SiPMs are generally coupled into whole columns in gamma energy spectrum measurement, but the relationship between the distribution of whole SiPM columns and the energy resolution of the measured energy spectra is rarely reported. In this work, ∅ 3 × 3 inch NaI scintillator is placed on an 8 × 8 SiPM array, and the energy resolution of the 137Cs peak at 662 keV corresponding to the γ-ray is selected as a reference. Each SiPM is switched to explore the influence of the number of SiPM arrays, distribution position, and reflective layer on the energy resolution of SiPMs. Results show that without coupling, the energy resolution is greatly improved when the number of SiPMs ranges from 4 to 32. However, after 32 slices (the area covered by SiPMs relative to the scintillator reaches 25.9%), the improvement in energy resolution and total pulse count is not obvious. In addition, the position of SiPMs relative to the scintillator does not exert much impact on the energy resolution. Results also indicate that by adding a reflective film (ESR), the energy resolution of the tested group increases by 10.38% on average. This work can provide a reference for the design and application of miniaturized SiPM gamma spectrometers.
To model the atmospheric dispersion of radionuclides released from nuclear accident is very important for nuclear emergency. But the uncertainty of model parameters, such as source term and meteorological data, may significantly affect the prediction accuracy. Data assimilation (DA) is usually used to improve the model prediction with the measurements. The paper proposed a parameter bias transformation method combined with Lagrangian puff model to perform DA. The method uses the transformation of coordinates to approximate the effect of parameters bias. The uncertainty of four model parameters is considered in the paper: release rate, wind speed, wind direction and plume height. And particle swarm optimization is used for searching the optimal parameters. Twin experiment and Kincaid experiment are used to evaluate the performance of the proposed method. The results show that the proposed method can effectively increase the reliability of model prediction and estimate the parameters. It has the advantage of clear concept and simple calculation. It will be useful for improving the result of atmospheric dispersion model at the early stage of nuclear emergency.
Ye, Linrong;Yu, Hao;Wang, Mingjun;Wang, Qianglong;Tian, Wenxi;Qiu, Suizheng;Su, G.H.
Nuclear Engineering and Technology
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제54권1호
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pp.97-109
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2022
Multi-dimensional coupling analysis is a research hot spot in nuclear reactor thermal hydraulic study and both the full-scale system transient response and local key three-dimensional thermal hydraulic phenomenon could be obtained simultaneously, which can achieve the balance between efficiency and accuracy in the numerical simulation of nuclear reactor. A one-dimensional to three-dimensional (1D-3D) coupling platform for the nuclear reactor multi-dimensional analysis is developed by XJTU-NuTheL (Nuclear Thermal-hydraulic Laboratory at Xi'an Jiaotong University) based on the CFD code Fluent and system code RELAP5 through the Dynamic Link Library (DLL) technology and Fluent user-defined functions (UDF). In this paper, the International Standard Problem (ISP) No. 43 is selected as the benchmark and the rapid boron dilution transient in the nuclear reactor is studied with the coupling code. The code validation is conducted first and the numerical simulation results show good agreement with the experimental data. The three-dimensional flow and temperature fields in the downcomer are analyzed in detail during the transient scenarios. The strong reverse flow is observed beneath the inlet cold leg, causing the de-borated water slug to mainly diffuse in the circumferential direction. The deviations between the experimental data and the transients predicted by the coupling code are also discussed.
As a Lagrangian particle method, Moving Particle Semi-implicit (MPS) method has great capability to capture interface/surface. In recent years, the multiphase flow simulation using MPS method has become one of the important directions of its developments. In this study, some key methods for multiphase flow have been introduced. The interface tension model in multiphase flow is modified to maintain the smooth of the interface and suitable for the three-phase flow. The mass transfer at immiscible liquid interface entrained by single bubble which could occur in Molten Core-Concrete Interaction (MCCI) has been investigated using this particle method. With the increase of bubble size, the height of entrainment column also increases, but the time of film rupture is slightly different. With the increase of density ratio between the two liquids, the height of entrained column decreases significantly due to the decreasing buoyancy of the denser liquid in the lighter liquid. In addition, the larger the interface tension coefficient is, the more rapidly the entrained denser liquid falls. This study validates that the MPS method has shown great performance for multiphase flow simulation. Besides, the influence of physical parameters on the mass transfer at immiscible interface has also been investigated in this study.
Critical heat flux (CHF) has traditionally been evaluated using look-up tables or empirical correlations for nuclear power plants. However, under complex moving condition, it is necessary to reconsider the CHF characteristics since the conventional CHF prediction methods would no longer be applicable. In this paper, the additional forces caused by motions have been added to the annular film dryout (AFD) mechanistic model to investigate the effect of moving condition on CHF. Moreover, a theoretical model of the natural circulation loop with additional forces is established to reflect the natural circulation characteristics of the loop system. By coupling the system loop with the AFD mechanistic model, a CHF prediction program called NACOM for natural circulation loop under moving condition is developed. The effects of three operating conditions, namely stationary, inclination and rolling, on the CHF of the loop are then analyzed. It can be clearly seen that the moving condition has an adverse effect on the CHF in the natural circulation system. For the calculation parameters in this paper, the CHF can be reduced by 25% compared with the static value, which indicates that it is important to consider the effects of moving condition to retain adequate safety margin in subsequent thermal-hydraulic designs.
Jian Li;Jing Zhao;Zhihong Liu;Ding She;Heng Xie;Lei Shi
Nuclear Engineering and Technology
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제56권1호
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pp.147-159
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2024
Plutonium-238 has always been considered as the one of the promising radioisotopes for space nuclear power supply, which has long half-life, low radiation protection level, high power density, and stable fuel form at high temperatures. The industrial-scale production of 238Pu mainly depends on irradiating solid 237NpO2 target in high flux reactors, however the production process faces problems such as large fission loss and high requirements for product quality control. In this paper, a conceptual design study of producing 238Pu in a multi-purpose high flux reactor was evaluated and analyzed, which includes a sensitivity analysis on 238Pu production and a further study on the irradiation scheme. It demonstrated that the target structure and its location in the reactor, as well as the operation scheme has an impact on 238Pu amount and product quality. Furthermore, the production efficiency could be improved by optimizing target material concentration, target locations in the core and reflector. This work provides technical support for irradiation production of 238Pu in high flux reactors.
Due to excess reactivity, fresh nuclear fuel often contains burnable poisons. This research looks at six different burnable poisons and their impacts on reactivity, material attractiveness, and waste management. An MCNP simulation of a PWR fuel pin was performed with a fuel burnup of 60 GWd/MTHM to determine when each burnable poison fuel type would decrease below a k∞ of 1. For determining the plutonium material attractiveness in each burnable poison fuel type, the plutonium isotopic content of the used fuel was evaluated using Bathke's Figure of Merit formula. For the waste management analysis, the thermal output of each burnable poison fuel type was determined through ORIGEN decay simulations at 100 and 300 years after being discharged from the core. The performance of all six burnable poisons varied over the three criteria considered and no single burnable poison performed best in all three considerations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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