A heterogeneous thorium-based Kyung Hee Thorium Fuel (KTF) assembly design was assessed for application in the APR-1400 to study the feasibility of using thorium fuel in a conventional pressurized water reactor (PWR). Thermal hydraulic safety was examined for the thorium-based APR-1400 core, focusing on the Departure from Nucleate Boiling Ratio (DNBR) and Large Break Loss of Coolant Accident (LBLOCA) analysis. To satisfy the minimum DNBR (MDNBR) safety limit condition, MDNBR>1.3, a new grid design was adopted, that enabled grids in the seed and blanket assemblies to have different loss coefficients to the coolant flow. The fuel radius of the blanket was enlarged to increase the mass flow rate in the seed channel. Under transient conditions, the MDNBR values for the Beginning of Cycle (BOC), Middle of Cycle (MOC), and End of Cycle (EOC) were 1.367, 1.465, and 1.554, respectively, despite the high power tilt across the seed and blanket. Anticipated transient for the DNBR analysis were simulated at conditions of $112\%$ over-power, $95\%$ flow rate, and $2^{\circ}C$ higher inlet temperature. The maximum peak cladding temperature (PCT) was 1,173K for the severe accident condition of the LBLOCA, while the limit condition was 1,477K. The proliferation resistance potential of the thorium-based core was found to be much higher than that of the conventional $UO_2$ fuel core, $25\%$ larger in Bare Critical Mass (BCM), $60\%$ larger in Spontaneous Neutron Source (SNS), and $155\%$ larger in Thermal Generation (TG) rate; however, the radio-toxicity of the spent fuel was higher than that of $UO_2$ fuel, making it more environmentally unfriendly due to its high burnup rate.
본 연구는 Siphon Breaker Simulation Program(SBSP)을 이용하여 소규모 사이펀 차단기 실험장치를 설계 및 제작하고, 실험 수행 후 그 결과를 이용하여 다양한 규모의 사이펀 차단기에 대한 SBSP의 적용 가능성을 평가하기 위해 진행되었다. 실험장치 설계를 위하여 C factor와 Chisholm B 계수, Undershooting Height(UH)에 대한 시뮬레이션 결과값을 SBSP로 도출하였다. 실험장치의 중요파트는 upper tank, lower tank, downcomer, Siphon Breaker Line(SBL) 등이며, upper tank는 넓이 $0.09-m^2$, 높이 0.65-m의 크기로 제작되었고, downcomer 높이는 1.6-m로 제작되었다. 실험결과 분석을 위하여 압력계, 차압계, 전자저울이 사용되어 압력과 차압, 유량에 대한 정보를 도출하였다. 실험에서 사용된 실험변수는 Loss Of Coolant Accident(LOCA) 크기와 SBL 크기이며, LOCA는 30-mm와 38-mm에 대해서, SBL은 6/16-inch와 8/16-inch에 대해서 실험이 진행되었다. 실험의 결과로 유량과 압력, 그리고 UH를 도출하였으며, 실험결과를 SBSP의 시뮬레이션 결과와 비교, 분석하였다. UH 측면에서 SBSP가 수조의 총 높이 대비 2.5 %의 오차로 실험결과를 잘 예측하는 것을 관찰하였다. 그러므로 SBSP를 이용한 다양한 규모의 사이펀 차단기 설계가 가능한 것을 확인하였다.
원자력발전소에서 사용되고 있는 핵연료 피복관은 핵분열 생성물들의 외부 유출을 방지하기 위해 고온 고압의 냉각수 분위기에서 우수한 산화저항성을 가져야 한다. 그러나 후쿠시마 원전사고의 LOCA(Loss-Of-Coolant-Accident)와 같은 중대사고에서 핵연료의 피복관과 수증기 사이의 격렬한 반응으로 인해 급격한 고온산화를 동반한 다량의 수소발생으로 수소폭발을 방지하기 위한 핵연료의 개발이 요구되고 있다. 이에 따라 핵연료 피복관의 안전성 향상을 위해 내방사선성이 우수하며 높은 강도와 산화, 부식에 대한 내화학적 안정성 및 우수한 열전도도 의 특성을 갖는 SiC와 같은 구조용 세라믹스가 활발히 연구되고 있다. $SiC_f/SiC$ 복합체 보호막 금속 피복관은 지르코늄 피복관 튜브에 SiC 섬유를 필라멘트 와인딩 한 후 Polycarbosilane을 polymer로 함침하여 기지상을 형성하는 공정을 이용하였다. 따라서 이렇게 제조한 $SiC_f/SiC$ 복합체 금속 피복관을 Drop Tube Furnace를 이용한 열충격에 따른 시편의 산화 및 미세조직을 분석하였다.
