The Dual Unit Optimizer 2000 MWe (DUO2000) is put forward as a new design concept for large power nuclear plants to cope with economic and safety challenges facing the $21^{st}$ century green and sustainable energy industry. DUO2000 is home to two nuclear steam supply systems (NSSSs) of the Optimized Power Reactor 1000 MWe (OPR1000)-like pressurized water reactor (PWR) in single containment so as to double the capacity of the plant. The idea behind DUO may as well be extended to combining any number of NSSSs of PWRs or pressurized heavy water reactors (PHWRs), or even boiling water reactors (BWRs). Once proven in water reactors, the technology may even be expanded to gas cooled, liquid metal cooled, and molten salt cooled reactors. With its in-vessel retention external reactor vessel cooling (IVR-ERVC) as severe accident management strategy, DUO can not only put the single most querulous PWR safety issue to an end, but also pave the way to very promising large power capacity while dispensing with the huge redesigning cost for Generation III+ nuclear systems. Five prototypes are presented for the DUO2000, and their respective advantages and drawbacks are considered. The strengths include, but are not necessarily limited to, reducing the cost of construction by decreasing the number of containment buildings from two to one, minimizing the cost of NSSS and control systems by sharing between the dual units, and lessening the maintenance cost by uniting the NSSS, just to name the few. The latent threats are discussed as well.
Toshiba has developed a laser peening system for PWRs(pressurized water reactors) as well after the one for BWRs(boiling water reactors), and applied it for BMI(bottom-mounted instrumentation) nozzles, core deluge line nozzles and primary water inlet nozzles of Ikata Unit 1 and 2 of Shikoku Electric Power Company since 2004, which are Japanese operating PWR power plants. Laser pulses were delivered through twin optical fibers and irradiated on two portions in parallel to reduce operation time. For BMI nozzles, we developed a tiny irradiation head for small tubes and we peened the inner surface around J-groove welds after laser ultrasonic testing (LUT) as the remote inspection, and we peened the outer surface and the weld for Ikata Unit 2 supplementary. For core deluge line nozzles and primary water inlet nozzles, we peened the inner surface of the dissimilar metal welding, which is of nickel base alloy, joining a safe end and a low alloy metal nozzle. In this paper, the development and the actual application of the laser peening system for PWR power plants will be described.
Podowski, Michael Z.;Podowski, Raf M.;Kim, Dong Ha;Bae, Jun Ho;Son, Dong Gun
Nuclear Engineering and Technology
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v.51
no.8
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pp.1916-1938
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2019
The objective of this paper is to discuss the modeling principles of phenomena governing core degradation/melting and in-vessel melt relocation during severe accidents in light water reactors. The proposed modeling approach has been applied in the development of a new accident simulation package, COMPASS (COre Meltdown Progression Accident Simulation Software). COMPASS can be used either as a stand-alone tool to simulate in-vessel meltdown progression up to and including RPV failure, or as a component of an integrated simulation package being developed in Korea for the APR1400 reactor. Interestingly, since the emphasis in the development of COMPASS modeling framework has been on capturing generic mechanistic aspects of accident progression in light water reactors, several parts of the overall model should be useful for future accident studies of other reactor designs, both PWRs and BWRs. The issues discussed in the paper include the overall structure of the model, the rationale behind the formulation of the governing equations and the associated simplifying assumptions, as well as the methodology used to verify both the physical and numerical consistencies of the overall solver. Furthermore, the results of COMPASS validation against two experimental data sets (CORA and PHEBUS) are shown, as well as of the predicted accident progression at TMI-2 reactor.
The dynamic and structural responses of a 1000-m long circular submerged floating tunnel (SFT) with both ends fixed under survival irregular-wave excitations are investigated. The floater-mooring nonlinear and elastic coupled dynamics are modeled by a time-domain numerical simulation program, OrcaFlex. Two configurations of mooring lines i.e., vertical mooring (VM) and inclined mooring (IM), and four different buoyancy-weight ratios (BWRs) are selected to compare their global performances. The result of modal analysis is included to investigate the role of the respective natural frequencies and elastic modes. The effects of various submergence depths are also checked. The envelopes of the maximum/minimum horizontal and vertical responses, accelerations, mooring tensions, and shear forces/bending moments of the entire SFT along the longitudinal direction are obtained. In addition, at the mid-section, the time series and the corresponding spectra of those parameters are also presented and analyzed. The pros and cons of the two mooring shapes and high or low BWR values are systematically analyzed and discussed. It is demonstrated that the time-domain numerical simulation of the real system including nonlinear hydro-elastic dynamics coupled with nonlinear mooring dynamics is a good method to determine various design parameters.
TURINSKY PAUL J.;KELLER PAUL M.;ABDEL-KHALIK HANY S.
