The paper summarizes the irradiation test and post-irradiation examination (PIE) data for the U-Mo low-enriched fuel that was irradiated in the MIR reactor under the RERTR Program. The PIE data were analyzed for both full-size fuel rods and mini-rods with atomized powder dispersed in Al matrix as well as with additions of 2%, 5% and 13% of silicon in the matrix and ZrN protective coating on the fuel particles. The full-size fuel rods were irradiated up to an average burnup of ${\sim}60%^{235}U$; the mini-rods were irradiated to an average burnup of ${\sim}85%^{235}U$. The presented data show a significant increase of the void fraction in the U-Mo alloy as the U-235 burnup rises from ~ 40% up to ~ 85%. The effect of irradiation test conditions and U-235 burnup were analyzed with regard to the formation of an interaction layer between the matrix and fuel particles as well as generation of porosity in the U-Mo alloy. Shown here are changes in distribution of U fission products as the U-235 burnup increases from ~ 40% up to ~ 85%.
TRISO (Tri-Isotropic)-coated fuel particle is widely applied due to its higher stability at high temperature and its efficient retention capability for fission products in the HTGR (high temperature gas-cooled reactor), one of the highly efficient Generation IV reactors. The typical ball-type TRISO-coated fuel particle with a diameter of about 1 mm is composed of a nuclear fuel particle as a kernel and of outer coating layers. The coating layers consist of a buffer PyC, inner PyC, SiC, and outer PyC layer. In this study, a digital image processing algorithm is proposed to automatically measure the thickness of the coating layers. An FBP (filtered backprojection) algorithm was applied to reconstruct the CT image using virtual X-ray radiographic images for a simulated TRISO-coated fuel particle. The automatic measurement algorithm was developed to measure the coating thickness for the reconstructed image with noises. The boundary lines were automatically detected, then the coating thickness was circularly by the algorithm. The simulation result showed that the measurement error rate was less than 1.4%.
Lee, Eun Byul;Lee, Byoung Oon;Shim, Woo-Yong;Kim, Jun Hwan
Nuclear Engineering and Technology
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제50권6호
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pp.915-922
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2018
Metallic fuel has been considered for sodium-cooled fast reactors because it can maximize the uranium resources. It generates rare earth elements as fission products, where it is reported by aggravating the fuel-cladding chemical interaction at the operating temperature. Rare earth elements form a multicomponent alloy (Ce-Nd-Pr-La-Sm-etc.) during reactor operation, where it shows a higher reaction thickness than a single element. Experiments have been carried out by simplifying multicomponent alloys for mono or binary systems because complex alloys have difficulty in the analysis. In previous experiments, xCe-yNd was fabricated with two elements, Ce and Nd, which have a major effect on the fuel-cladding chemical interaction, and the thickness of the reaction layer reached maximum when the rare earth elements ratio was 1:1. The objective of this study is to evaluate the effect and relationship of rare earth elements on such synergistic behavior. Single and binary rare earth model alloys were prepared by selecting five rare earth elements (Ce, Nd, Pr, La, and Sm). In the single system, Nd and Pr behaviors were close to diffusion, and Ce showed a eutectic reaction. In the binary system, Ce and Sm further increased the reaction layer, and La showed a non-synergy effect.
Boyarintsev, Alexander V.;Stepanov, Sergei I.;Chekmarev, Alexander M.;Tsivadze, Aslan Yu.
Nuclear Engineering and Technology
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제52권1호
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pp.109-114
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2020
This work presents the results of laboratory scale tests of the CARBOFLUOREX (CARBOnate FLUORide EXtraction) process - a novel technology for the recovery of U and Pu from the solid fluorides residue (fluorination ash) of Fluoride Volatility Method (FVM) reprocessing of spent nuclear fuel (SNF). To study the oxidative leaching of U from the fluorination ash (FA) by Na2CO3 or Na2CO3-H2O2 solutions followed by solvent extraction by methyltrioctylammonium carbonate in toluene and purification of U from the fission products (FPs) impurities we used a surrogate of FA consisting of UF4 or UO2F2, and FPs fluorides with stable isotopes of Ce, Zr, Sr, Ba, Cs, Fe, Cr, Ni, La, Nd, Pr, Sm. Purification factors of U from impurities at the solvent extraction refining stage reached the values of 104-105, and up to 106 upon the completion of the processing cycle. Obtained results showed a high efficiency of the CARBOFLUOREX process for recovery and separating of U from FPs contained in FA, which allows completing of the FVM cycle with recovery of U and Pu from hardly processed FA.
Ha, Yeong-Keong;Han, Sun-Ho;Kim, Hyun-Gyum;Kim, Won-Ho;Jee, Kwang-Yong
Nuclear Engineering and Technology
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제40권4호
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pp.311-318
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2008
In modem power reactors, nuclear fuels have recently reached 55,000 MWd/MtU from the initial average burnup of 35,000 MWd/MtU to reduce the fuel cycle cost and waste volume. At such high burnups, a fuel pellet produces fission products proportional to the burnup and creates a typical high burnup structure around the periphery region of the pellet, producing the so called 'rim effect'. This rim region of a highly burnt fuel is known to be ca. $200\;{\mu}m$ in width and is known to affect the fuel integrity. To characterize the local burnup in the rim region, solid sampling in the micro meter region by laser ablation is needed so that the distribution of isotopes can be determined by ICP-MS. For this procedure, special radiation shielding is required for personnel safety. In this study, we installed a radiation shielded laser ablation ICP-MS system, and a performance test of the developed system was conducted to evaluate the safe operation of instruments.
