• Nuclear Engineering and Technology
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• 제47권6호
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• pp.700-711
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• 2015

Sodium-cooled fast breeder reactors use liquid sodium as a moderator and coolant to transfer heat from the reactor core. The main hazard associated with sodium is its rapid reaction with water. Sodium-water reaction (SWR) takes place when water or vapor leak into the sodium side through a crack on a heat-transfer tube in a steam generator. If the SWR continues for some time, the SWR will damage the surface of the defective area, causing it to enlarge. This self-enlargement of the crack is called "self-wastage phenomena." A stepwise numerical evaluation model of the self-wastage phenomena was devised using a computational code of multicomponent multiphase flow involving a sodium-water chemical reaction: sodiumwater reaction analysis physics of interdisciplinary multiphase flow (SERAPHIM). The temperature of gas mixture and the concentration of NaOH at the surface of the tube wall are obtained by a numerical calculation using SERAPHIM. Averaged thermophysical properties are used to assess the local wastage depth at the tube surface. By reflecting the wastage depth to the computational grid, the self-wastage phenomena are evaluated. A two-dimensional benchmark analysis of an SWAT (Sodium-Water reAction Test rig) experiment is carried out to evaluate the feasibility of the numerical model. Numerical results show that the geometry and scale of enlarged cracks show good agreement with the experimental result. Enlarged cracks appear to taper inward to a significantly smaller opening on the inside of the tube wall. The enlarged outer diameter of the crack is 4.72 mm, which shows good agreement with the experimental data (4.96 mm).

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제21권1호
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• pp.40-47
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• 1989

중성입자입사 장치의 효율적인 빔형성 구조를 목적으로 정전기장 내에서 하전 입자의 움직임을 시간의 흐름에 따라 계산해 볼 수 있는 프로그램을 만들어 입자 모사 모형을 찾았다. 가속관 내의 입자의 움직임은 일정 시간 간격으로 계산하였고 전위는 유한차분법에 의해 Poisson 방정식에서 구하였다. 행렬식은 반복해법인 successive overrelaxation법을 사용하였고 전하밀도와 임자에 미치는 전기장의 힘을 구할 때는 cloud-in-cell모델을 사용하였다. 이 전자계산 코드를 사용하여 가속관 내 전극의 여러 조건들을 변화시켜가면서 빔형성 구조의 최적 설계를 수행하였다. 중성자 입사 장치의 가속관에서 가속 감속-전극간의 간격변화, 감속전극의 두께 변화, 가속 전극의 형태변화 등을 통하여 이들이 빔의 모양에 끼치는 영향을 조사하여 몇 가지 경우에 있어서 일정한 시간 간격으로 나타나는 입자들의 움직임을 예시하였다. 이 입자 모사모형을 통하여 가속전극의 형태가 빔 퍼짐에 가장 주요한 역할을 하는 것을 알았다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제16권3호
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• pp.169-179
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• 1984

FIPREL 전산코드를 사용하여 원자로 냉각수 내의 핵분열 생성물에 의한 방사능을 분석함으로써 PWR의 운전시에 발생하는 핵연료 피복관 파손을 평가할 수 있는 효과적인 절차를 모색하였다. 이 코드를 이용하여 핵연료의 농축도, 연소도, 가동온도 및 갭유출계수의 크기로 정량화되는 실제적 파손 크기등의 물리적 파라미터에 대해서 핵분열 생성물의 방사능이 나타내는 민감도에 대한 방대한 계산을 실시하였으며 그 결과는 PROFIP방법에 의한 것과 대체적으로 일치한다. 노출 우라늄이 존재하는 경우에는 옥소보다도 화학적으로 더 안정된 핵종간의 방사능비에 근거하여 반복계산을 실시함으로써 파손된 핵연료 봉에서 유출된 방사능만을 분리해 낸다. 개발된 전산코드로 파손 핵연료봉의 선형출력 밀도, 갯수, 실제적 파손 크기 및 노출우라늄의 질량등을 계산할 수 있다. 고리 1호기의 4주기에 걸친 운전 경험을 이 모텔에 의해 분석한 결과에 의하면 본 모델은 원자력발전소 정상운전시 핵연료봉의 상태를 감시·평가하는데 아주 적합한 것으로 판명되었다.

