DUPIC (Direct use of spent PWR fuel in CANDU reactors) nuclear fuel is a CANDU fuel fabricated remotely from spent PWR fuel materials in a hot cell. The soundness of the end closure welds of nuclear fuel elements is an important factor for the safety and performance of nuclear fuel. To evaluate the soundness of the end closure welds of DUPIC fuel element, a precise X-ray inspection system is developed using a micro-focus X-ray generator with an image intensifier and a real time camera system. The fuel elements made of Zircaloy-4 and stainless steel by an Nd:YAG laser welding and a TIG welding aye inspected by the developed inspection system. The soundness of the welds of the fuel elements was confirmed by the X-ray inspection process, and the irradiation test of DUPIC fuel elements has been successfully completed at the HANARO research reactor.
Nuclear fuel elements containing dry recycling nuclear fuel pellets for the irradiation test in a reactor were remotely fabricated from spent PWR fuel materials in a hot cell. End closure welding as well as seal tube welding for thermal sensor of the elements was performed by Nd:YAG laser. The soundness of the end closure welds and seal tube welds for the elements were evaluated by a precise X-ray inspection system composed of a micro-focus X-ray generator with an image intensifier and a real time camera system. Then, helium leak test was performed for the elements. The soundness of the welds of the fuel elements was confirmed by the X-ray inspection and helium leak test. The irradiation test for the fuel elements were successfully completed at the HANARO research reactor.
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.
This paper describes a finite element model of the microstructure of dispersion type nuclear fuels, which can be used to determine the effective thermal conductivity of the fuels during irradiation. The model simulates a representative region of the fuel as a prism shaped unit cell made of brick elements. The elements within the unit cell are assigned material properties of either the fuel or the matrix depending on position, in such a way as to represent randomly distributed fuel particles with a size distribution similar to that of the as manufactured fuel. By applying an appropriate heat flux across the unit cell it is possible to determine the effective thermal conductivity of the unit cell as a function of the volume fraction of the fuel particles. The presence of a fuel/matrix interaction layer is simulated by the addition of a third set of material properties that are assigned to the finite elements that surround each fuel particle. In this way the effective thermal conductivity of the material may also be determined as a function of the volume fraction of the interaction layer. Work is on going to add fission gas bubbles in the fuel as a fourth phase to the model.
Feasibility study of burn-up analysis and monitoring using delayed fast neutrons was investigated at Missouri University of Science and Technology Reactor (MSTR). Burnt and fresh fuel elements were used to collect delayed fast neutron data for different power levels. Total reactivity varied depending on the burn-up rate of fuel elements for each core configuration. The regulating rod worth was 2.07E-04 𝚫k/k/in and 1.95E-04 𝚫k/k/in for T121 and T122 core configurations at 11 inch, respectively. Delayed fast neutron spectrum of F1 (burnt) and F16 (fresh) fuel elements were analyzed further, and a strong correlation was observed between delayed fast neutron emission and burn-up. According to the analyzed peaks in burnt and fresh fuels, reactor power dependency was observed and it was determined that delayed neutron provided more reliable results at reactor powers of 50 kW and above.
Lee, Chan Bock;Cheon, Jin Sik;Kim, Sung Ho;Park, Jeong-Yong;Joo, Hyung-Kook
Nuclear Engineering and Technology
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제48권5호
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pp.1096-1108
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2016
Metal fuel is being developed for the prototype generation-IV sodium-cooled fast reactor (PGSFR) to be built by 2028. U-Zr fuel is a driver for the initial core of the PGSFR, and U-transuranics (TRU)-Zr fuel will gradually replace U-Zr fuel through its qualification in the PGSFR. Based on the vast worldwide experiences of U-Zr fuel, work on U-Zr fuel is focused on fuel design, fabrication of fuel components, and fuel verification tests. U-TRU-Zr fuel uses TRU recovered through pyroelectrochemical processing of spent PWR (pressurized water reactor) fuels, which contains highly radioactive minor actinides and chemically active lanthanide or rare earth elements as carryover impurities. An advanced fuel slug casting system, which can prevent vaporization of volatile elements through a control of the atmospheric pressure of the casting chamber and also deal with chemically active lanthanide elements using protective coatings in the casting crucible, was developed. Fuel cladding of the ferritic-martensitic steel FC92, which has higher mechanical strength at a high temperature than conventional HT9 cladding, was developed and fabricated, and is being irradiated in the fast reactor.
Smith, Michael Leslie;Bignell, Lindsey Jorden;Alexiev, Dimitri;Mo, Li
Nuclear Engineering and Technology
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제42권1호
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pp.125-130
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2010
Sipping measurements were implemented at the Open Pool Australian Light water reactor (OPAL) to test for failure in reactor fuel elements. Fission product released by the fuel element into the pool water was measured using both High Purity Germanium (HPGe) detection via samples and a NaI(Tl) detection in-situ with the sipping device. Results from two fuel elements are presented.
Fission product release (FPR) assessment for 100% reactor outlet header (ROH) break in CANDU reactor loaded with CANFLEX-NU fuel bundles has been performed. The predicted results are compared with those for the reactor loaded with standard 37-element bundles. The fuel failure thresholds for the CANFLEX and standard bundle elements are very similar. All the sheaths at the corresponding fuel failure thresholds for the CANFLEX and standard bundles fail due to the significant cracks in the surface oxide, except those for the CANFLEX inner element at burnups of 220 to 240 MW.h/kg(U), which fail due to the excessive diametral strain. The fuel failure analysis predicts that the number of failed fuel elements for the CANFLEX bundle case is none, while that for the standard bundle case is 1827. The total (gap plus bound) I-131 releases for the CANFLEX and standard bundles are none and 5889 TBq, respectively The significant reduction of the number of failed fuel elements and FPR for the CABFKEX fuel bundle is attributed to the lower linear power of the CANFLEX fuel bundle compared with the standard fuel bundle.
In this study, investigation of spent fuel was performed using six group delayed neutron parameters. Three used fuels (F1, F2, and F11) which are burnt over the years in the core of Missouri University of Science and Technology Reactor (MSTR), were investigated. F16 fresh fuel was used as plutonium free fuel element and compared with irradiated used fuels to develop burnup and Pu discrimination method. The fast fission factor of the MSTR was calculated to be 1.071 which was used for burnup calculations. Burnup values of F2 and F11 fuel elements were estimated to be 1.98 g and 2.7 g, respectively. $^{239}Pu$ conversion was calculated to be 0.36 g and 0.50 g for F2 and F11 elements, respectively.
U-10wt.%Zr metallic fuel slugs containing rare-earth (RE: a rare-earth alloy comprising 53% Nd, 25% Ce, 16% Pr and 6% La) elements for a sodium-cooled fast reactor were fabricated by modified injection casting as an alternative method. The distribution, size and composition of the RE inclusions in the metallic fuel slugs were investigated according to the content of the RE inclusions. There were no observed casting defects, such as shrunk pipes, micro-shrinkage or hot tears formed during solidification, in the metallic fuel slugs fabricated by modified injection casting. Scanning electron micrographs and energy-dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDS) showed that the Zr and RE inclusions were uniformly distributed in the matrix and the composition of the RE inclusions was similar to that of a charged RE element. The content and the size of the RE inclusions increased slightly according to the charge content of the RE elements. RE inclusions in U-Zr alloys will have a positive effect on fuel performance due to their micro-size and high degree of distribution.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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