A Slowing Down Time Spectrometer (SDTS) system is a highly efficient technique for isotopic nuclear material content analysis. SDTS technology has been used to analyze spent nuclear fuel and the pyro-processing of spent fuel. SDTS requires an external neutron source to induce the isotopic fissile fission. A high intensity neutron source is required to ensure a high for a good fissile fission. The electron linear accelerator system was selected to generate proper source neutrons efficiently. As a first step, the electron generator of an 80-keV electron gun was manufactured. In order to produce the high beam power from electron linear accelerator, a proper beam current is required form the electron generator. In this study, the beam current was measured by evaluating the performance of the electron generator. The beam current was determined by five parameters: high voltage at the electron gun, cathode voltage, pulse width, pulse amplitude, and bias voltage at the grid. From the experimental results under optimal conditions, the high voltage was determined to be 80 kV, the pulse width was 500 ns, and the cathode voltage was from 4.2 V to 4.6 V. The beam current was measured as 1.9 A at maximum. These results satisfy the beam current required for the operation of an electron linear accelerator.
Lee, Yongdeok;Kim, Jeong Dong;Ahn, Seong Kyu;Park, Chang Je
Nuclear Engineering and Technology
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v.50
no.1
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pp.182-189
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2018
A neutron generation system was developed to induce fissile fission in a lead slowing down spectrometer (LSDS) system. The source neutron is one of the key factors for LSDS system work. The LSDS was developed to quantify the isotopic contents of fissile materials in spent nuclear fuel and recycled fuel. The source neutron is produced at a multilayered target by the (e,${\gamma}$)(${\gamma}$,n) reaction and slowed down at the lead medium. Activation analysis of the target materials is necessary to estimate the lifetime, durability, and safety of the target system. The CINDER90 code was used for the activation analysis, and it can involve three-dimensional geometry, position dependent neutron flux, and multigroup cross-section libraries. Several sensitivity calculations for a metal target with different geometries, materials, and coolants were done to achieve a high neutron generation rate and a low activation characteristic. Based on the results of the activation analysis, tantalum was chosen as a target material due to its better activation characteristics, and helium gas was suggested as a coolant. In addition, activation in a lead medium was performed. After a distance of 55 cm from the lead surface to the neutron incidence, the neutron intensity dramatically decreased; this result indicates very low activation.
Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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1998.05a
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pp.124-129
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1998
A sensitivity study has been done to determine the composition of DUPIC fuel from the viewpoint of neutronics fuel design. The spent PWR fuel compositions were generated and fissile contents adjusted by blending fresh uranium after mixing two spent PWR fuel assemblies. The $^{239}$ Pu and $^{235}$ U enrichments of DUPIC fuel were adjusted by controlling the amount of fresh uranium feed and the ratio of slightly enriched and depleted uranium in the fled uranium. Based on the material balance calculation, it is recommended that DUPIC fuel composition be such that spent PWR fuel utilization is more than 90%.. A sensitivity study on the temperature reactivity coefficient of DUPIC fuel has shown that it is desirable to increase the $^{239}$ Pu and $^{235}$ U contents to reduce both the fuel and coolant temperature coefficients. On the other hand, refueling simulations of the DUPIC core have shown that the channel power peaking factor, which is a measure of the reactor trip margin, increases with the total fissile content. Considering these neutronic characteristics of the DUPIC fuel, il is recommended to have enrichments of 0.45 and 1.00 wt% for $^{239}$ Pu and $^{235}$ U, respectively.
Lee, Chaehun;Seo, Hee;Menlove, Spencer H.;Menlove, Howard O.
Nuclear Engineering and Technology
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v.52
no.5
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pp.1022-1028
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2020
One of the possible options for spent-fuel management in Korea is pyroprocessing, which is a process for electrochemical recycling of spent nuclear fuel. Nuclear material accountancy is considered to be a safeguards measure of fundamental importance, for the purposes of which, the amount of nuclear material in the input and output materials should be measured as accurately as possible by means of chemical analysis and/or non-destructive assay. In the present study, a neutron measurement system based on the fast-neutron energy multiplication (FNEM) and passive neutron albedo reactivity (PNAR) techniques was designed for nuclear material accountancy of a spent-fuel assembly (i.e., the input accountancy of a pyroprocessing facility). Various parameters including inter-detector distance, source-to-detector distance, neutron-reflector material, the structure of a cadmium sleeve around the close detectors, and an air cavity in the moderator were investigated by MCNP6 Monte Carlo simulations in order to maximize its performance. Then, the detector responses with the optimized geometry were estimated for the fresh-fuel assemblies with different 235U enrichments and a spent-fuel assembly. It was found that the measurement technique investigated here has the potential to measure changes in neutron multiplication and, in turn, amount of fissile material.
