Jiaqun Wang;Qianglong Wang;Jinrong Qiu;Jin Wang;Fang Wang;Yazhou Li
Nuclear Engineering and Technology
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제55권6호
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pp.2047-2052
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2023
Risk-informed approach has been widely applied in the safety design, regulation, and operation of nuclear reactors. It has been commonly accepted that risk-informed design optimization should be used in the innovative reactor designs to make nuclear system highly safe and reliable. In spite of the risk-informed approach has been used in some advanced nuclear reactors designs, such as Westinghouse IRIS, Gen-IV sodium fast reactors and lead-based fast reactors, the process of risk-informed design of nuclear reactors is hardly to carry out when passive system reliability should be integrated in the framework. A practical method for new passive safety reactors based on probabilistic safety assessment (PSA) and passive system reliability analyze linking is proposed in this paper. New three-dimension frequency-consequence curve based on risk concept with three variables is used in this method. The proposed method has been applied to the determination optimization of design options selection in a 10 MWth lead-based research reactor(LR) to obtain one optimized system design in conceptual design stage, using the integrated reliability and probabilistic safety assessment program RiskA, and the computation resources and time consumption in this process was demonstrated reasonable and acceptable.
The paper presents the results of a multi-criteria comparative evaluation of 12 feasible Russian nuclear energy deployment scenarios with thermal and fast reactors in a closed nuclear fuel cycle. The comparative evaluation was performed based on 6 performance indicators and 5 different MCDA methods (Simple Scoring Model, MAVT / MAUT, AHP, TOPSIS, PROMETHEE) in accordance with the recommendations elaborated by the IAEA/INPRO section. It is shown that the use of different MCDA methods to compare the nuclear energy deployment scenarios, despite some differences in the rankings, leads to well-coordinated and similar results. Taking into account the uncertainties in the weights within a multi-attribute model, it was possible to rank the scenarios in the absence of information regarding the relative importance of performance indicators and determine the preference probability for a certain nuclear energy deployment scenario. Based on the results of the uncertainty/sensitivity analysis and additional analysis of alternatives as well as the whole set of graphical and attribute data, it was possible to identify the most promising nuclear energy deployment scenario under the assumptions made.
In this work, we investigated quench characteristics of matrix-type superconducting fault current limiters (MFCLs) according to the turn number of reactors. The reactors used in MFCLs apply magnetic field to superconducting elements within reactors when fault currents surge into MFCL systems. It makes the fast and simultaneous quenches between superconducting elements. Also reactors decrease the fault power burden of superconducting elements by bypassing the partial fault currents to itself, when quench occurs. These structure proposed in this work can be expected to achieve much more current limiting capacity even though it uses less superconductors compared with other type SFCLs. Three reactors were made by Bakelite. These reactors with the turn number of 190, 380 and 570, had the length of 270 mm and diameter of 80 mm. We reported experimental results, including fault currents, fault voltages and resistance in superconducting elements according to the turn number of reactors. We confirmed that experimental results will be useful in next future plan for the real power grid.
A hypothetical core destructive accident (HCDA) has received widespread attention as one of the most serious accidents in sodium-cooled fast reactors. This study combined recent advantages in numerical methods to realize realistic modeling of the complex fluid-structure interactions during HCDAs in a full-scale sodium-cooled fast reactor. The multi-material arbitrary Lagrangian-Eulerian method is used to describe the fluid-structure interactions inside the container. Both the structural deformations and plug rises occurring during HCDAs are evaluated. Two levels of expansion energy are considered with two different reactor models. The simulation results show that the container remains intact during an accident with small deformations. The plug on the top of the container rises to an acceptable level after the sealing between the it and its support is destroyed. The methodology established in this study provides a reliable approach for evaluating the safety feature of a container design.
지속가능성, 안전성, 핵확산 저항성, 그리고 경제성이 향상된 제4세대 원자로형의 하나로 소듐냉각 고속로가 원자력 선진국을 중심으로 활발히 개발되고 있다. 우리나라가 주도적으로 개발하고 있는 금속연료를 사용하는 소듐냉각고속로는 우수한 피동안전성과 고유안전성을 가지므로 중대사고로의 진전을 조기에 배제할 수 있는 노형으로 평가된다. 또한 소듐냉각고속로는 기존의 사용후핵연료를 재활용하고 자체적으로 재순환 핵주기를 확립함으로써 원자력에너지의 지속성을 향상시킬 수 있다. 이러한 특성으로 인해 많은 나라들이 소듐냉각고속로를 2050년 이전에 도입하는 것을 미래에너지 전략에 포함시키고 있다.