• Journal of Radiation Protection and Research
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• 제47권3호
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• pp.143-151
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• 2022

Background: After the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant (FDNPP) accident, biological alterations in the natural biota, including morphological changes of fir trees in forests surrounding the power plant, have been reported. Focusing on the terminal buds involved in the morphological formation of fir trees, this study developed a method for estimating the absorbed radiation dose rate using radionuclide distribution measurements from tree organs. Materials and Methods: A phantom composed of three-dimensional (3D) tree organs was constructed for the three upper whorls of the fir tree. A terminal bud was evaluated using Monte Carlo simulations for the absorbed dose rate of radionuclides in the tree organs of the whorls. Evaluation of the absorbed dose targeted ¹³¹I, ¹³⁴Cs, and ¹³⁷Cs, the main radionuclides subsequent to the FDNPP accident. The dose contribution from each tree organ was calculated separately using dose coefficients (DC), which express the ratio between the average activity concentration of a radionuclide in each tree organ and the dose rate at the terminal bud. Results and Discussion: The dose estimation indicated that the radionuclides in the terminal bud and bud scale contributed to the absorbed dose rate mainly by beta rays, whereas those in 1-year-old trunk/branches and leaves were contributed by gamma rays. However, the dose contribution from radionuclides in the lower trunk/branches and leaves was negligible. Conclusion: The fir tree model provides organ-specific DC values, which are satisfactory for the practical calculation of the absorbed dose rate of radiation from inside the tree. These calculations are based on the measurement of radionuclide concentrations in tree organs on the 1-year-old leader shoots of fir trees. With the addition of direct gamma ray measurements of the absorbed dose rate from the tree environment, the total absorbed dose rate was estimated in the terminal bud of fir trees in contaminated forests.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2001년도 추계학술대회논문집B
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• pp.499-504
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• 2001

A validation of a 3D CFD model for predicting local subcooling of moderator in the vicinity of calandria tubes in a CANDU reactor is performed. The small scale moderator experiments performed at Sheridan Park Experimental Laboratory(SPEL) in Ontario, Canada[1] is used for the validation. Also a comparison is made between previous CFD analyses based on 2DMOTH and PHOENICS, and the current model analysis for the same SPEL experiment. For the current model, a set of grid structures for the same geometry as the experimental test section is generated and the momentum, heat and continuity equations are solved by CFX-4.3, a CFD code developed by AEA technology. The matrix of calandria tubes is simplified by the porous media approach. The standard $k-\varepsilon$ turbulence model associated with logarithmic wall treatment and SIMPLEC algorithm on the body fitted grid are used and buoyancy effects are accounted for by the Boussinesq approximation. For the test conditions simulated in this study, the flow pattern identified is a buoyancy-dominated flow, which is generated by the interaction between the dominant buoyancy force by heating and inertial momentum forces by the inlet jets. As a result, the current CFD moderator analysis model predicts the moderator temperature reasonably, and the maximum error against the experimental data is kept at less than $2.0^{\circ}C$ over the whole domain. The simulated velocity field matches with the visualization of SPEL experiments quite well.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제25권1호
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• pp.91-101
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• 1993

가압경수로형 원자로의 정상 비정상 운전시의 열수력학적 거동을 예측하기 위해서는 원자로내기포계수의 분포를 정확히 계산하는 것이 필수적이다. 이러한 기포계수의 정확한 예측을 위하여 많은 모델들이 제시되었다. 이중 drift-flux모델은 그 계산의 정확성과 간결성에 의하여 널리 사용되고 있다. 이러한 drift-flux 모델을 사용하여 보다 더 정확한 기포계수를 예측하기 위해서는 각 상간의 슬립률과 flow regime 에 따른 기포의 운동의 변화가 정확히 고려되어야 한다. Drift-flux 모델에서는 이러한 두 가지 요소가 drift-flux parameter인 $C_{o}$ 와 (equation omitted), 에서 고려된다. 본 연구에서는 이러한 $C_{o}$ 의 실험적 결정을 위하여 원자로 노심을 모사한 4개의 전열봉이 있는 비등이 발생하는 수직사각 유로를 구성하였으며, 완성된 유로내에서 기포계수의 분포 및 기포속도의 분포를 측정하였다. 국부적 기포계수 및 기포속도 분포의 측정에 사용된 방법은 이중탐침법이며 측정이 이루어진 유로내의 유동 상태는 유속이 비교적 느린 low flow rate condition이며 유로내 압력은 3기압 이하이다. 본 실험에서는 액상의 속도는 측정되지 않았으며, 따라서 $C_{o}$ 의 계산을 위하여 (equation omitted)의 실험 상관관계식을 사용하여 유로내 평균 기포계수의 함수로 나타내었다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제26권11호
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• pp.2390-2398
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• 2002

For integrity analysis of nuclear reactor pressure vessel, including the Pressurized thermal shock analysis, the fast and accurate calculation of the stress intensity factor at the crack tip is needed. For this, a simple approximation scheme is developed and the resulting stress intensity factors for axial semi-elliptical cracks in cylindrical vessel under various loading conditions are compared with those of the finite element method and other approximation methods, such as Raju-Newman's equation and ASME Sec. Xl approach. For these, three-dimensional finite-element analyses are performed to obtain the stress intensity factors for various surface cracks with t/R = 0.1. The approximation methods, incorporated in VINTIN (Vessel INTegrity analysis-INner flaws), utilizes the influence coefficients to calculate the stress intensity factor at the crack tip. This method has been compared with other solution methods including 3-D finite clement analysis for internal pressure, cooldown, and pressurized thermal shock loading conditions. The approximation solutions are within $\pm$2.5% of the those of FEA using symmetric model of one-forth of a vessel under pressure loading, and 1-3% higher under pressurized thermal shock condition. The analysis results confirm that the VINTIN method provides sufficiently accurate stress intensity factor values for axial semi-elliptical flaws on the surface of the reactor pressure vessel.

