The SSC-K system analysis code is under development at the Korea Atomic Energy Research Institute (KAERI) as a part of the KALIMER project. The SSC-K code is being used as the principal tool for analyzing a variety of off-normal conditions or accidents of the preliminary KALIMER design. The SSC-K code features a multiple-channel core representation coupled with a point kinetics model with reactivity feedback. It provides a detailed, one-dimensional thermal-hydraulic simulation of the primary and secondary sodium coolant circuits, as well as the balance-of-plant steam/water circuit. Recently a two-dimensional hot pool model was incorporated into SSC-K for analysis of thermal stratification phenomena in the hot pool. In addition, SSC-K contains detailed models for the passive decay heat removal system and a generalized plant control system. The SSC-K code has also been applied to the computational engine for an interactive simulation of the KALIMER plant. This paper presents an overview of the recent activities concerned with SSC-K code model development This paper focuses on both descriptions of the newly adopted thermal hydraulic and neutronic models, and applications to KALIMER analyses for typical anticipated transients without scram.
원자력 발전소에서 Mid-loop 운전시 배관내에서 발생하는 자유수면 와동으로 인해 잔열 제거계통 배관내 공기가 흡입될 가능성이 있으며 이로 인한 계통상실 방지를 위하여 수위와 흡입유량과의 관계를 실험을 통해서 H/d, 프라우드수, 레이놀즈 수 등과 같은 무차원 수로 구하였다. 실험결과 레이놀즈수는 크게 영향을 미치지 않았으며 주로 프라우드수가 자유수면 와동을 지배하는 것으로 판명되었다. 한편 운전시 펌프나 밸브의 개폐로 인한 수면의 섭동이 와동에 많은 영향을 미치는 것이 밝혀졌다. 원자력 발전소의 안전과 관련하여 배관내에서 와동으로 인한 공기흡입 방지책으로 Reducer형의 흡입구 개선방안을 제시하였다.
Micro reactors are increasingly being considered for utilization as distributed power sources. Hence, the probabilistic safety assessment (PSA) of a direct supercritical-CO2-cooled fast reactor, called micro modular reactor (MMR), was performed in this study; this reactor was developed using innovative design concepts. It adopted a modular design and passive safety systems to minimize site constraints. As the MMR is in its conceptual design phase, design weaknesses and valuable safety insights could be identified during PSA. Level 1 internal event PSA was carried out involving literature survey, system characterization, identification of initiating events, transient analyses, development of event trees and fault trees, and quantification. The initiating events and scenarios significantly contributing to core damage frequency (CDF) were determined to identify design weaknesses in MMR. The most significant initiating event category contributing to CDF was the transients with the power conversion system initially available category, owing to its relatively high occurrence frequency. Further, an importance analysis revealed that the safety of MMR can be significantly improved by improving the reliability of reactor trip and passive decay heat removal system operation. The findings presented in this paper are expected to contribute toward future applications of PSA for assessing unconventional nuclear reactors in their conceptual design phases.
Hossam H. Abdellatif;Palash K. Bhowmik;David Arcilesi;Piyush Sabharwall
Nuclear Engineering and Technology
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제56권6호
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pp.2375-2387
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2024
The passive safety systems (PSSs) within water-cooled reactors are meticulously engineered to function autonomously, requiring no external power source or manual intervention. They depend exclusively on inherent natural forces and the fundamental principles of reactor physics, such as gravity, natural convection, and phase changes, to manage, alleviate, and avert the release of radioactive materials into the environment during accident scenarios like a loss-of-coolant accident (LOCA). PSSs are already integrated into such operating commercial reactors as the Advanced Pressurized Reactor-1000 MWe (AP1000) and the Water-Water Energetic Reactor-1200 MWe (WWER-1200) are adopted in most of the upcoming small modular reactor (SMR) designs. Examples of water-cooled SMR PSSs are the passive emergency core-cooling system (ECCS), passive containment cooling system (PCCS), and passive decay-heat removal system, the designs of which vary based on reactor system-design requirements. However, understanding the accident-event progression and phases of a LOCA is pivotal for adopting a specific PSS for a new SMR design. This study covers the accident-event progression for direct vessel injection (DVI) small-break loss-of-coolant accident (SB-LOCA), associated physics phenomena, knowledge gaps, and important figures of merit (FOMs) that may need to be evaluated and assessed to validate thermal-hydraulics models with an available experimental dataset to support new SMR design and development.
This study aims to develop an improved evaluation technology for assessing CANDU-6 safety. For this purpose, the multiple steam generator tube rupture (mSGTR) followed by an unmitigated station blackout (SBO) in a CANDU-6 plant was selected as a hypothetical event scenario and the analysis model to evaluate the plant responses was envisioned into the MARS-KS input model. The model includes logic models for controlling the pressure and inventory of the primary heat transport system (PHTS) decreasing due to the u-tubes' rupture, as well as the main features of PHTS with a simplified model for the horizontal fuel channels, the secondary heat transport system including the shell side of steam generators, feedwater and main steam line, and moderator system. A steady state condition was successfully achieved to confirm the stable convergence of the key parameters. Until the turbine trip, the fuel channels were adequately cooled by forced circulation of coolant and supply of main feedwater. However, due to the continuous reduction of PHTS pressure and inventory, the reactor and turbine were shut down and the thermal-hydraulic behaviors between intact and broken loops got asymmetric. Furthermore, as the conditions of low-flow coolant and high void fraction in the broken loop persisted, leading to degradation of decay heat removal, it was evaluated that the peak cladding temperature (PCT) exceeded the limit criteria for ensuring nuclear fuel integrity. This study is expected to provide the technical bases to the accident management strategy for transient conditions with multiple events.