Nuclear Engineering and Technology
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v.37
no.1
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pp.79-90
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2005
In this paper are reviewed the current status of nuclear fuel management and reactor operational aid tools. In addition, we indicate deficiencies in current capabilities and what future research is judged warranted. For the nuclear fuel management review the focus is on light water reactors and the utilization of stochastic optimization methods applied to the lattice, fuel bundle, core loading pattern, and for BWRs the control rod pattern/core flow design decision making problems. Significant progress in addressing separately each of these design problems on a single cycle basis is noted; however, the outstanding challenge of addressing the integrated design problem over multiple cycles under conditions of uncertainty remains to be addressed. For the reactor operational aid tools review the focus is on core simulators, used to both process core instrumentation signals and as an operator aid to predict future core behaviors under various operational strategies. After briefly reviewing the current status of capabilities, a more in depth review of adaptive core simulation capabilities, where core simulator input data are adjusted within their known uncertainties to improved agreement between prediction and measurement, is presented. This is done in support of the belief that further development of adaptive core simulation capabilities is required to further significantly advance the utility of core simulators in support of reactor operational aid tools.
Since plutonium accounts for 40-50% of the power produced by uranium fuels, spent fuel contains only residual plutonium. Management of this plutonium is one of the aspects influencing the choice of a fuel cycle back-end option: reprocessing, direct disposal or wait-and-see. Different grades and qualities of plutonium exist depending from their specific generation conditions; all are valuable fissile material. Safeguard authorities watch the inventories of civil plutonium, but access to those data is restricted. Independent evaluations have led to an estimated current inventory of 220t plutonium in total (spent fuel, separated civil plutonium and military plutonium). If used as MOX fuel, it would be sufficient to feed all the PWRs and BWRs worldwide during 7 years or to deploy a FBR park corresponding to 150% of today' s installed nuclear capacity worldwide, which could then be exploited for centuries with the current stockpile of depleted and spent uranium. The energy potential of plutonium deteriorates with storage time of spent fuel and of separated plutonium, due to the decay of $^{241}Pu$, the best fissile isotope, into americium, a neutron absorber. The loss of fissile value of plutonium is more pronounced for usage in LWRs than in FBR. However, keeping the current plutonium inventory for an expected future deployment of FBRs is counterproductive. Recycling plutonium reduce the required volume for final disposal in an underground repository and the cost of final disposal. However, the benefits of utilizing an energy resource and of reducing final disposal liabilities are not the only aspects that determine the choice of a back-end policy.
Advanced Pressurized Water Reactors (APWRs) and Boiling Water Reactors (BWRs) employ a suppression pool as a heat sink to prevent containment overpressure. Steam can be discharged into the pool through multi-hole spargers or blowdown pipes in both normal and accident conditions. Direct Contact Condensation (DCC) creates sources of momentum and heat. The competition between these two sources determines the development of thermal stratification or mixing of the pool. Thermal stratification is of safety concern as it reduces the cooling capability compared to a completely mixed pool condition. In this work we develop a scaling approach to prediction of the thermal stratification in a water pool induced by steam injection through spargers. Experimental data obtained from large-scale pool tests conducted in the PPOOLEX and PANDA facilities, as well as simulation results obtained using validated codes are used to develop the scaling. Two injection orientations, namely radial injection through multi-hole Sparger Head (SH) and vertical injection through Load Reduction Ring (LRR), are considered. We show that the erosion rate of the cold layer can be estimated using the Richardson number. In this work, scaling laws are proposed to estimate both the (i) transient erosion velocity and (ii) the stable position of the thermocline. These scaling laws are then implemented into a 1D model to simulate the thermal behavior of the pool during steam injection through the sparger.
Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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v.13
no.3
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pp.187-197
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2010
Carbon dioxide Capture and Storage(CCS) is regarded as one of the most promising options to response climate change. CCS is a three-stage process consisting of the capture of carbon dioxide($CO_2$), the transport of $CO_2$ to a storage location, and the long term isolation of $CO_2$ from the atmosphere for the purpose of carbon emission mitigation. Up to now, process design for this $CO_2$ marine geological storage has been carried out mainly on pure $CO_2$. Unfortunately the $CO_2$ mixture captured from the power plants and steel making plants contains many impurities such as $N_2$, $O_2$, Ar, $H_2O$, $SO_2$, $H_2S$. A small amount of impurities can change the thermodynamic properties and then significantly affect the compression, purification, transport and injection processes. In order to design a reliable $CO_2$ marine geological storage system, it is necessary to analyze the impact of these impurities on the whole CCS process at initial design stage. The purpose of the present paper is to compare and analyse the relevant physical property models including BWRS, PR, PRBM, RKS and SRK equations of state, and NRTL-RK model which are crucial numerical process simulation tools. To evaluate the predictive accuracy of the equation of the state for $CO_2-SO_2$ mixture, we compared numerical calculation results with reference experimental data. In addition, optimum binary parameter to consider the interaction of $CO_2$ and $SO_2$ molecules was suggested based on the mean absolute percent error. In conclusion, we suggest the most reliable physical property model with optimized binary parameter in designing the $CO_2-SO_2$ mixture marine geological storage process.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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