• 방사성폐기물학회지
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• 제9권1호
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• pp.23-32
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• 2011

한국형 기준 처분시스템의 공학적 방벽에서의 열-수리-역학 복합 현상을 실증하기 위한 공학적 규모 실증실험 장치인 KENTEX에서 얻은 열, 수리, 역학적 실험 데이터를 이용하여 벤토나이트의 포화공정을 해석하였다. ABAQUS를 사용한 모델계산의 함수율과 실험 결과의 비교에서 불포화 영역에서는 온도상승으로 인해 초기 수분이 감소하는 수분 재분포 공정을 모델에 포함시키지 않아 함수율의 차가 컸다. 포화 영역에서는 실험에서 초기 수분보다 낮은 함수율에서부터 지하수로 포화가 진행되지만 모델과 실험에서 얻은 함수율 값의 차이가 점점 감소해 완전포화에 도달할 때에는 두 함수율 값이 거의 비슷한 결과를 보여주였다. 포화도 약 95%에 이르는 시간은 실험결과와 계산 결과가 서로 비슷한 약 500일 정도로 예측할 수 있었다. 그리고 불포화 영역의 수분 재분포가 벤토나이트의 완전포화에 도달하는 시간에는 큰 영향을 미치지 않는 것으로 분석되었다. 따라서 본 해석기법을 사용하면 지하처분연구시설의 완충재인 벤토나이트의 포화시간을 예측할 수 있을 것으로 판단된다.

• 방사성폐기물학회지
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• 제9권2호
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• pp.73-80
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• 2011

한국방사성폐기물관리공단 주관 하에 개념 설계된, 연소도이득효과 적용 대용량 수송용기에 대해 방사선 차폐 안전성을 평가하였으며 여러 방사선원들이 수송용기 주변 선량률 분포에 미치는 영향을 분석하였다. 가능한 모든 방사선원(중성자선원, 감마선원, 방사화선원)들을 고려하였으며 보수적인 가상의 핵연료(너비: WH 17 RFA, 축방향: CE Type)를 선정, 실제 상황과 동일한 조건이 되도록 계산모델을 구축하였다. 모든 조건(정상 및 가상사고 조건)에서 표면선량률과 외부선량률이 법적기준치를 만족하고 있었으며 축방향 높이에 따라 각 선원들의 기여도가 변하고 있었지만 정상조건에서의 최대 표면선량률과 외부선량률은 방사화선원에 의한 영향이 가장 높은 것으로 확인되었다. 가상사고 조건에서는, 중성자선원의 선량률 기여도가 대략 90%에 달하고 있었으나 수송용기 끝단에서는 방사화선원에 의한 선량률이 급격하게 상승함에 따라 BUC 적용 수송용기의 방사선 차폐해석시 충분히 보수적으로 해석되도록 방사화선원을 정밀하게 분석하여 설정하여야 할 것으로 판단되었다.

• Journal of Radiation Protection and Research
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• 제22권1호
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• pp.47-58
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• 1997

MCNP4A 코드를 이용하여 MIRD 인형팬텀의 정면과 후방에서 입사하는 넓고 평행한 감마선빔에 대한 단위 공기커마당 유효선량 환산계수와 단위 플르언스당 장기의 등가선량을 계산하였다. 본 연구에서 고려한 감마선은 0.03-10 MeV 에너지 구간에서 20개의 단일에너지에 대해 수행되었다. 환산계수의 계산결과를 ICRP/ICRU의 연구결과 발표예정 출판물에 주어진 해당되는 값과 비교한 결과 편차 10%이내에서 일치하고 있다. 결과의 차이가 발생한 이유는 MIRD 팬텀과 ADAM/EVE 팬텀의 기하학적 차이가 주원인이며 또한 계산에 사용된 전산코드와 단면적 차이 등으로 판단된다. 특정 식도 모델을 사용한 결과로부터 얻어진 유효선량과 흉선과 췌장에 대한 등가선량을 채택함으로써 얻어지는 유효선량은 약간(최고 5%)의 차이를 보인다. 기타장기로부터 상부대장을 제외했을 때 본 연구에서 다루었던 감마선 선량학적 측면의 경우에서는 중요하지 않은 것으로 나타났다.