Spacer grids play an important role in maintaining the proper form of the fuel assembly structure and ensuring the safety of reactor core design. This study applies the Monte Carlo method to the analysis of the neutronics effects of spacer grids in a typical pressurized water reactor (PWR). The core problem used to analyze the neutronics effects of spacer grids is a modified version of Korea Advanced Institute of Science and Technology benchmark problem 1B, based on an Advanced Power Reactor 1400 (APR1400) core model. The spacer grids are modeled and added to this test problem in various ways. Then, by running MCNP5 for all cases of spacer grid modeling, some important numerical results, such as the effective multiplication factor, the spatial distributions of neutron flux, and its energy spectrum are obtained. The numerical results of each case of spacer grid modeling are analyzed and compared to assess which type has more advantages in accuracy of numerical results and effectiveness in terms of geometry building. The conclusion is that the most realistic modeling for Monte Carlo calculation is the "volume-preserving" streamlined heterogeneous spacer grids, but the "banded" dissolution spacer grids modeling is a more practical yet accurate model for routine (deterministic) analysis.
Park, Jinsu;Lee, Hyunsuk;Tak, Taewoo;Shin, Ho Cheol;Lee, Deokjung
Nuclear Engineering and Technology
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v.49
no.1
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pp.6-16
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2017
This study presents a coolant void reactivity analysis of Canada Deuterium Uranium (CANDU)-6 and Advanced Canada Deuterium Uranium Reactor-700 (ACR-700) fuel lattices using a Monte Carlo code. The reactivity changes when the coolant was voided were assessed in terms of the contributions of four factors and spectrum shifts. In the case of single bundle coolant voiding, the contribution of each of the four factors in the ACR-700 lattice is large in magnitude with opposite signs, and their summation becomes a negative reactivity effect in contrast to that of the CANDU-6 lattice. Unlike the coolant voiding in a single fuel bundle, the $2{\times}2$ checkerboard coolant voiding in the ACR-700 lattice shows a positive reactivity effect. The neutron current between the no-void and voided bundles, and the four factors of each bundle were analyzed to figure out the mechanism of the positive coolant void reactivity of the checkerboard voiding case. Through a sensitivity study of fuel enrichment, type of burnable absorber, and moderator to fuel volume ratio, a design strategy for the CANDU reactor was suggested in order to achieve a negative coolant void reactivity even for the checkerboard voiding case.
Gerardin, Delphine;Uggenti, Anna Chiara;Beils, Stephane;Carpignano, Andrea;Dulla, Sandra;Merle, Elsa;Heuer, Daniel;Laureau, Axel;Allibert, Michel
Nuclear Engineering and Technology
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v.51
no.4
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pp.1024-1031
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2019
The Molten Salt Fast Reactor (MSFR) with its liquid circulating fuel and its fast neutron spectrum calls for a new safety approach including technological neutral methodologies and analysis tools adapted to early design phases. In the frame of the Horizon2020 program SAMOFAR (Safety Assessment of the Molten Salt Fast Reactor) a safety approach suitable for Molten Salt Reactors is being developed and applied to the MSFR. After a description of the MSFR reference design, this paper focuses on the identification of the Postulated Initiating Events (PIEs), which is a core part of the global assessment methodology. To fulfil this task, the Functional Failure Mode and Effect Analysis (FFMEA) and the Master Logic Diagram (MLD) are selected and employed separately in order to be as exhaustive as possible in the identification of the initiating events of the system. Finally, an extract of the list of PIEs, selected as the most representative events resulting from the implementation of both methods, is presented to illustrate the methodology and some of the outcomes of the methods are compared in order to highlight symbioses and differences between the MLD and the FFMEA.
Bedenko, Sergey V.;Arzhannikov, Andrey V.;Lutsik, Igor O.;Prikhodko, Vadim V.;Shmakov, Vladimir M.;Modestov, Dmitry G.;Karengin, Alexander G.;Shamanin, Igor V.
Nuclear Engineering and Technology
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v.53
no.6
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pp.1736-1746
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2021
The results of full-scale numerical experiments of a hybrid thorium-containing fuel cell facility operating in a close-to-critical state due to a controlled source of fusion neutrons are discussed in this work. The facility under study was a complex consisting of two blocks. The first block was based on the concept of a high-temperature gas-cooled thorium reactor core. The second block was an axially symmetrical extended plasma generator of additional neutrons that was placed in the near-axial zone of the facility blanket. The calculated models of the blanket and the plasma generator of D-T neutrons created within the work allowed for research of the neutronic parameters of the facility in stationary and pulse-periodic operation modes. This research will make it possible to construct a safe facility and investigate the properties of thorium fuel, which can be continuously used in the epithermal spectrum of the considered hybrid fusion-fission reactor.
We report X-ray timing and spectral properties of the pulsar PSR J0205+6449 measured using NuSTAR and Chandra observatories. We measure the pulsar's rotation frequency ν = 15.20102357(9) s-1 and its derivative $\dot{\nu}=-4.5(1){\times}10^{-11}\;s^{-2}$ during the observation period, and model the 2-30 keV on-pulse spectrum of the pulsar with a power law having a photon index Γpsr = 1.07 ± 0.16 and a 2-30 keV flux F2-30 keV = 7.3±0.6 × 10-13 erg cm-2 s-1. The Chandra 0.5-10 keV data are analyzed for an investigation of the pulsar's thermal emission properties. We use thermal and non-thermal emission models to fit the Chandra spectra and infer the surface temperature T∞ and luminosity Lth of the neutron star to be T∞ = 0.5 - 0.8 MK and Lth = 1 - 5 × 1032 erg s-1. This agrees with previous results which indicated that PSR J0205+6449 has a low surface temperature and luminosity for its age of 800-5600 yrs.
