Ruslan А. Irkimbekov ;Artur S. Surayev ;Galina А. Vityuk ;Olzhas M. Zhanbolatov ;Zamanbek B. Kozhabaev;Sergey V. Bedenko ;Nima Ghal-Eh ;Alexander D. Vurim
Nuclear Engineering and Technology
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제55권4호
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pp.1439-1447
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2023
The fuel cycle characteristics of the IVG.1M reactor were studied within the framework of the research reactor conversion program to modernize the IVG.1M reactor. Optimum use of the nuclear fuel and reactor was achieved through routine methods which included partial fuel reloading combined with scheduled maintenance operations. Since, the additional problem in planning the fuel cycle of the IVG.1M reactor was the poisoning of the beryllium parts of the core, reflector, and control system. An assessment of the residual power and composition of spent fuel is necessary for the selection and justification of the technology for its subsequent management. Computational studies were performed using the MCNP6.1 program and the neutronics model of the IVG.1M reactor. The proposed scheme of annual partial fuel reloading allows for maintaining a high reactor reactivity margin, stabilizing it within 2-4 βeff for 20 years, and achieving a burnup of 9.9-10.8 MW × day/kg U in the steady state mode of fuel reloading. Spent fuel immediately after unloading from the reactor can be placed in a transport packaging cask for shipping or safely stored in dry storage at the research reactor site.
Non-reactor nuclear facilities are increasing remarkably in Korea combined with advanced technologies such as life and space engineering, and the diversification of the nuclear industry. However, the absence of a basic classification guideline related to the design of non-reactor nuclear facilities has created confusion whenever related projects are carried out. In this paper, related domestic and international technical guidelines are reviewed to present the classification criteria of non-reactor nuclear facilities in Korea. Based on these criteria, the classification of structures, systems and components (SSCs) for safety controls is presented. Using the presented classification criteria, classification of a hot cell facility, a representative non-reactor nuclear facility, was performed. As a result of the classification, the hot cell facility is classified as the hazard category 3, accordingly, the safety class was classified as non-nuclear safety, the seismic category as non-seismic (RW-IIb), and the quality class as manufacturers' standards (S).
The success history of Light Water Reactors (PWR and BWR) showed how a dominant technology could be shaped in a political and economical context. The american nuclear politics, the interest of american nuclear industry, and the accumulated technological know-hows made it possible that the not inherently safe reactor-Light Water Reactor- became a prominent reactor model. The path dependency of reactor technology on LWR kept the engineers from developing a new safer reactor, even if the severe reactor accidents occurred. In oder to increase safety of nuclear power system, we should understand the social shaping process of nuclear technology.
UPADHYAYA, BELLE R.;LISH, MATTHEW R.;HINES, J. WESLEY;TARVER, RYAN A.
Nuclear Engineering and Technology
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제47권2호
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pp.148-156
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2015
Several vendors have recently been actively pursuing the development of integral pressurized water reactors (iPWRs) that range in power levels from small to large reactors. Integral reactors have the features of minimum vessel penetrations, passive heat removal after reactor shutdown, and modular construction that allow fast plant integration and a secure fuel cycle. The features of an integral reactor limit the options for placing control and safety system instruments. The development of instrumentation and control (I&C) strategies for a large 1,000 MWe iPWR is described. Reactor system modeling-which includes reactor core dynamics, primary heat exchanger, and the steam flashing drum-is an important part of I&C development and validation, and thereby consolidates the overall implementation for a large iPWR. The results of simulation models, control development, and instrumentation features illustrate the systematic approach that is applicable to integral light water reactors.
In this study, a controller for a nuclear reactor power is designed. The reactor is modeled using the three dimensional reactor design code MASTER. From the relationship of the input and output of the reactor code, a reactor dynamic model is derived by the system identification method. This model is more realistic than the one based on mathematical theories. With this model, a robust controller is designed by the extended frequency response method. As this method has the same theoretical background as the classical method, all of the existing design techniques of the classical method can be used directly. Furthermore, by introducing the real part of a Laplacian operator into the frequency response, the control design specification can be considered at the initial stage of design. The designed controller is simple, and gives a sufficient robustness with good performance.