표준원전을 대상으로하여 저수위 운전시의 잔열제거제통상실사고를 RELAP5/MOD3 및 RELAP5/MOD3.1 전산프로그램을 이용하여 분석하였다. 증기발생기가 이용가능할 때 원자로냉각재계통에 배기 경로가 없는 경우와 배기경로가 있는 경우에 대하여 분석을 수행하였다. 배기경로가 없는 경우에 대해 RELAP5 /MOD3 전산프로그램과 RELAP5 /MOD3.1 전산프로그램으로 비교 분석을 수행하였다. 분석 결과 두 전산프로그램의 계산결과는 정성적인 면 뿐 아니라 정량적 인면도 비교적 잘 일치하였다. 그러나 계산결과로부터 RELAP5 /MOD3의 경우에는 벽 열전달모델의 결함이 발견되어 배기경로가 있는 경우에 대해서는 RELAP5 /MOD3.1 전산프로그램을 이용하여 분석을 수행하였다. 분석결과 원자로정지후 하루가 지났을때 배기경로가 없는 경우에는 두개의 증기발생기로도 잔열이 충분히 제거되지 않아 원자로계통의 압력이 지속적으로 증가하여 사고개시 후4,000초 정도에 원자로계통의 임시밀봉재의 설계압력인 0.24MPa에 도달하였다. 가압기 안전밸브 용량의 세배정도 크기의 배기경로가 있는 경우에는 10,000 초가 지나도 원자로냉자재계통의 압력이 0.24 MPa에 도달하지 않았으며 노심노출이 초래되지 않았다. 분석결과의 상세한 검토를 통해서 저수위 운전시 잔열제거능력 상실사고가 발생하였을 경우 REL-AP5/MOD3.1을 이용한 사고해석 방법론의 타당성을 제안하였으며 또한 적절한 배기용량을 산정하기 위한 자료를 제공하였다.
Periodic safety reviews (PSRs) are conducted on operating nuclear power plants (NPPs) and have been mandated also for research reactors in Korea, in response to the Fukushima accident. One safety review tool, the probabilistic safety assessment (PSA), aims to identify weaknesses in the design and operation of the research reactor, and to evaluate and compare possible safety improvements. However, the PSA for research reactors is difficult due to scarce data availability. An important element in the analysis of research reactors is the reactor protection system (RPS), with its functionality and importance. In this view, we consider that of the AGN-201K, a zero-power reactor without forced decay heat removal systems, to demonstrate a risk-informed safety improvement study. By incorporating risk- and safety-significance importance measures, and sensitivity and uncertainty analyses, the proposed method identifies critical components in the RPS reliability model, systematically proposes potential safety improvements and ranks them to assist in the decision-making process.
A metal-fueled pool-type liquid metal fast reactor (LMFR) provides large margins to sodium boiling and fuel damage under accident conditions. The favorable passive safety results are obtained by both a reactivity feedback mechanism in the core and a passive decay heat removal system. Among the various reactivity feedbacks, the ones by a thermal expansion of a radial dimension of the core and by the control rod drivelines are strongly dependent on the flow conditions in the core and the hot pool, respectively. The effects of multidimensional thermal hydraulic characteristics on these reactivity feedbacks are investigated by the system-wide safety analysis code SSC-K with advanced thermal hydraulics models. Particularly a detailed three dimensional thermal hydraulics reactor core model is integrated into SSC-K for use in a whole system analysis of the passive safety aspects of LMR designs. The model provides fuel and cladding temperatures for every fuel pin in a reactor and coolant temperatures for every coolant sub-channel in the reactor.
매우 작은 규모의 냉각재 상실 사고후($\leq$0.05ft$^2$) 어떤 일이 일어나는 가를 더 잘 이해하기 위해 고리 1호기에 대한 샘플 계산을 수행하였다 깨진 크기가 0.006 ft$^2$ 보다 큰 사고에 대해서는 냉각재 상실이 보충되는 양을 초과한다. 0.008 ft$^2$ 보다 큰 깨진 크기에 대해서는 잔열은 깨진 곳을 통해 완전히 제거된다. 이와 같은 결과에 비추어 고리 1호기는 매우 작은 규모의 냉각재 상실 사고의 전 영역에 걸쳐 비교적 안전하다고 결론지었다. 하지만, 900MWe 나 1200MWe 를 가진 원자로에 있어서, 어떤 깨진 크기에 대해서는 이 사고가 주의깊게 고려되어야 한다. 자연 순환에서 pool boiling 으로 또는 pool boiling에서 자연 순환으로 천이할때, 특별히 운전자와 안전 분석에 문제점을 남긴다. Primary pump shutoff, HPI pump shutoff, break isolation, opening relief valve의 운전자 간섭에 대해서도 논의 되었다. Shutoff 후 HPI pump의 연속적인 운전은 primary system의 건전성을 위협하지 않는다는 것이 증명되었다.
The safety of nuclear power plants has received much attention; this safety largely depends on the continuous availability of electrical energy source during all modes of nuclear power plant operation. A station blackout (SBO) describes the loss of the off-site electric power, the failure of the emergency diesel generators, and the unavailability of the alternate AC (AAC) power. Consequently, all systems that are AC powered such as the safety injection, shutdown cooling, component cooling water, and essential service water systems are unavailable. The aim of this study is to investigate the deficiencies of the existing alternatives for coping with an extended SBO for APR1400 design. The method is analyzing the existing deficiencies and proposing an optimal solution for the NPP design during the extended SBO. This study, established a new passive system, called passive decay heat removal system (PDHRS), using systems engineering approach.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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