CEFR is a small core-size sodium-cooled fast reactor (SFR) using high enrichment fuel with stainless-steel reflectors, which brings a significant challenge to the deterministic methodologies due to the strong spectral effect. The neutronic simulation of the start-up experiments conducted at the CEFR have been performed with a deterministic code system RAST-F, which is based on the two-step approach that couples a multi-group cross-section generation Monte-Carlo (MC) code and a multi-group nodal diffusion solver. The RAST-F results were compared against the measurement data. Moreover, the characteristic of neutron spectrum in the fuel rings, and adjacent reflectors was evaluated using different models for generation of accurate nuclear libraries. The numerical solution of RAST-F system was verified against the full core MC solution MCS at all control rods fully inserted and withdrawn states. A good agreement between RAST-F and MCS solutions was observed with less than 120 pcm discrepancies and 1.2% root-mean-square error in terms of keff and power distribution, respectively. Meanwhile, the RAST-F result agreed well with the experimental values within two-sigma of experimental uncertainty. The good agreement of these results indicating that RAST-F can be used to neutronic steady-state simulations for small core-size SFR, which was challenged to deterministic code system.
Heat pipe cooled nuclear reactor has been a very attractive technical solution to provide the power for deep space applications. In this paper, a 200 kWe space nuclear reactor power design has been proposed based on the combination of an integrated UN ceramic fuel, a heat pipe cooling system and the Stirling power generators. Neutronics and thermal analysis have been performed on the space nuclear reactor. It was found that the entire reactor core has at least 3.9 $ subcritical even under the worst-case submersion accident superimposed a single safety drum failure, and results from fuel temperature coefficient, neutron spectrum and power distribution analysis also showed that this reactor design satisfies the neutronics requirements. Thermal analysis showed that the power in the core can be successfully removed both in normal operation or under one or more heat pipes failure scenarios.
Nariratri Nur Aufanni;Eunhyug Lee;Taesuk Oh;Yonghee Kim
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.3
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pp.900-906
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2024
The Passively-Cooled Molten Salt Fast Reactor (PMFR) is one of the advanced design concepts of the Molten Salt Fast Reactor (MSFR) which utilizes a natural circulation for the primary loop and aims to attain a long-life operation without any means of fuel reprocessing. For an extended operation period, it is necessary to have enough fissile material, i.e., high excess reactivity, at the onset of operation. Since the PMFR is based on a fast neutron spectrum, direct implementation of a burnable absorber concept for the control of excess reactivity would be ineffective. Therefore, a localized moderator concept that encircles the active core has been envisioned for the PMFR which enables the effective utilization of a burnable absorber to achieve low reactivity swing and long-life operation. The modified PMFR design that incorporates a moderator and burnable absorber is presented, where depletion calculation is performed to estimate the reactor lifetime and reactivity swing to assess the feasibility of the proposed design. All the presented neutronic analysis has been conducted based on the Monte Carlo Serpent2 code with ENDF/B-VII.1 library.
A macroscopic cross section generation model was developed for the conceptual horizontal, compact high temperature gas reactor (HC-HTGR). Because there are many sources of spectral effects in the design and analysis of the core, conventional LWR methods have limitations for accurate simulation of the HC-HTGR using a neutron diffusion core neutronics simulator. Several super-cell model configurations were investigated to consider the spectral effect of neighboring cells. A new history variable was introduced for the existing library format to more accurately account for the history effect from neighboring nodes and reactivity control drums. The macroscopic cross section library was validated through comparison with cross sections generated using full core Monte Carlo models and single cell cross section for both 3D core steady-state problems and 2D and 3D depletion problems. Core calculations were then performed with the AGREE HTR neutronics and thermal-fluid core simulator using super-cell cross sections. With the new history variable, the super-cell cross sections were in good agreement with the full core cross sections even for problems with significant spectrum change during fuel shuffling and depletion.
In our previous works, two different spherical burnable poison particles (BPPs) as B4C and Gd2O3 in pin-in block type HTGR core had utilized to suppress the excess reactivity and to control long-term reactivity during the burnup period. In the present work, we performed the neutronic analysis of a prismatic HTGR operating at 850 ℃ with thermal power of 100 MW containing spherical and cylindrical BPPs and then studied the self-shielding effect of BPPs and shape effect. The calculations were performed when the surface area (1) or volume (2) of cylindrical BPPs equals to that of the spherical BPPs. The calculations showed that the neutronic parameters were slightly better for the second case than the first one, such as the excess reactivity of the reactor core at the beginning of the cycle were more suppressed, the core lifetime were more extended, and the fuel-burning were more efficiently. The neutron spectrum in each region of the cylindrical BBPs slightly differs than that of the spherical BPPs. Therefore, the self-shielding effect of BPPs on reactor core performance depends on the particle's geometrical shape.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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