Improved load-following capability is one of the most important technical tasks of a pressurized water reactor. Controlling the nuclear reactor core during load-following operation leads to some difficulties. These difficulties mainly arise from nuclear reactor core limitations in local power peaking: the core is subjected to sharp and large variation of local power density during transients. Axial offset (AO) is the parameter usually used to represent the core power peaking. One of the important local power peaking components in nuclear reactors is axial power peaking, which continuously changes. The main challenge of nuclear reactor control during load-following operation is to maintain the AO within acceptable limits, at a certain reference target value. This article proposes a new robust approach to AO control of pressurized water reactors during load-following operation. This method uses robust feedback-linearization control based on the multipoint kinetics reactor model (neutronic and thermal-hydraulic). In this model, the reactor core is divided into four nodes along the reactor axis. Simulation results show that this method improves the reactor load-following capability in the presence of parameter uncertainty and disturbances and can use optimum control rod groups to maneuver with variable overlapping.
Park, Soon Ho;Kim, Dae Seop;Kim, Jae Hwan;Na, Man Gyun
Nuclear Engineering and Technology
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제46권3호
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pp.373-380
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2014
Safety-related parameters are very important for confirming the status of a nuclear power plant. In particular, the reactor vessel water level has a direct impact on the safety fortress by confirming reactor core cooling. In this study, the reactor vessel water level under the condition of a severe accident, where the water level could not be measured, was predicted using a fuzzy neural network (FNN). The prediction model was developed using training data, and validated using independent test data. The data was generated from simulations of the optimized power reactor 1000 (OPR1000) using MAAP4 code. The informative data for training the FNN model was selected using the subtractive clustering method. The prediction performance of the reactor vessel water level was quite satisfactory, but a few large errors were occasionally observed. To check the effect of instrument errors, the prediction model was verified using data containing artificially added errors. The developed FNN model was sufficiently accurate to be used to predict the reactor vessel water level in severe accident situations where the integrity of the reactor vessel water level sensor is compromised. Furthermore, if the developed FNN model can be optimized using a variety of data, it should be possible to predict the reactor vessel water level precisely.
Shirvan, Koroush;Ballinger, Ronald;Buongiorno, Jacopo;Forsberg, Charles;Kazimi, Mujid;Todreas, Neil
Nuclear Engineering and Technology
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제48권6호
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pp.1303-1314
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2016
This work examines the most viable nuclear technology options for future underwater designs that would meet high safety standards as well as good economic potential, for construction in the 2030-2040 timeframe. The top five concepts selected from a survey of 13 nuclear technologies were compared to a small modular pressurized water reactor (PWR) designed with a conventional layout. In order of smallest to largest primary system size where the reactor and all safety systems are contained, the top five designs were: (1) a lead-bismuth fast reactor based on the Russian SVBR-100; (2) a novel organic cooled reactor; (3) an innovative superheated water reactor; (4) a boiling water reactor based on Toshiba's LSBWR; and (5) an integral PWR featuring compact steam generators. A similar study on potential attractive power cycles was also performed. A condensing and recompression supercritical $CO_2$ cycle and a compact steam Rankine cycle were designed. It was found that the hull size required by the reactor, safety systems and power cycle can be significantly reduced (50-80%) with the top five designs compared to the conventional PWR. Based on the qualitative economic consideration, the organic cooled reactor and boiling water reactor designs are expected to be the most cost effective options.
Numerous advanced reactor concepts have been proposed to replace light water reactors ever since their establishment as the dominant technology for nuclear energy production. While most designs seek to improve cost competitiveness and safety, the implausibility of doing so with affordable materials or existing nuclear fuel infrastructure reduces the possibility of near-term deployment, especially in developing countries. The organic nuclear concept, first explored in the 1950s, offers an attractive alternative to advanced reactor designs being considered. The advent of high temperature fluids, along with advances in hydrocracking and reforming technologies driven by the oil and gas industries, make the organic concept even more viable today. We present a simple, cost-effective, and safe small modular nuclear reactor for offshore underwater deployment. The core is moderated by graphite, zirconium hydride, and organic fluid while cooled by the organic fluid. The organic coolant enables operation near atmospheric pressure and use of plain carbon steel for the reactor tank and primary coolant piping system. The core is designed to mitigate the coolant degradation seen in early organic reactors. Overall, the design provides a power density of 40 kW/L, while reducing the reactor hull size by 40% compared with a pressurized water reactor while significantly reducing capital plant costs.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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