Jorge Sanchez-Torrijos;Cesar Queral;Carlos Paris;Maria Jose Rebollo;Miguel Sanchez-Perea;Jose Maria Posada
Nuclear Engineering and Technology
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v.54
no.12
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pp.4601-4619
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2022
The classical Probabilistic Safety Analysis (PSA) does not include any time dependence explicitly. However, the success criteria (SC) could evolve during the cycle for some initiating events. In that sense, there is a type of sequence in which this time-dependency is quite important, the family of Anticipated Transient without Scram (ATWS) sequences in Pressurized Water Reactors. Therefore, a new risk-informed approach is proposed in this paper, which makes it possible to obtain the time-dependent SC evolution of the safety functions affected by the Moderator Temperature Coefficient (MTC) value. Then, the evolution of the ATWS conditional core damage probability (CCDP) could be obtained using a PSA model. To quantify the CCDP, the average values of the time-dependent failure probabilities must be computed. Finally, the comparison between the CCDP obtained through the application of the classical PSA approach and the new one makes it possible to quantify the impact of time-dependence on the SC of the headers that this new risk-informed ATWS approach can provide.
The multi-tasking feature of digital I&C equipment could increase risk concentration because the I&C equipment affects the actuation of the safety functions in several ways. Anticipated Transient without Scram (ATWS) is a typical case of safety function failure in nuclear power plants. In a conventional analysis, mechanical failures are treated as the main contributors of the ATWS. This paper quantitatively presents the probability of the ATWS based on a fault tree analysis of a Korea Standard Nuclear Power Plant is also presented. An analysis of the digital equipment in the digital plant protection system. The results show that the digital system severely affects the ATWS frequency. We also present the results of a sensitivity study, which show the effects of the important factors, and discuss the dependency between human operator failure and digital equipment failure.
This paper presents floating absorber for safety at transient (FAST) which is a passive safety device for sodium-cooled fast reactors with a positive coolant temperature coefficient. Working principle of the FAST makes it possible to insert negative reactivity passively in case of temperature rise or voiding of coolant. Behaviors of the FAST in conventional oxide fuel-loaded and metallic fuel-loaded SFRs are investigated assuming anticipated transients without scram (ATWS) scenarios. Unprotected loss of flow (ULOF), unprotected loss of heat sink (ULOHS), unprotected transient overpower (UTOP) and unprotected chilled inlet temperature (UCIT) scenarios are simulated at end of life (EOL) conditions of the oxide and the metallic SFR cores, and performance of the FAST to improve the reactor safety is analyzed in terms of reactivity feedback components, reactor power and maximum temperatures of fuel and coolant. It is shown that FAST is able to improve the safety margin of conventional burner-type SFRs during ULOF, ULOHS, UTOP and UCIT.
KAERI (Korea Atomic Energy Research Institute) has developed the GAMMA+ code for a thermo-fluid and safety analysis of a VHTR (Very High Temperature Gas-Cooled Reactor). A key safety issue of the VHTR design is to demonstrate its inherent safety features for an automatic reactor power trip and power stabilization during an anticipated transient without scram (ATWS) accident such as a loss of forced cooling by a trip of the helium circulator (LOFC) or a reactivity insertion by a control rod withdrawal (CRW). This paper intends to show the ATWS assessment capability of the GAMMA+ code which can simulate the reactor power response by solving the point-kinetic equations with six-group delayed neutrons, by considering the reactivity changes due to the effects of a core temperature variation, xenon transients, and reactivity insertions. The present benchmark calculations are performed by using the safety demonstration experiments of the 10 MW high temperature gas cooled-test module (HTR-10) in China. The calculation results of the power response transients and the solid core temperature behavior are compared with the experimental data of a LOFC ATWS test and two CRW ATWS tests by using a 1mk-control rod and a 5mk-control rod, respectively. The GAMMA+ code predicts the power response transients very well for the LOFC and CRW ATWS tests in HTR-10.
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).
Supercritical water-cooled reactors (SCWRs) are recognized as a Generation IV reactor concept. The Super LWR is a pressure-vessel type thermal spectrum SCWR with downward-flow water rods and is currently under study at the University of Tokyo. This paper reviews Super LWR safety. The fundamental requirement for the Super LWR, which has a once-through coolant cycle, is the core coolant flow rate rather than the coolant inventory. Key safety characteristics of the Super LWR inhere in the design features and have been identified through a series of safety analyses. Although loss-of-flow is the most important abnormality, fuel rod heat-up is mitigated by the "heat sink" and "water source" effects of the water rods. Response of the reactor power against pressurization events is mild due to a small change in the average coolant density and flow stagnation of the once-through coolant cycle. These mild responses against transients and also reactivity feedbacks provide good inherent safety against anticipated-transient-without-scram (ATWS) events without alternative actions. Initiation of an automatic depressurization system provides effective heat removal from the fuel rods. An "in-vessel accumulator" effect of the reactor vessel top dome enhances the fuel rod cooling. This effect enlarges the safety margin for large LOCA.
The 600 MWe, pool-type, sodium-cooled, metallic fuel loaded KALIMER-600 (Korea Advanced LiquId MEtal Reactor, 600 MWe) has been conceptually designed with an emphasis on safety by self-regulating (inherent/intrinsic) negative reactivity feedback in the core. Its inherent safety under the ATWS (Anticipated Transient Without Scram) events was demonstrated in an earlier study. Initiating events of an HCDA (Hypothetical Core Disruptive Accident), however, also need to be analyzed for assessment of the margins in the current design. In this study, a hypothetical triple-fault accident, ULOF (Unprotected Loss Of Flow) with a reduced pump halving time, is investigated as an initiator of a core disruptive accident. A ULOF with insufficient primary pump inertia may cause core sodium boiling due to a power-to-flow mismatch. If the positive sodium reactivity resulting from this boiling is not compensated for by other intrinsic negative reactivity feedbacks, the resulting core power burst would challenge the fuel integrity. The present study focuses on determination of the limit of the pump inertia for assuring inherent reactivity feedback and behavior of the core after sodium boiling as well. Transient analyses are performed with the safety analysis code SSC-K, which now incorporates a new sodium boiling model. The results show that a halving time of more than 6.0 s does not allow sodium boiling even with very conservative assumptions. Boiling takes place for a halving time of 1.8 s, and its behavior can be predicted reasonably by the SSC-K.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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