargo items for radiation monitoring. The objective of this study was to comprehensively review the Korean radiation monitoring system for imported cargo and identify the areas and scopes of improvement. This paper also proposes a new law and an integrated supervision plan, which involves establishing a dedicated department to enhance the efficiency and professionalism of the national radiation monitoring system for imported cargo. The review will contribute to the development of a more sophisticated national radiation monitoring system for imported cargo.
Space nuclear reactors are becoming popular in deep space exploration owing to their advantages of high-power density and stability. Following the fourth-generation nuclear reactor technology, a conceptual design of the dual drum-controlled space molten salt reactor (D2-SMSR) is proposed. The reactor concept uses molten salt as fuel and heat pipes for cooling. A new reactivity control strategy that combines control drums and safety drums was adopted. Critical physical characteristics such as neutron energy spectrum, neutron flux distribution, power distribution and burnup depth were calculated. Flow and heat transfer characteristics such as natural convection, velocity and temperature distribution of the D2-SMSR under low gravity conditions were analyzed. The reactivity control effect of the dual-drums strategy was evaluated. Results showed that the D2-SMSR with a fast spectrum could operate for 10 years at the full power of 40 kWth. The D2-SMSR has a high heat transfer coefficient between molten salt and heat pipe, which means that the core has a good heat-exchange performance. The new reactivity control strategy can achieve shutdown with one safety drum or three control drums, ensuring high-security standards. The present study can provide a theoretical reference for the design of space nuclear reactors.
Level 3 probabilistic safety assessment (PSA) is performed to calculate radionuclide concentrations and exposure dose resulting from nuclear power plant accidents. To calculate the external exposure dose from the released radioactive materials, the radionuclide concentrations are multiplied by two factors of dose coefficient and a finite cloud dose correction factor (FCDCF), and the obtained values are summed. This indicates that a standard set of FCDCFs is required for external exposure dose calculations. To calculate a standard set of FCDCFs, the effective distance from the release point to the receptor along the wind direction should be predetermined. The TID-24190 document published in 1968 provides equations to calculate FCDCFs and the resultant standard set of FCDCFs. However, it does not provide any explanation on the effective distance required to calculate the standard set of FCDCFs. In 2021, Sandia National Laboratories (SNLs) proposed a method to predetermine finite effective distances depending on the atmospheric stability classes A to F, which results in six standard sets of FCDCFs. Meanwhile, independently of the SNLs, the authors of this paper discovered that an infinite effective distance assumption is a very reasonable approach to calculate one standard set of FCDCFs, and they implemented it into the multi-unit radiological consequence calculator (MURCC) code, which is a post-processor of the level 3 PSA codes. This paper calculates and compares short- and long-range FCDCFs calculated using the TID-24190, SNLs method, and MURCC method, and explains the strength of the MURCC method over the SNLs method. Although six standard sets of FCDCFs are required by the SNLs method, one standard sets of FCDCFs are sufficient by the MURCC method. Additionally, the use of the MURCC method and its resultant FCDCFs for level 3 PSA was strongly recommended.
Nuclear power plants are increasingly being equipped with digital I&C systems. Although some probabilistic safety assessment (PSA) models for the digital I&C of nuclear power plants have been constructed, there is currently no specific internationally agreed guidance for their modeling. This paper presents an initiative by the OECD Nuclear Energy Agency called "Digital I&C PSA - Comparative application of DIGital I&C Modelling Approaches for PSA (DIGMAP)", which aimed to advance the field towards practical and defendable modeling principles. The task, carried out in 2017-2021, used a simplified description of a plant focusing on the digital I&C systems important to safety, for which the participating organizations independently developed their own PSA models. Through comparison of the PSA models, sensitivity analyses as well as observations throughout the whole activity, both qualitative and quantitative lessons were learned. These include insights on failure behavior of digital I&C systems, experience from models with different levels of abstraction, benefits from benchmarking as well as major contributors to the core damage frequency and those with minor effect. The study also highlighted the challenges with modeling of large common cause component groups and the difficulties associated with estimation of key software and common cause failure parameters.
Pan-dong Lin;Jun-feng Nie;Yu-peng Lu;Gui-yong Xiao;Guo-chao Gu;Wen-dong Cui;Lei He
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.6
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pp.2282-2291
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2024
In this work we study the effects of different factors of dislocation loop on its obstacle strength when interacting with an edge dislocation. At first, the interaction model for dislocation and dislocation loop is established and the full and partial absorption mechanism is obtained. Then, the effect of temperature, size and burgers vector of dislocation loop are investigated. The relation between the obstacle strength and irradiation dose has been established, which bridges the irradiation source and microscale properties. Except that, the obstacle strength of C, Cr, Ni, Mn, Mo and P decorated dislocation loop is studied. Results show that the obstacle strength for dislocation loop decorated by alloy element decreases in the sequence of Cr, Ni, Mn, C, P and Mo, which could be used to help parameterize and validate crystal plasticity finite element model and therein integrated constitutive laws to enable accounting for irradiation-induced chemical segregation effects.
