This paper presents a conceptual design for a plant-wide autonomous operation system that uses artificial intelligence techniques. The autonomous operation system has the power and ability to perform the control functions needed for the emergency operation of a nuclear power plant (NPP) with reduced operator intervention. This paper discusses the emergency operation and level of automation in an NPP and presents the design requirements for an autonomous emergency operation system (A-EOS). Then, an architecture that consists of several modules is proposed, with descriptions of the functions. Finally, this paper introduces a prototype of the suggested autonomous system that integrates the authors' previous works.
Clarke, Shaun D.;Hamel, Michael C.;Di fulvio, Angela;Pozzi, Sara A.
Nuclear Engineering and Technology
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v.49
no.6
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pp.1354-1357
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2017
Characterization of special nuclear material may be performed using energy spectroscopy of either the neutron or gamma-ray emissions from the sample. Gamma-ray spectroscopy can be performed relatively easily using high-resolution semiconductors such as high-purity germanium. Neutron spectroscopy, by contrast, is a complex inverse problem. Here, results are presented for $^{252}Cf$ and PuBe energy spectra unfolded using a single EJ309 organic scintillator; excellent agreement is observed with the reference spectra. Neutron energy spectroscopy is also possible using a two-plane detector array, whereby time-of-flight kinematics can be used. With this system, energy spectra can also be obtained as a function of position. Spatial-dependent energy spectra are presented for neutron and gamma-ray sources that are in excellent agreement with expectations.
At present, the Department of Energy (DOE) in Unite State are directing the efforts of developing accident tolerant fuel (ATF) technology. As the first barrier of nuclear fuel system, the material selection of fuel rod cladding for ATFs is a basic but very significant issue for the development of this concept. The advanced cladding is attractive for providing much stronger oxidation resistance and better in-pile behavior under sever accident conditions (such as SBO, LOCA) for giving more coping time and, of course, at least an equivalent performance under normal condition. In recent years, many researches on in-plie or out-pile physical properties of some suggested cladding materials have been conducted to solve this material selection problem. Base on published literatures, this paper introduced relevant research backgrounds, objectives, research institutions and their progresses on several main potential claddings include triplex SiC, FeCrAl and MAX phase material Ti3SiC2. The physical properties of these claddings for their application in ATF area are also reviewed in thermohydraulic and mechanical view for better understanding and simulating the behaviors of these new claddings. While most of important data are available from publications, there are still many relevant properties are lacking for the evaluations.
Ryu, Kyungha;Song, Inyoung;Lee, Taehyun;Lee, Sanghyuk;Kim, Youngjoong;Kim, Ji Hyun
Nuclear Engineering and Technology
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v.50
no.5
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pp.683-689
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2018
To evaluate equipment survivability of the polymer Viton, used in sealing materials, the effects of its thermal degradation were investigated in severe accident (SA) environment in a nuclear power plant. Viton specimens were prepared and thermally degraded at different SA temperature profiles. Changes in mechanical properties at different temperature profiles in different SA states were investigated. The thermal lag analysis was performed at calculated convective heat transfer conditions to predict the exposure temperature of the polymer inside the safety-related equipment. The polymer that was thermally degraded at postaccident states exhibited the highest change in its mechanical properties, such as tensile strength and elongation.
Monitoring of environmental radioactivity is essential for ensuring the radiological safety of residents who live near nuclear power plants. Ulsan, South Korea, is surrounded by 16 nuclear power plants, the highest density in the country. In addition, the city contains facilities for conducting radiological nondestructive testing and using radioisotopes for medical purposes. It makes the confirmation of radiological safety particularly necessary. In this study, sampling points were selected based on regional characteristics, and surface water samples were pretreated and analyzed for gross beta and gamma radiation levels. In addition, the distribution of the city's gamma dose rate was determined using a mobile monitoring system and distribution visualization program. The results showed that there is no effect on the gross beta and gamma nuclides of artificial radionuclides, and the gamma dose rate of the entire region did not exceed the environmental radiation level in South Korea overall, confirming the radiological safety of the city.