The containment filtered venting system (CFVS) filters the atmosphere of the containment building and discharges a part of it to the outside environment to prevent containment overpressure during severe accidents. The Korean CFVS has a tank that filters fission products from the containment atmosphere by pool scrubbing, which is the primary decontamination process; however, prediction of its performance has been done based on researches conducted under mild conditions than those of severe accidents. Bubble behavior in a pool is a key parameter of pool scrubbing. Therefore, the bubble behavior in the pool was analyzed under various injection flow rates observed at the venturi nozzles used in the Korean CFVS using a wire-mesh sensor. Based on the experimental results, void fraction model was modified using the existing correlation, and a new bubble size prediction model was developed. The modified void fraction model agreed well with the obtained experimental data. However, the newly developed bubble size prediction model showed different results to those established in previous studies because the venturi nozzle diameter considered in this study was larger than those in previous studies. Therefore, this is the first model that reflects actual design of a venturi scrubbing nozzle.
Kang, Dokyu;Amphlett, James T.M.;Choi, Eun-Young;Bae, Sang-Eun;Choi, Sungyeol
Nuclear Engineering and Technology
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제53권5호
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pp.1534-1539
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2021
This study reports on the dissolution behavior of SrO in LiCl at varying SrO concentrations from low concentrations to excess. The amount of SrO dissolved in the molten salt and the species present upon cooling were determined. The thermal behavior of LiCl containing various concentrations of SrO was investigated. The experimental results were compared with results from the simulated results using the HSC Chemistry software package. Although the reaction of SrO with LiCl in the standard state at 650 ℃ has a slightly positive Gibbs free energy, SrO was found to be highly soluble in LiCl. Experimentally determined SrO concentrations were found to be considerably higher than those present in used nuclear fuel (<2 g/kg). As Sr-90 is one of the most important heat-generating nuclides in used nuclear fuel, this finding will be impactful in the development of fast, simple, and proliferation-resistant heat reduction processes for used nuclear fuel without the need for separating nuclear materials. Heat reduction is important as it decreases both the volume necessary for final disposal and the worker handling risk.
Metaheuristic algorithms can work well in solving or optimizing problems, especially those that require approximation or do not have a good analytical solution. Particle swarm optimization (PSO) is one of these algorithms. The response quality of these algorithms depends on the objective function and its regulated parameters. The nonlinear nature of the pressurized light-water nuclear reactor (PWR) dynamics is a significant target for PSO. The two-point kinetics model of this type of reactor is used because of fission products properties. The proportional-integral-derivative (PID) controller is intended to control the power level of the PWR at a short-time transient. The absolute error (IAE), integral of square error (ISE), integral of time-absolute error (ITAE), and integral of time-square error (ITSE) objective functions have been used as performance indexes to tune the PID gains with PSO. The optimization results with each of them are evaluated with the number of function evaluations (NFE). All performance indexes achieve good results with differences in the rate of over/under-shoot or convergence rate of the cost function, in the desired time domain.
Characterizing the behavior of nuclear reactor plate fuels is vital to the progression of advanced fuel systems. The states of pre- and post-irradiation plates need to be determined effectively and efficiently prior to and following irradiation. Due to the hostile post-irradiation environment, characterization must be completed remotely. Laser-based characterization techniques enable the ability to make robust measurements inside a hot-cell environment. The Laser Shock (LS) technique generates high energy shockwaves that propagate through the plate and mechanically characterizes cladding-cladding interfaces. During an irradiation campaign, two Idaho National Laboratory (INL) fabricated MP-1 plates had a fuel breach in the cladding-cladding interface and trace amounts of fission products were released. The objective of this report is to characterize the cladding-cladding interface strengths in three plates fabricated using different fabrication processes. The goal is to assess the risk in irradiating future developmental and production fuel plates. Prior LS testing has shown weaker and more variability in bond strengths within INL MP-1 reference plates than in commercially produced vendor plates. Three fuel plates fabricated with different fabrication processes will be used to bound the bond strength threshold for plate irradiation insertion and assess the confidence of this threshold value.
Weichao Li ;Zhaoming Meng;Jianchuang Sun;Weihua Cai ;Yandong Hou
Nuclear Engineering and Technology
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제55권6호
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pp.2011-2017
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2023
Gas submerged jet is an outstanding thermohydraulic phenomenon in pool scrubbing of fission products during a severe nuclear accident. Experiments were performed on the hydraulic characteristics in the ranges of air mass flux 0.1-1400 kg/m2s and nozzle diameter 10-80 mm. The results showed that the dependence of inlet pressure on the mass flux follows a power law in subsonic jets and a linear law in sonic jets. The effect of nozzle submerged depth was negligible. The isolated bubbling regime, continuous bubbling regime, transition regime, and jetting regime were observed in turn, as the mass flux increased. In the bubbling regime and jetting regime, the air volume fraction distribution was approximately symmetric in space. Themelis model could capture the jet trajectory well. In the transition regime, the air volume fraction distribution loses symmetry due to the bifurcated secondary plume. The Li correlation and Themelis model showed sufficient accuracy for the prediction of jet penetration length.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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