Ham, Jaehyun;Cho, Jaehyun;Kim, Jaewhan;Kang, Hyun Gook
Nuclear Engineering and Technology
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v.51
no.2
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pp.402-409
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2019
When a loss of coolant accident (LOCA) occurs in a nuclear power plant, accident scenarios which can prevent core damage are defined based on break size. Current probabilistic safety assessment evaluates that core damage can be prevented under small-break LOCA (SBLOCA) and steam generator tube rupture (SGTR) with rapid cool down (RCD) strategy when all safety injection systems are unavailable. However, previous research has pointed out a limitation of RCD in terms of initiation time. Therefore, RCD success criteria estimation based on allowable coping time under a SBLOCA or SGTR when all safety injection systems are unavailable was performed based on time-line and thermal-hydraulic analyses. The time line analysis assumed a single emergency operating procedure flow, and the thermal hydraulic analysis utilized MARS-KS code with variables of break size, cooling rate, and operator allowable time. Results show while RCD is possible under SGTR, it is impossible under SBLOCA at the APR1400's current cooling rate limitation of 55 K/hr. A success criteria map for RCD under SBLOCA is suggested without cooling rate limitation.
Zhi Zheng;Yong Wang;Shuai Huang;Xiaolan Pan;Chunyang Su;Ye Sun
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.6
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pp.2053-2068
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2023
Following a loss of coolant accident (LOCA), prestressing concrete containment vessels (PCCVs) may experience high thermal load as well as internal pressure. The high temperature stress would increase the risk of premature damage to the containment, which reduces the safety margin during the increasing internal pressure. However, current investigations cannot clearly address the issues of thermal-pressure coupling effect on damage propagation and thus safety of the containment. Thus, this paper offers three simple and powerful damage parameters to differentiate the severity of damage of the containment. Moreover, despite of the temperature action severely threatening the pressure performance of the containment, the research regarding the improvement of the resistant performance of the containment is quite scarce. Therefore, in this paper, a comprehensive comparison of damage propagation and mechanism between conventional and fiber-reinforced concrete (FRC) containments is performed. The effects of fiber characteristics parameters on damage propagation of structures following the LOCA are also specifically revealed. It is found that the proposed damage indices can properly indicate state of damage in the containment body and the addition of fiber can be used to obviously mitigate the damage propagation in PCCV considering the thermal-pressure coupling.
An industrial control process multiple-input multiple-output (MIMO) coupled system is analyzed in this study as an example of a Loss of Coolant Accident (LOCA) simulation system. Ordinary control algorithms can complete the steady state of the control system and even reduce the response time to some extent, but the entire system still consumes a large amount of energy after reaching the steady state. So a multivariable decoupled energy-saving control method is proposed, and a novel energy-saving function (economic function, Eco-Function) is specially designed based on the active disturbance rejection control algorithm. Simulations and LOCA simulation system tests show that the Eco-function algorithm can cope with the uncertainty of the multivariable system's internal parameters and external disturbances, and it can save up to 67% of energy consumption in maintaining the parameter steady state.
The critical flow phenomenon has been studied because of its significant effect for design basis accidents in nuclear power plants. Transition points from thermal non-equilibrium to equilibrium are different according to the geometric effect on the critical flow. This study evaluates the uncertainty parameters of the critical flow model for analysis of DBA (Design Basis Accident) with the MARS-KS (Multi-dimensional Analysis for Reactor Safety-KINS Standard) code used as an independent regulatory assessment. The uncertainty of the critical flow model is represented by three parameters including the thermal non-equilibrium factor, discharge coefficient, and length to diameter (L/D) ratio, and their ranges are determined using large-scale Marviken test data. The uncertainty range of the thermal non-equilibrium factor is updated by the MCDA (Model Calibration through Data Assimilation) method. The updated uncertainty range is confirmed using an LBLOCA (Large Break Loss of Coolant Accident) experiment in the LOFT (Loss of Fluid Test) facility. The uncertainty ranges are also used to calculate an LBLOCA of the APR (Advanced Power Reactor) 1400 NPP (Nuclear Power Plants), focusing on the effect of the PCT (Peak Cladding Temperature). The results reveal that break flow is strongly dependent on the degree of the thermal non-equilibrium state in a ruptured pipe with a small L/D ratio. Moreover, this study provides the method to handle the thermal non-equilibrium factor, discharge coefficient, and length to diameter (L/D) ratio in the system code.
Jun Hyeok Kim;Sun Hong Yoon;Gil Yong Cha;Jin Hyoung Bai
Journal of Radiation Industry
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v.17
no.3
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pp.265-273
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2023
To effectively and safely manage the radiation exposure to nuclear power plant (NPP) workers in accidents, major overseas NPP operators such as the United States, Germany, and France have developed and applied realistic 3D model radiation dose assessment software for workers. Continuous research and development have recently been conducted, such as performing NPP accident management using 3D-VR based on As Low As Reasonably Achievable (ALARA) planning tool. In line with this global trend, it is also required to secure technology to manage radiation exposure of workers in Korea efficiently. Therefore, in this paper, it is described the application method and assessment results of radiation exposure scenarios for workers in response to accidents assessment technology, which is one of the fundamental technologies for constructing a realistic platform to be utilized for radiation exposure prediction, diagnosis, management, and training simulations following accidents. First, the post-accident sampling after the Loss of Coolant Accident(LOCA) was selected as the accident and response scenario, and the assessment area related to this work was established. Subsequently, the structures within the assessment area were modeled using MCNP, and the radiation source of the equipment was inputted. Based on this, the radiation dose distribution in the assessment area was assessed. Afterward, considering the three principles of external radiation protection (time, distance, and shielding) detailed work scenarios were developed by varying the number of workers, the presence or absence of a shield, and the location of the shield. The radiation exposure doses received by workers were compared and analyzed for each scenario, and based on the results, the optimal accident response scenario was derived. The results of this study plan to be utilized as a fundamental technology to ensure the safety of workers through simulations targeting various reactor types and accident response scenarios in the future. Furthermore, it is expected to secure the possibility of developing a data-based ALARA decision support system for predicting radiation exposure dose at NPP sites.
