Galahom, A. Abdelghafar;Mohsen, Mohamed Y.M.;Amrani, Naima
Nuclear Engineering and Technology
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v.54
no.1
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pp.1-10
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2022
This study discusses the effect of using 232Th instead of 238U on the neutronic characteristics and the main operating parameters of the pressurized water reactor (PWR). MCNPX version 2.7 was used to compare the neutronic characteristics of UO2 with (Th, 235U)O2 and (Th, 233U) O2. Firstly, the infinity multiplication factor (Kinf), thermal neutron flux, and power distribution have been studied for the investigated fuel types. Secondly, the effect of Gd2O3 and Er2O3 on the Kinf and on the radial thermal neutron flux and thermal power has been investigated to distinguish which of them is more suitable than the other in reactivity management. Thirdly, to illustrate the effectiveness of 232Th in decreasing the inventory of both the actinides and non-actinides, the concentration of plutonium (Pu) isotopes and minor actinides (MAs) has been simulated with the fuel burnup. Besides, due to their large thermal neutron absorption cross-section, the concentrations of 135Xe, 149Sm, and 151Sm with the fuel burnup have been investigated. Finally, the main safety parameters such as the reactivity worth of the control rods (ρCR), the effective delayed neutron fraction βeff, and the Doppler reactivity coefficient (DRC) were calculated to determine to which extent these fuel types achieve the acceptable limits.
The problems of solid waste disposal into the ground in connection with environmental aspects in the vicinity of a site would be very significant, though ground disposal for solid waste is safe and economical method. Studies of the waste-movement and migration of radionuclides (Sr-90 and Cs-137) for the disposal into the ground were performed under laboratory and field conditions. Affinity of the soils for radionuclide solution was higher than that in the acid solution. The sorption of radionuclides by the soils showed a time-dependent reation. The migration rates of radiostrontium and radiocesium were a range of 3.73$\times$10$^{-3}$ to 10.9$\times$10$^{-3}$ cm/day. The nuclides in the soil migrate much more slowly than the water, probably due to its high exchange capacity. The observed distribution of tritium was compared with that calculated by a mathematical model based on diffusivity. This study suggests that the tritiated water can be used to trace the movement of ground water.
Jishen Li ;Bin Zhang ;Pengcheng Gao ;Fan Miao ;Jianqiang Shan
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.7
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pp.2628-2641
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2023
Nuclear safety is the lifeline for the development and application of nuclear energy. In severe accidents of pressurized water reactor (PWR), aerosols, as the main carrier of fission products, are suspended in the containment vessel, posing a potential threat of radioactive contamination caused by leakage into the environment. The gas-phase aerosols suspended in the containment will settle onto the wall or sump water through the natural deposition mechanism, thereby reducing atmospheric radioactivity. Aiming at the low accuracy of the aerosol model in the ISAA code, this paper improves the natural deposition model of aerosol in the containment. The aerosol dynamic shape factor was introduced to correct the natural deposition rate of non-spherical aerosols. Moreover, the gravity, Brownian diffusion, thermophoresis and diffusiophoresis deposition models were improved. In addition, ABCOVE, AHMED and LACE experiments were selected to validate and evaluate the improved ISAA code. According to the calculation results, the improved model can more accurately simulate the peak aerosol mass and respond to the influence of the containment pressure and temperature on the natural deposition rate of aerosols. At the same time, it can significantly improve the calculation accuracy of the residual mass of aerosols in the containment. The performance of improved ISAA can meet the requirements for analyzing the natural deposition behavior of aerosol in containment of advanced PWRs in severe accident. In the future, further optimization will be made to address the problems found in the current aerosol model.