Accurately predicting the thermal hydraulic parameters of a transient reactor core under different working conditions is the first step toward reactor safety. Mass flow rate and temperature are important parameters of core thermal hydraulics, which have often been modeled as time series prediction problems. This study aims to achieve accurate and continuous prediction of core thermal hydraulic parameters under instantaneous conditions, as well as test the feasibility of a newly constructed gated recurrent unit (GRU) model based on the soft attention mechanism for core parameter predictions. Herein, the China Experimental Fast Reactor (CEFR) is used as the research object, and CEFR 1/2 core was taken as subject to carry out continuous predictive analysis of thermal parameters under transient conditions., while the subchannel analysis code named SUBCHANFLOW is used to generate the time series of core thermal-hydraulic parameters. The GRU model is used to predict the mass flow and temperature time series of the core. The results show that compared to the adaptive radial basis function neural network, the GRU network model produces better prediction results. The average relative error for temperature is less than 0.5 % when the step size is 3, and the prediction effect is better within 15 s. The average relative error of mass flow rate is less than 5 % when the step size is 10, and the prediction effect is better in the subsequent 12 s. The GRU model not only shows a higher prediction accuracy, but also captures the trends of the dynamic time series, which is useful for maintaining reactor safety and preventing nuclear power plant accidents. Furthermore, it can provide long-term continuous predictions under transient reactor conditions, which is useful for engineering applications and improving reactor safety.
It is vital to output the required electrical power following various task requirements when the space reactor power supply is operating in orbit. The dynamic performance of the closed Brayton cycle thermoelectric conversion system is initially studied and analyzed. Based on this, a load tracking power regulation method is developed for the liquid metal cooled space reactor power system, which takes into account the inlet temperature of the lithium on the hot side of the intermediate heat exchanger, the filling quantity of helium and xenon, and the input amount of the heat pipe radiator module. After comparing several methods, a power regulation method with fast response speed and strong system stability is obtained. Under various changes in power output, the dynamic response characteristics of the ultra-small liquid metal lithium-cooled space reactor concept scheme are analyzed. The transient operation process of 70 % load power shows that core power variation is within 30 % and core coolant temperature can operate at the set safety temperature. The second loop's helium-xenon working fluid has a 65K temperature change range and a 25 % filling quantity. The lithium at the radiator loop outlet changes by less than ±7 K, and the system's main key parameters change as expected, indicating safety. The core system uses less power during 30 % load power transient operation. According to the response characteristics of various system parameters, under low power operation conditions, the lithium working fluid temperature of the radiator circuit and the high-temperature heat pipe operation temperature are limiting conditions for low-power operation, and multiple system parameters must be coordinated to ensure that the radiator system does not condense the lithium working fluid and the heat pipe.
Radioisotopes tend to play important roles in many fields, such as industry, healthcare, agriculture, aerospace, etc. Radioisotope production is mainly through accelerators or research reactors, and high flux research reactor is one of the most effective approaches for radioisotope production. The physical basis of preparing radioisotope relies on nuclear reactions occurring in the reactor core, which includes fission, (n,γ), (n,α), and (n,p) reaction, etc. Among them, fission and (n,γ) reaction are most important in the nuclear reactor. For example, the 99Mo could be generated by uranium fission and extracting from the fission products, or through the radiative capture reaction from enriched 98Mo. As for the fission method, the irradiation target is gradually transitioning from high enriched uranium (HEU) target to low enriched uranium (LEU) target due to the requirement of non-proliferation. In this paper, studies on the impacts of different fission targets on radioisotope productions are conducted. Moreover, an optimized study on the radiative capture method is performed to improve the production efficiency. It is concluded that it is advantageous to use radiative capture method to generate radioisotopes in high flux reactor, which helps to improve the specific activity with environmental friendliness.
A tension member that has a high-strength bolt fastened to a standard bolt hole increases structural resistance but causes problems from workability or economic perspectives. In this research, a total of 28 samples that have standard and over bolt holes as the tension member's high-strength bolted connection were made and a tension test was conducted. The change of strength of the connection has been confirmed by comparing the tension load of standard and over bolt hole samples obtained from the test results with the design strength due to net section and end distance. Samples made with over bolt holes had a lighter tension load than that of samples made with standard bolt holes, exceeded the design strength of present design standards, and although decrease in strength was inevitable due to the over bolt hole, their safety was satisfactory.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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