Ji Yong Kim;Seung Chang Yoo;Joo Hyung Seo;Ji Hyun Kim;In Cheol Bang
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.3
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pp.1037-1051
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2024
This paper presents the construction results and design of the UNIST Reactor Innovation platform for small modular reactors as a versatile testbed for exploring innovative technologies. The platform uses simulant fluids to simulate the thermal-hydraulic behavior of a reference small modular reactor design, allowing for cost-effective design modifications. Scaling analysis results for single and two-phase natural circulation flows are outlined based on the three-level scaling methodology. The platform's capability to simulate natural circulation behavior was validated through performance calculations using the 1-D system thermal-hydraulic code-based calculation. The strategies for evaluating cutting-edge technologies, such as the integration of a solid oxide electrolysis cell for hydrogen production into a small modular reactor, are presented. To overcome experimental limitations, the hardware-in-the-loop technique is proposed as an alternative, enabling real-time simulation of physical phenomena that cannot be implemented within the experimental facility's hardware. Overall, the proposed versatile innovation platform is expected to provide valuable insights for advancing research in the field of small modular reactors and nuclear-based hydrogen production.
Sungmin Yang;Manseok Lee;Danwoo Ko;Gyunyoung Heo;Changwoo Kang;Seung Min Woo
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.7
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pp.2666-2675
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2024
This study explores the potential for tritium production in North Korea's 5MWe graphite-moderated reactor, a facility primarily associated with nuclear weapons material production. While existing research on these reactors has largely centered on plutonium, our focus shifts to tritium, a crucial element in boosted fission bombs. Utilizing the MCNP6 code for simulations, the results estimate that North Korea can possibly produce approximately 7-12 g of tritium annually. This translates to the potential production of 1-3 boosted fission bombs each year. By incorporating tritium production into assessments of North Korea's nuclear capabilities, our methodology provides insights into the dynamics of the country's nuclear force, revealing a more diversified and complex composition than previously assumed. The findings significantly aid policymakers, regulatory bodies, and researchers in comprehending potential proliferation risks associated with graphite-moderated reactors and in developing strategies to address the nuclear threat emanating from North Korea.
Mullen, Eve;Harris, Ross;Graham, Dave;Rhodes, Chris;Hodgson, Zara
Nuclear Engineering and Technology
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v.49
no.8
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pp.1727-1732
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2017
Pyroprocessing is an alternative method of reprocessing spent fuel, usually involving the dissolving spent fuel in a molten salt media. The National Nuclear Laboratory designed, built, and commissioned a molten salt dynamics rig to investigate the transfer characteristics of molten lithium chloride-potassium chloride eutectic salt. The efficacy and flow characteristics of a high-temperature centrifugal pump and argon gas lift were obtained for pumping the molten salt at temperatures up to $500^{\circ}C$. The rig design proved suitable on an industrial scale and transfer methods appropriate for use in future molten salt systems. Corrosion within the rig was managed, and melting techniques were optimized to reduce stresses on the rig. The results obtained improve the understanding of molten salt transport dynamics, materials, and engineering design issues and support the industrialization of molten salts pyroprocessing.
The T-junction exists widely in industrial engineering, especially in nuclear power plants, which plays an important part in nuclear power reactor thermal-hydraulics. However, the existing prediction models of the liquid entrainment are mainly based on the small branches or small breaks while there are a few researches for large branches (d/D > 0.2). Referring to the classical models about the onset of liquid entrainment of the T-junction, most of previous models regard liquid as ideal working fluid and ignore surface tension. This paper aims to study the effect of surface tension on the liquid entrainment, and develops an improved model based on the reasonable assumption. The establishment of new model employs the methods of force analysis, dimensional analysis. Besides, the dimensionless Weber number is adopted innovatively into the model to show the effect of surface tension. What is more, in order to validate the new model, three kinds of working fluids with different surface tensions are creatively adopted in the experiments: water, silicone oil and ethyl alcohol. The final results show that surface tension has a nonnegligible effect on the onset of liquid entrainment in large branch T-junction. The new model is well matched with the experimental data.
Line contact structures, such as the contact between graphite brick and graphite tenon, widely exist in high-temperature gas-cooled reactors. Due to the stress concentration effect, the line contact area is one of the dangerous positions prone to failure in the nuclear reactor core. In this paper, the failure mechanism of line contact structures composed of IG11 nuclear graphite column and brick were investigated by means of experiment and finite element simulation. It was found that the failure process mainly includes three stages: firstly, the damage accumulation in nuclear graphite material led to the characteristic yielding of the line contact structure, but no macroscopic failure can be observed at this stage; secondly, the stresses near the contact area met Mohr failure criterion, and a crack initiated and propagated laterally in the contact zone, that is, local macroscopic failure occurred at this stage; finally, a second crack initiated in the contact area and developed in to a Y-shape, resulting in the final failure of the structure. This study lays a foundation for the structural design and safety assessment of high-temperature gas-cooled reactors.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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