Activity ratio of two radioactive primary fission products which had sufficiently different half-lives was expressed as functions of cooling time and irradiation histories in which average burnup, irradiation time, cycle interval time and the dominant fissile material of the spent fuel were included. The gamma-ray spectra of 36 samples from 6 spent PWR fuel assemblies irradiated in Kori unit-1 reactor were obtained by a spectrometric system equipped with a high purity germanium gamma-ray detector. Activity ratio $^{l44}$Ce $^{l37}$Cs, analyzed from each spectrum, was used for the calculation of cooling time. The results show that the radioactive fission products $^{l44}$Ce and $^{l37}$Cs are considered as useful monitors for cooling time determination because the estimated cooling time by detection of activity ratio $^{l44}$Ce $^{l37}$Cs agreed well with the operator declared cooling time within relative difference of $\pm$5 % despite the low counting rate of the gamma-ray of $^{l44}$Ce (about 10$^{-3}$ count per second). For the samples with several different irradiation histories, the determined cooling time by modeled irradiation history showed good agreement with that by known irradiation history within time difference of $\pm$0.5 year. From this result, it would be expected to be possible to estimate reliably the cooling time of spent nuclear fuel without the exact information about irradiation history. The feasibility study on identification of and/or sorting out spent nuclear fuel by applying the technique for cooling time determination was also performed and the result shows that the detection of activity ratio $^{l44}$Ce $^{l37}$Cs by gamma-ray spectrometry would be usefully applicable to certify spent nuclear fuel for the purpose of safeguards and management in a facility in which the samples dismantled or cut from spent fuel assemblies are treated, such as the post irradiation examination facility.mination facility.
Nuclear energy is expected to meet the growing energy demand while avoiding CO2 emission. However, the problem of accumulating spent fuel from current nuclear power plants which is mainly composed of uranium oxides should be addressed. One of the most practical solutions is to reduce the spent oxide fuel and recycle it. Next-generation fuel cycles demand innovative features such as a reduction of the environmental load, improved safety, efficient recycling of resources, and feasible economics. Pyroprocessing based on molten salt electrolysis is one of the key technologies for reducing the amount of spent nuclear fuel and destroying toxic waste products, such as the long-life fission products. The oxide reduction process based on the electrochemical reduction in a LiCl-$Li_2O$ electrolyte has been developed for the volume reduction of PWR (Pressurized Water Reactor) spent fuels and for providing metal feeds for the electrorefining process. To speed up the electrochemical reduction process, the influences of the feed form for the cathode and the type of anode shroud on the reduction rate were investigated.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.13
no.2
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pp.141-154
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2015
In general, conventional criticality analysis for spent fuel transport/storage systems have been performed based on the assumption of fresh fuel concerning the potential uncertainties from number density calculations of actinide nuclides and fission products in spent fuel. However, these evaluation methods cause financial losses due to an excessive criticality margin. In order to overcome this disadvantage, many studies have recently been conducted to design and commercialize a transportation and storage cask applied to the Burnup Credit (BUC). This study conducted an assessment to ensure criticality safety for reactor operating parameters, axial burn-up profiles and misload accident conditions, which are the factors that are likely to affect criticality safety when the BUC is applied to the dual-purpose cask under development at the KOrea RADioactive waste agency (KORAD). As a result, it was found that criticality resulting from specific power, changed substantially and relied on conditions of low enrichment and high burn-up. Considering the end effect in the case of high burn-up produced a positive-definite result. In particular, the increment of maximum effective multiplication factors due to misloading was 0.18467, confirming that misload is a factor that must be taken into account when applying the BUC. The results of this study may therefore be utilized as references in developing technologies to apply the BUC to domestic models and operational procedures or preventing any misload accidents during the process of spent fuel loading.
The sequential separation of Ru-103, Cs-137 and Ce-144 was carried out by organic cation exchanger, Amberite CG-120, and inorganic ion exchangers, silica gel and montmorillonite. The optimum conditions of Ru-103, Cs-137 and Ce-144 on Amberite CG-120 are 0.01M-, 0.01M- and 0.1IM- hydrochloric acid for the adsorption, and 3M-, 3M- and 5M-hydrochloric acid for the desorption, respectively. The optimum conditions of Ru-103, Cs-137 and Ce-144 on silica gel are pH 8, pH 8 and pH 8 for the adsorption. and 3M-, 1M- and 1M-hydrochloric acid for the desorption. respectively. The optimum conditions of Ru-103, Cs-137 and Ce-144 on montmorillonite are pH 8, 0.01M-hydrochloric acid and pH 4 for the adsorption, and 1M-, 5M- and 3M-hydrochloric acid for the desorption. respectively. The adsorption which occurs at lower ionic strength and the differences in desorption ionic strength are utilized for the separation of tracer mixture in continuous experiments. The individual separation of Ru-103, Cs-137 and Ce-144 can be carried out more efficiently with montmorillonite than with silica gel and Amberite CG-120.
