For the future energy-mix policy for carbon neutrality, demand for the capability of load-follow operation has emerged in nuclear power plants in order to accommodate the intermittency of renewable energy. The short-term decay heat analysis is also required to evaluate the decay heat level varied by the power level change during the load-follow operation, which is a very important parameter in terms of short-term decay heat removal during a grace time. In this study, the short-term decay heat level for 10 days after the shutdown was evaluated for both seasonal and daily load-follow cases. Additionally, the nuclide-wise contribution to the accumulated decay heat for 10 days was analyzed for further understanding of the short-term decay heat behavior. The result showed that in the seasonal case, the decay heat level was mainly determined by the power level right before the shutdown and the amount of each nuclide was varied with the power variation due to the long variation interval of 90 days. Whereas, in the daily case, the decay heat level was strongly impacted by the average power level during operation and meaningful mass variations for those nuclides were not observed due to the short variation interval of 0.5 days.
The disposal area of a deep geological repository (DGR) for the disposal of spent nuclear fuels (SNFs) is estimated considering the spacing between deposition holes and between disposal tunnels, as determined by a thermal analysis using the decay heat of a reference SNF. Given the relatively large amount of decay heat of the reference SNF, the disposal area of the DGR is found to be overestimated. Therefore, we develop a computer program using MATLAB, termed ACom (Assembly Combination), to combine SNFs when stored in canisters such that the decay heat per canister is evenly distributed. The stability of ACom was checked and the overall distribution of the decay heat per canister was analyzed. Finally, ACom was applied to disposal scenarios suggested in the conceptual design of a DGR for SNFs, and it was confirmed that the decay heat per canister could be evenly distributed and that the maximum decay heat of the canister could be much lower than that of a canister estimated using a reference SNF. ACom can be used to improve the disposal efficiency by reducing the disposal area of a DGR for SNFs by ensuringg a relatively even distribution of decay heat per canister.
Shama, Ahmed;Rochman, Dimitri;Pudollek, Susanne;Caruso, Stefano;Pautz, Andreas
Nuclear Engineering and Technology
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제53권9호
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pp.2816-2829
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2021
Decay heat residuals of spent nuclear fuel (SNF), i.e., the differences between calculations and measurements, were obtained previously for various spent fuel assemblies (SFA) using the Polaris module of the SCALE code system. In this paper, we compare decay heat residuals to their uncertainties, focusing on four PWRs and four BWRs. Uncertainties in nuclear data and model inputs are propagated stochastically through calculations using the SCALE/Sampler super-sequence. Total uncertainties could not explain the residuals of two SFAs measured at GE-Morris. The combined z-scores for all SFAs measured at the Clab facility could explain the resulting deviations. Nuclear-data-related uncertainties contribute more in the high burnup SFAs. Design and operational uncertainties tend to contribute more to the total uncertainties. Assembly burnup is a relevant variable as it correlates significantly with the SNF decay heat. Additionally, burnup uncertainty is a major contributor to decay heat uncertainty, and assumptions relating to these uncertainties are crucial. Propagation of nuclear data and design and operational uncertainties shows that the analyzed assemblies respond similarly with high correlation. The calculated decay heats are highly correlated in the PWRs and BWRs, whereas lower correlations were observed between decay heats of SFAs that differ in their burnups.
Kori Unit 1 is the first permanent shutdown nuclear power plant in Korea and it is on June 18th, 2017. Spent fuel assemblies began to be discharged from the reactor core to the spent fuel pool(SFP) within one week after shutdown of Kori unit 1 and the campaign was completed on June 27th, 2017. The total number of spent nuclear fuel assemblies in SFP of Kori Unit-1 is 485 and their discharging date is different respectively. So, decay heat was evaluated considering the actual enrichment, operation history and cooling time of the spent fuel assemblies stored in SFP of the Kori Unit-1. The code used in the evaluation is the ORIGEN-based CAREPOOL system developed by KHNP. Decay heat calculation of PWR fuel is based on ANSI/ANS 5.1-2005, "Decay heat power in light water reactors" and ISO-10645, "Nuclear energy - Light water reactors - Calculation of the decay heat power in nuclear fuels. Also, we considered the contribution of fission products, actinide nuclides, neutron capture and radioactive material in decay heat calculation. CAREPOOL system calculates the individual and total decay heat of all of the spent fuel assemblies in SFP of Kori Unit-1. As a result, the total decay heat generated in SFP on June 28th, 2017 when the spent fuel assemblies were discharged from the reactor core, is estimated to be about 4,185.8 kw and to be about 609.5 kw on September 1st, 2018. It was also estimated that 119.6 kw is generated in 2050 when it is 32 years after the permanent shutdown. Figure 1 shows the trend of total decay heat in SFP of Kori Unit-1.