프랑스의 1300 MWe 급(級) 표준(標準) P'4형 PWR 원전(原電)의 일차냉각재상실사고(一次冷却材喪失事故)(LOCA)시(時) 원전(原電) 주제어가내(主制御家內) 운전원(運轉員)에 대한 고사선(故射線) 피습선량(被濕線量)을 계산하여 주제어실(主制御室)의 체류안전성(滯留安全性)을 평가(評價)하였다. 본(本) 평가(評價)에서 사용(使用)된 제가정(諸假定)은 프랑스의 표준안전성분석보고서(漂準安全性分析報告書)에 따랐다. 본(本) 평가(評價)를 위하여 LOCA 사고시(事故時) 원자로건물외(原子爐建物外)로 방출(放出)되는 방사핵종(放射核種)의 방사능(放射能), 주제어실(主制御室)에서의 체적인자(體積因子) 및 제어실내(制御室內) 운전원(運轉員)의 전신(全身) 및 갑상선(甲狀膳) 피폭선량(被爆線量)을 사고발생후(事故發生後) 30일까지 전산(電算)할 수 있는 간단한 전산(電算)프로그램, COREX를 개발(開發)하였다. 본(本) 연구(硏究)에서 얻어진 계산결과(計算結果)는 대체적으로 프랑스의 EDF(불란서 전력주식회사(電力株式會社) 에서 제안(提案)한 결과(結果)와 대체적으로 잘 일치(一致)하였으나, 전신외부피폭선량(全身外部被爆線量)의 값은 일부(一部) 체적인자(體積因子) 값의 차이로 인(因)하여 일부 편차(偏差)를 보였다.
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.
Fang Zhao ;Shuliang Zou ;Shoulong Xu ;Junlong Wang;Tao Xu;Dewen Tang
Nuclear Engineering and Technology
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제54권12호
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pp.4560-4570
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2022
Dynamic fault tree (DFT) and its related research methods have received extensive attention in safety analysis and reliability engineering. DFT can perform reliability modelling for systems with sequential correlation, resource sharing, and cold and hot spare parts. A technical modelling method of DFT is proposed for modelling ship collision accidents and loss-of-coolant accidents (LOCAs). Qualitative and quantitative analyses of DFT were carried out using the cutting sequence (CS)/extended cutting sequence (ECS) method. The results show nine types of dynamic fault failure modes in ship collision accidents, describing the fault propagation process of a dynamic system and reflect the dynamic changes of the entire accident system. The probability of a ship collision accident is 2.378 × 10-9 by using CS. This failure mode cannot be expressed by a combination of basic events within the same event frame after an LOCA occurs in a marine nuclear reactor because the system contains warm spare parts. Therefore, the probability of losing reactor control was calculated as 8.125 × 10-6 using the ECS. Compared with CS, ECS is more efficient considering expression and processing capabilities, and has a significant advantage considering cost.
KIM, DONG YEONG;KIM, JU HYUN;YOO, KWAE HWAN;NA, MAN GYUN
Nuclear Engineering and Technology
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제47권2호
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pp.139-147
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2015
Recently, severe accidents in nuclear power plants (NPPs) have become a global concern. The aim of this paper is to predict the hydrogen buildup within containment resulting from severe accidents. The prediction was based on NPPs of an optimized power reactor 1,000. The increase in the hydrogen concentration in severe accidents is one of the major factors that threaten the integrity of the containment. A method using a fuzzy neural network (FNN) was applied to predict the hydrogen concentration in the containment. The FNN model was developed and verified based on simulation data acquired by simulating MAAP4 code for optimized power reactor 1,000. The FNN model is expected to assist operators to prevent a hydrogen explosion in severe accident situations and manage the accident properly because they are able to predict the changes in the trend of hydrogen concentration at the beginning of real accidents by using the developed FNN model.
Alan Matias Avelar;Fabio de Camargo;Vanessa Sanches Pereira da Silva;Claudia Giovedi;Alfredo Abe;Marcelo Breda Mourao
Nuclear Engineering and Technology
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제55권1호
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pp.156-168
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2023
This study investigates the high temperature oxidation behaviour of a Ni-20Cr-1.2Si (wt.%) alloy in steam from 1200 ℃ to 1350 ℃ by Thermogravimetric Analysis (TGA), Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS) and X-ray Diffraction (XRD). The results demonstrate that exposed Ni-based alloy developed a thin oxide scale, consisted mainly of Cr2O3. The oxidation kinetics obtained from the experimental results was applied to evaluate the hydrogen generation considering a simplified reactor core model with different cladding alloys following an unmitigated Loss-Of-Coolant Accident (LOCA) scenario in a hypothetical Small Modular Reactor (SMR). Overall, experimental data and simulations results show that both Fe-based and Ni-based alloys may enhance cladding survivability, delaying its melting, as well as reducing hydrogen generation under accident conditions compared to Zr-based alloys. However, a substantial neutron absorption occurs when Ni-based alloys are used as cladding for current uranium-dioxide fuel systems, even when compared to Fe-based alloys.
When the Fukushima nuclear power plant accident occurred in March, a hydrogen explosion in the reactor building at the 4th unit of Fukushima plants lead to a big surprise because the full core of the unit 4 reactor had been moved and stored underwater at the spent nuclear fuel storage pool for periodic maintenance. It was because the potential criticality in the fuel storage pool by coolant loss may yield more severe situation than the similar accident happened inside the reactor vessel. In the paper, the safety state of the spent fuel storage pool and rack structures of the domestic nuclear plants would be reviewed and compared with the Fukushima plant case by engineering viewpoint of potential severe accidents.
A CATHENA model for the reactor regulating system is developed and tested independently. A CATHENA plant model is created by combining this model with the reference CATHENA model which has been developed to analyze a loss-of-coolant accident (LOCA) for the Wolsong 2 generating station. This model is intended to provide a trip coverage analysis capability. The CATHENA reactor regulating system model includes the demand power routine. the light water zone control absorbers, mechanical control absorbers and adjusters. The CATHENA model is tested for steady state at 103% full power. A postulated accident transient (small LOCA) was also tested. The results show that the control routines in CATHENA were set up properly.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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