The small modular sodium-cooled fast reactor (SMSFR) is an important component of Generation-IV reactors. The objective of this work is to improve the reactivity control in SMSFR by using innovative systems, including burnable poisons and optimized control rods. SMSFR with MOX fuel usually exhibits high burnup reactivity loss that leads to high excess reactivity and potential fuel melting in control rod withdrawal (CRW) accidents, which becomes an important constraint on the safety and economic efficiency of SMSFR. This work applies two types of burnable poisons in a SMSFR to reduce the excess reactivity. The first one homogenously loads minor actinides in the fuel. The second one combines absorber and moderators in specific assemblies. The influence of burnable poisons on the core characteristics is discussed and integrated into the analysis of CRW accidents. The results show that burnable poisons improve the safety performance of the core in a significant way. Burnable poisons also lessen the demand for the number, absorption ability, and insertion depth of control rods. Two optimized control rod designs with rare earth oxides (Eu2O3 and Gd2O3) and moderators are compared to the conventional design with natural boron carbide (B4C). The optimized designs show improved neutronic and safety performance.
Scattering resonance of medium mass nuclides leads complex spectrum in the fast reactor, which requires thousands of energy groups in the spectrum calculation. When the broad-group cross sections are collapsed, reaction rate cannot be completely conserved. To eliminate the error from energy collapsing, the Super-homogenization method in energy collapsing (ESPH) was employed in the fast reactor code SARAX. An ESPH factor was derived based on the ESPH-corrected SN transport equation. By applying the factor in problems with reflective boundary condition, both the effective multiplication factor and reaction rate were conserved. The fixed-source iteration was used to ensure the stability of ESPH iteration. However, in the energy collapsing process of SARAX, the vacuum boundary condition was adopted, which was necessary for fast reactors with strong heterogeneity. To further reduce the error caused by leakage, an additional conservation factor was proposed to correct the neutron current in energy collapsing. To evaluate the performance of ESPH with conservation factor, numerical benchmarks of fast reactors were calculated. The results of broad-group calculation agreed well with the direct full-core Monte-Carlo calculation, including the effective multiplication factor, radial power distribution, total control rod worth and sodium void worth.
An integrated R&D program is being conducted to study, qualify, and in some cases, develop materials with required properties for the reactor systems being developed as part the U.S. Department of Energy's Generation IV Reactor Program. The goal of the program is to ensure that the materials research and development (R&D) needed to support Gen IV applications will comprise a comprehensive and integrated effort to identify and provide the materials data and its interpretation needed for the design and construction of the selected advanced reactor concepts. The major materials issues for the five primary systems that have been considered within the U.S. Gen IV Reactor Program-very high temperature gas-cooled, supercritical water-cooled, gas-cooled fast spectrum, lead-cooled fast spectrum, and sodium-cooled fast spectrum reactors-are described along with the R&D that has been identified to address them.
Martin, Ph.;Anzieu, P.;Rouault, J.;Serpantie, J.P.;Verwaerde, D.
Nuclear Engineering and Technology
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제39권4호
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pp.237-248
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2007
Sodium-cooled fast reactor is considered in France as a potential candidate for a prototype of 4th generation system to be built by 2020. A detailed working program has been launched recently to identify by 2012 the potential improvement tracks for later industrial development of these reactors. The goals for innovation are first identified: Progress of the safety with a special attention to severe accidents risk minimization and mitigation (defense in depth approach); Economic competitiveness of the system mainly by reducing the capital cost, the investment risks by enhancing in service inspection and repair capacities, and raising the availability; Sustainability with fissile material management while reducing the proliferation risk; capacity for long-lived waste transmutation.
Panov, Aleksei;Trapeznikov, Alexander;Trapeznikova, Vera;Korzhavin, Alexander
Nuclear Engineering and Technology
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제54권8호
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pp.3034-3042
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2022
The results of radioecological monitoring of the cooling pond Beloyarsk NPP (Russia) have been presented. The influence of waste technological waters of thermal and fast NPP reactors on the content of artificial radionuclides in surface waters and bottom sediments of the Beloyarsk reservoir has been studied. The long-term dynamics of the specific activity of 60Co, 90Sr, 137Cs and 3H in the main components of the freshwater ecosystem at different distances from the source of radionuclide discharge has been estimated. Critical radionuclides (60Co and 137Cs), routes of their entry and periods of maximum discharge of radioisotopes into the cooling pond have been determined. It is shown that the technology of electricity generation at Beloyarsk NPP, based on fast reactors, has a much smaller effect on the flow of artificial radionuclides into the freshwater ecosystem of the reservoir. During the entire period of monitoring studies, the decrease in the specific activity of radionuclides from NPP origin in surface waters was 4.3-74.5 times, in bottom sediments 10-505 times. The maximum discharge of artificial radionuclides into the reservoir was noted during the period of restoration and decontamination work aimed at eliminating emergencies at the AMB thermal reactors of the first stage of the Beloyarsk NPP.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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