This paper describes the development of a simulation model of nuclear power plant operators including cognitive aspects by using a network modeling soft ware, Micro-SAINT (System Analysis of Integrated Networks of Tasks) for the analysis of operator performance. Network model description based on Micro-SAINT includes tasks, resources, precedence relations among tasks, flow of information and PSFs (Performance Shaping Factors) on task performance. We have tried to evaluate the performance with several performance measures such as the number of tasks allocated, relative time presure among operators within a shift, for the selected test accident scenarior; small-break LOCA (Loss of Coolant Accident) in a PWR (Pressurized Water Reactor) type nuclear power plant.
Nuclear fuel cladding used in a nuclear power plant must possess superior oxidation resistance in the coolant atmosphere of high temperature/high pressure. However, as was the case for the critical LOCA (loss-of-coolant accident) accident that took place in the Fukushima disaster, there is a risk of hydrogen explosion when the nuclear fuel cladding and steam reacts dramatically to cause a rapid high-temperature oxidation accompanied by generation of a huge amount of hydrogen. Hence, an active search is ongoing for an alternative material to be used for manufacturing of nuclear fuel cladding. Studies are currently aimed at improving the safety of this cladding. In particular, ceramic-based nuclear fuel cladding, such as SiC, is receiving much attention due to the excellent radiation resistance, high strength, chemical durability against oxidation and corrosion, and excellent thermal conduction of ceramics. In the present study, cladding with $SiC_f/SiC$ protective films was fabricated using a process that forms a matrix phase by polymer impregnation of polycarbosilane (PCS) after filament-winding the SiC fiber onto an existing Zry-4 cladding tube. It is analyzed the oxidation and microstructure of the metal cladding with $SiC_f/SiC$ composite protective films using a drop tube furnace for thermal shock test.
In order to analyze thermal hydraulic phenomena during a DVI (Direct Vessel Injection) line break LOCA (Loss-of-Coolant Accident) in the APR1400 (Advanced Power Reactor 1400 MWe), we performed experimental studies with the SNUF (Seoul National University Facility), a reduced-height and reduce-pressure integral test loop with a scaled down APR1400. We performed experiments dealing with eight test cases under varied tests. As a result of the experiment, the primary system pressure, the coolant temperature, and the occurrence time of the downcomer seal clearing were affected significantly by the thermal power in the core and the SI flow rate. The break area played a dominant role in the vent of the steam. For our analytical investigation, we used the MARS code for simulation of the experiments to validate the calculation capability of the code. The results of the analysis showed good and sufficient agreement with the results of the experiment. However, the analysis revealed a weak capability in predicting the bypass flow of the SI water toward the broken DVI line, and it was insufficient to simulate the streamline contraction in the broken side. We, hence, need to improve the MARS code.
This report documents the results of an at-power internal events Level 1 Probabilistic Safety Assessment (PSA) for a Korea research reactor (KRR). The aim of the study is to determine the accident sequences, construct an internal level 1 PSA model, and estimate the core damage frequency (CDF). The accident quantification is performed using the AIMS-PSA software version 1.2c along with a fault tree reliability evaluation expert (FTREX) quantification engine. The KRR PSA model is quantified using a cut-off value of 1.0E-15/yr to eliminate the non-effective minimal cut sets (MCSs). The final result indicates a point estimate of 4.55E-06/yr for the overall CDF attributable to internal initiating events in the core damage state for the KRR. Loss of Electric Power (LOEP) is the predominant contributor to the total CDF via a single initiating event (3.68E-6/yr), providing 80.9% of the CDF. The second largest contributor is the beam tube loss of coolant accident (LOCA), which accounts for 9.9% (4.49E-07/yr) of the CDF.
The combined effects of reactivity coefficients, along with other core nuclear characteristics, determine reactor core behavior in normal operation and accident conditions. The Power Coefficient of Reactivity (PCR) is an aggregate indicator representing the change in reactor core reactivity per unit change in reactor power. It is an integral quantity which captures the contributions of the fuel temperature, coolant void, and coolant temperature reactivity feedbacks. All nuclear reactor designs provide a balance between their inherent nuclear characteristics and the engineered reactivity control features, to ensure that changes in reactivity under all operating conditions are maintained within a safe range. The $CANDU^{(R)}$ reactor design takes advantage of its inherent nuclear characteristics, namely a small magnitude of reactivity coefficients, minimal excess reactivity, and very long prompt neutron lifetime, to mitigate the demand on the engineered systems for controlling reactivity and responding to accidents. In particular, CANDU reactors have always taken advantage of the small value of the PCR associated with their design characteristics, such that the overall design and safety characteristics of the reactor are not sensitive to the value of the PCR. For other reactor design concepts a PCR which is both large and negative is an important aspect in the design of their engineered systems for controlling reactivity. It will be demonstrated that during Loss of Regulation Control (LORC) and Large Break Loss of Coolant Accident (LBLOCA) events, the impact of variations in power coefficient, including a hypothesized larger than estimated PCR, has no safety-significance for CANDU reactor design. Since the CANDU 6 PCR is small, variations in the range of values for PCR on the performance or safety of the reactor are not significant.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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