A great variety of nuclear gamma rays emitted from fission and activation products of spent nuclear fuel contains much information that can be elicited without affecting the integrity of the fuel elements. But the extraction of such information from the complex spectrum is difficult and requires computer codes. In the present work, a versatile code 'CAERI' was developed which locates peaks and calculates their areas for X-rays as well as gamma rays using elegant features of some widely used programs for gamma-ray peak fitting. 'CAERI' coded in FORTRAN used infinite series approximation more accurate than other workers various, simple, piecewise series approximations for evaluations of the Voigt function which represents the X-ray peak with non-negligible natural line width. 'CAERI' can handle even a complex multiplet consisting of peaks from X-rays and gamma rays in arbitrary mixture, which one often encounters in the isotopic analysis of heavy elements such as U and Pu. The results of the fitting performed on the test spectra of $^{177m}\;Lu\;{\gamma}-ray\;and\;^{235}U\;K_{\alpha}$X-ray show good agreement with those by previous workers.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.13
no.1
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pp.21-34
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2015
Source term analysis should be carried out to prepare the decommissioning of the nuclear power plant. In the planning phase of decommissioning, the classification of decommissioning wastes and the cost evaluation are performed based on the results of source term analysis. In this study, the verification of MCNP/ORIGEN-2 model is carried out for preliminary source term calculation for Wolsung Unit 1. The inventories of actinide nuclides and fission products in fuel bundles with different burn-up were obtained by the depletion calculation of MCNPX code modelling the single channel. Two factors affecting the accuracy of source terms were investigated. First, the neutron spectrum effect on neutron induced activation calculation was reflected in one-group microscopic cross-sections of relevant radio-isotopes using the results of MCNP simulation, and the activation source terms calculated by ORIGEN-2 using the neutron spectrum corrected library were compared with the results of the original ORIGEN-2 library (CANDUNAU.LIB) in ORIGEN-2 code package. Second, operation history effect on activation calculation was also investigated. The source terms on both pressure tubes and calandria tubes replaced in 2010 and calandria tank were evaluated using MCNP/ORIGEN-2 with the neutron spectrum corrected library if the decommissioning wastes can be classified as a low level waste.
Kim, Seung-Soo;Min, Je-Ho;Baik, Min-Hoon;Kim, Gye-Nam
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.10
no.1
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pp.13-19
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2012
The long-lived fission products $^{79}Se$ and $^{99}Tc$ have been considered as the major concern nuclides for the disposal of radioactive waste because of their high solubilities and the existence of anionic species in natural water. In this study, the solubilities of $FeSe_2(s)$ and $TcO_2(s)$, known as respective Solubility Limiting Solid Phase (SLSP) of selenium and technetium, were measured in the KURT (KAERI Underground Research Tunnel) groundwater under various pH and redox conditions. And their solubilities and major species were also calculated using geochemical codes under conditions similar to experimental solutions. Experimental results and calculation for $FeSe_2$ show that the solubility of selenium was found to be below $1{\times}10^{-6}mol/L$ under the condition of pH 8~9.5 and Eh=-0.3~-0.4 V while the dominant species was identified as $HSe^-$. For $TcO_2$, the solubility of technetium was found to be $5{\times}10^{-8}{\sim}1{\times}10^{-9}mol/L$ in the solutions of pH 6~9.5 and Eh<-0.1 V, while the dominant species was $TcO(OH)_2$. However, when the Eh of the solution is -0.35 V, $TcO(OH)_3^-$ and $TcO_4^-$ are calculated as the dominant species at pH 10.5~12 and pH>12, respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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