Lianjun Zhang;Mengjiao Tang;Chen Zhang;Yulai Zheng;Yong Li;Chao Liu;Qiang Wang;Guobao Wang
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.7
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pp.2483-2488
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2023
Differential die-away analysis (DDAA) technology is a special nuclear material (SNM) active detection analysis technology. Be a nuclear material shielded or not, the technology can reveal the existence of nuclear materials by inducing fission from an external pulsed neutron source. In this paper, a detection model based on DDAA analysis technology was established by geant4 Monte Carlo simulation software, and the optimal sensitivity of the detection system is achieved by optimizing different configurations. After the geant4 simulation and optimization, a prototype was established, and experimental research was carried out. The result shows that the prototype can detect 200 g of 235U in a steel cylinder shield that's of 1.5 cm in inner diameter, 10 cm in thickness and 280 kg in weight.
In this study, a conceptual pyroprocess flowsheet has been devised by combining several dry-type unit processes; its applicability as an alternative fuel cycle technology was analyzed. A key point in the evaluation of its applicability to the fuel cycle was the recovery yield of fissile materials from spent fuels as well as the proliferation resistance of the process. The recovery yields of uranium and transuranic elements (TRU) were obtained from a material balance for every unit process composing the whole pyroprocess. The material balances for several elemental groups of interest such as uranium, TRU, rare earth, gaseous fission products, and heat generating elements were calculated on the basis of the knowledge base that is available from domestic and foreign experimental results or technical information presented in open literature. The calculated result of the material balance revealed that uranium and TRU could be recovered at 98.0% and 97.0%, respectively, from a typical PWR spent fuel. Furthermore, the anticipated TRU product was found to emit a non-negligible level of $\gamma$-ray and a significantly higher level of neutrons compared to that of a typical plutonium product obtained from the PUREX process. The results indicate that the product from this conceptual pyroprocessing should be handled in a shielded cell and that this will contribute favorably to retaining proliferation resistance.
This paper reviews the fast reactor physics and computational methods. The basic reactor physics specific to fast spectrum reactors are briefly reviewed, focused on fissile material breeding and actinide burning. Design implications and reactivity feedback characteristics are compared between breeder and burner reactors. Some discussions are given to the distinct nuclear characteristics of fast reactors that make the assumptions employed in traditional LWR analysis methods not applicable. Reactor physics analysis codes used for the modeling of fast reactor designs in the U.S. are reviewed. This review covers cross-section generation capabilities, whole-core deterministic (diffusion and transport) and Monte Carlo calculation tools, depletion and fuel cycle analysis codes, perturbation theory codes for reactivity coefficient calculation and cross section sensitivity analysis, and uncertainty analysis codes.
Martin, Ph.;Anzieu, P.;Rouault, J.;Serpantie, J.P.;Verwaerde, D.
Nuclear Engineering and Technology
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v.39
no.4
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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.
Ha, J.H.;Ko, W.I.;Lee, S.Y.;Song, D.Y.;Kim, H.D.;Yang, M.S.
Journal of Radiation Protection and Research
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v.26
no.3
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pp.275-279
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2001
In uranium enrichment plants and nuclear fuel fabrication facilities, exact measurement of fissile isotope enrichment of uranium is required for material accounting in international safeguards inspection as well as process quality control. The purpose of this study was to develop a simple measurement system which can portably be used at nuclear fuel fabrication plants especially dealing with low enriched uranium. For this purpose, a small size CZT (CdZnTe) detector was used, and the detector performance in low uranium gamma/X -rays energy range was investigated by use of various enriched uranium oxide samples. New enrichment measurement technique and analysis method for low enriched uranium oxide, so-called, 'semi-peak ratio technique' was developed. The newly developed method was considered as an alternative technique for the low enrichment and would be useful to account nuclear material in safeguarding activity at nuclear fuel fabrication facility.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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