In this research, a detailed analysis of the decay heat contributions of both actinides and non-actinides (fission fragments) from spent nuclear fuel (SNF) was made after 50 GWd·tHM-1 burnup of fresh uranium fuel with 4.5% enrichment lasted for 1,350 days. The calculations were made for a long storage period of 300 years divided into four sections 1, 10, 100, and 300 years so that we could study the decay heat and physical disposal ratios of radioactive waste in medium- and long-term storage periods. Fresh fuel burnup calculations were made using the code MCNP, while isotopic content and then decay heat were calculated using the built-in stiff equation solver in the MATLAB code. It is noted that only around 12 isotopes contribute more than 90% of the decay heat at all times. It is also noted that the contribution of actinides persists and is the dominant ether despite decreasing decay heat, while the effect of fission products decreases at a very rapid rate after about 40 years of storage.
This study was conducted to evaluate the resistance of heat-treated wood using the catalyst to decay caused by fungi for sapwood and heartwood of two tree species, Korean red pine (Pinus densiflora) and Japanese larch (Larix kaempferi), respectively. Wood samples were immersed for 10 min in sulfuric acid (7.5%) and then heat-treated at $130^{\circ}C$ for 90 min. Fomitopsis palustris, a brown-rot fungus, was used to examine the decay resistance of Korean red pine and Japanese larch wood. Weight and density of wood from the all conditions increased after heat treatment using the catalyst. Weight loss after decay resistance test was also dropped with a heat treatment. The lowest weight loss indicated at heat-treated heartwood of Japanese larch. Heat treatment using the catalyst effectively increased the resistance of wood to decay caused by fungi.
Kim, Do Yun;NO, Hee Cheon;Yoon, Ho Joon;Lim, Sang Gyu
Nuclear Engineering and Technology
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제51권1호
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pp.60-72
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2019
The air-cooled passive decay heat removal system (APDHR) was proposed to provide the ultimate heat sink for non-LOCA accidents. The APDHR is a modified one of Passive Auxiliary Feed-water system (PAFS) installed in APR+. The PAFS has a heat exchanger in the Passive Condensate Cooling Tank (PCCT) and can remove decay heat for 8 h. After that, the heat transfer rate through the PAFS drastically decreases because the heat transfer condition changes from water to air. The APDHR with a vertical heat exchanger in PCCT will be able to remove the decay heat by air if it has sufficient natural convection in PCCT. We conducted the thermal-hydraulic simulation by the MARS code to investigate the behavior of the APR + selected as a reference plant for the simulation. The simulation contains two phases based on water depletion: the early phase and the late phase. In the early phase, the volume of water in PCCT was determined to avoid the water depletion in three days after shutdown. In the late phase, when the number of the HXs is greater than 4089 per PCCT, the MARS simulation confirmed the long-term cooling by air is possible under extended Station Blackout (SBO).
The MRX is an integral type ship reactor with 100 MWt power, which is designed by Japan Atomic Energy Research Institute. It is characterized by integral type PWR, in-vessel type control roe drive mechanism, water-filled containment vessel and passive decay heat removal system. Marine reactor should have high passive safety. Therefore, in this study, we simulated the loss of flow accident to verify the passive decay heat removal by natural circulation using RETRAN-03 code. auxiliary feed water systems are used for decay heat removal mechanism and results are compared with the loss of flow accident analysis using emergency decay heat removal system by JAERI. Results are very similar to case of EDRS 1 loop operation in JAERI analysis and decay heat is successfully removed by natural circulation.
This paper addresses the uncertainty quantification and sensitivity analysis of a depleted light-water fuel assembly of the Turkey Point-3 benchmark. The uncertainty of the fuel assembly decay heat and isotopic densities is quantified with respect to three different groups of diverse parameters: nuclear data, assembly design, and reactor core operation. The uncertainty propagation is conducted using a two-step analysis code system comprising the lattice code STREAM, nodal code RAST-K, and spent nuclear fuel module SNF through the random sampling of microscopic cross-sections, fuel rod sizes, number densities, reactor core total power, and temperature distributions. Overall, the statistical analysis of the calculated samples demonstrates that the decay heat uncertainty decreases with the cooling time. The nuclear data and assembly design parameters are proven to be the largest contributors to the decay heat uncertainty, whereas the reactor core power and inlet coolant temperature have a minor effect. The majority of the decay heat uncertainties are delivered by a small number of isotopes such as 241Am, 137Ba, 244Cm, 238Pu, and 90Y.
A new design concept for a decay heat removal system in a liquid metal reactor is proposed. The new design utilizes a thermosyphon to enhance the heat removal capacity and its heat transfer characteristics are analyzed against the current PSDRS (Passive Safety Decay heat Removal System) in the KAL IMER (Korea Advanced LIquid MEtal Reactor) design. The preliminary analysis results show that the new design with a thermosyphon yields substantial increase of 20∼40% in the decay heat removal capacity compared to the current design that do not have the thermosyphon. The new design reduces the temperature rise in the cooling air of the system and helps the surrounding structure in maintaining its mechanical integrity for long term operation at an accident. Also the analysis revealed the characteristics of the interactions among various heat transfer modes in the new design.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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