Feasibility study of burn-up analysis and monitoring using delayed fast neutrons was investigated at Missouri University of Science and Technology Reactor (MSTR). Burnt and fresh fuel elements were used to collect delayed fast neutron data for different power levels. Total reactivity varied depending on the burn-up rate of fuel elements for each core configuration. The regulating rod worth was 2.07E-04 𝚫k/k/in and 1.95E-04 𝚫k/k/in for T121 and T122 core configurations at 11 inch, respectively. Delayed fast neutron spectrum of F1 (burnt) and F16 (fresh) fuel elements were analyzed further, and a strong correlation was observed between delayed fast neutron emission and burn-up. According to the analyzed peaks in burnt and fresh fuels, reactor power dependency was observed and it was determined that delayed neutron provided more reliable results at reactor powers of 50 kW and above.
Meta-heuristic algorithms have found their place in optimization problems. Henry gas solubility optimization (HGSO) is one of the newest population-based algorithms. This algorithm is inspired by Henry's law of physics. To evaluate the performance of a new algorithm, it must be used in various problems. On the other hand, the optimization of the proportional-integral-derivative (PID) gains for load-following of a nuclear power plant (NPP) is a good challenge to assess the performance of HGSO. Accordingly, the power control of a pressurized water reactor (PWR) is targeted, based on the point kinetics model with six groups of delayed-neutron precursors. In any optimization problem based on meta-heuristic algorithms, an efficient objective function is required. Therefore, the integral of the time-weighted square error (ITSE) performance index is utilized as the objective (cost) function of HGSO, which is constrained by a stability criterion in steady-state operations. A Lyapunov approach guarantees this stability. The results show that this method provides superior results compared to an empirically tuned PID controller with the least error. It also achieves good accuracy compared to an established GA-tuned PID controller.
Amini, Moharram;Zamzamian, Seyed Mehrdad;Fadaei, Amir Hossein;Gharib, Morteza;Feghhi, Seyed Amir Hosein
Nuclear Engineering and Technology
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v.53
no.10
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pp.3413-3420
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2021
Applying the available neutron flux for medical and industrial purposes is the most important application of research reactors. The neutron radiography system is used for non-destructive testing (NDT) of materials so that it is one of the main applications of nuclear research reactors. One of these research reactors is the 5 MW pool-type light water research reactor of Tehran (TRR). This work aims to investigate on materials and location of the beam tube (BT) of the TRR radiography system to improve the index parameters of BT. Our results showed that a through-type BT with 20 cm thick carbon neutron filter, 1.2 cm and 9.4 cm of the diameter of inlet (D1) and output (D2) BT, respectively gives thermal neutron flux almost 25.7, 5.6 and 1.1 times greater than the former design of the TRR (with D1 = 1.8 cm and D1 = 9.4 cm), previous design of the TRR with D1 = 3 cm and D1 = 9.4 cm, and another design with D1 = 5 cm and D1 = 9.4 cm, respectively. Therefore, the design proposed in this paper could be a better alternative to the current BT of the TRR.
Mechanical responses and failure behaviors of advanced C/C composite tube are very important for structural component design in nuclear reactor. In this study, an experimental investigation was conducted to study mechanical properties of C/C composite tube. Quasi-static compression loading was applied to a type of advanced composite tube to determine the response of the quasi-static load displacement curve during progressive damage. Acoustic emissions (AE) signals were captured and analyzed to characterize the crack formation and crack development. In addition, the crack propagation of the specimens was monitored by imaging technique and failure mode of the specimen was analyzed. FEM is appled to simulate the stress distribution. Results show that advanced C/C composite tube exhibits considerable energy absorption capability and stability in load-carrying capacity.
Guodong Qin;Yong Cheng;Aihong Ji;Hongtao Pan;Yang Yang;Zhixin Yao;Yuntao Song
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.2
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pp.498-505
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2024
In this paper, a cable-driven endoscopic manipulator (CEM) is designed for the Chinese latest compact fusion reactor. The whole CEM arm is more than 3000 mm long and includes end vision tools, an endoscopic manipulator/control system, a feeding system, a drag chain system, support systems, a neutron shield door, etc. It can cover a range of ±45° of the vacuum chamber by working in a wrap-around mode, etc., to meet the need for observation at any position and angle. By placing all drive motors in the end drive box via a cable drive, cooling, and radiation protection of the entire robot can be facilitated. To address the CEM motion control problem, a discrete trajectory tracking method is proposed. By restricting each joint of the CEM to the target curve through segmental fitting, the trajectory tracking control is completed. To avoid the joint rotation angle overrun, a joint limit rotation angle optimization method is proposed based on the equivalent rod length principle. Finally, the CEM simulation system is established. The rationality of the structure design and the effectiveness of the motion control algorithm are verified by the simulation.
El-Sefy, M.;Yosri, A.;El-Dakhakhni, W.;Nagasaki, S.;Wiebe, L.
Nuclear Engineering and Technology
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v.53
no.10
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pp.3275-3285
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2021
A Nuclear Power Plant (NPP) is a complex dynamic system-of-systems with highly nonlinear behaviors. In order to control the plant operation under both normal and abnormal conditions, the different systems in NPPs (e.g., the reactor core components, primary and secondary coolant systems) are usually monitored continuously, resulting in very large amounts of data. This situation makes it possible to integrate relevant qualitative and quantitative knowledge with artificial intelligence techniques to provide faster and more accurate behavior predictions, leading to more rapid decisions, based on actual NPP operation data. Data-driven models (DDM) rely on artificial intelligence to learn autonomously based on patterns in data, and they represent alternatives to physics-based models that typically require significant computational resources and might not fully represent the actual operation conditions of an NPP. In this study, a feed-forward backpropagation artificial neural network (ANN) model was trained to simulate the interaction between the reactor core and the primary and secondary coolant systems in a pressurized water reactor. The transients used for model training included perturbations in reactivity, steam valve coefficient, reactor core inlet temperature, and steam generator inlet temperature. Uncertainties of the plant physical parameters and operating conditions were also incorporated in these transients. Eight training functions were adopted during the training stage to develop the most efficient network. The developed ANN model predictions were subsequently tested successfully considering different new transients. Overall, through prompt prediction of NPP behavior under different transients, the study aims at demonstrating the potential of artificial intelligence to empower rapid emergency response planning and risk mitigation strategies.
This article presents clean core criticality calculations and control rod worth calculations for TRIGA (Training, Research, Isotope production-General Atomics) Mark II research reactor benchmark cores using Winfrith Improved Multi-group Scheme-D/4 (WIMS-D/4) and Program for Reactor In-core Analysis using Diffusion Equation (PRIDE) codes. Cores 133 and 134 were analyzed in 2-D (r, ${\theta}$) and 3-D (r, ${\theta}$, z), using WIMS-D/4 and PRIDE codes. Moreover, the influence of cross-section data was also studied using various libraries based on Evaluated Nuclear Data File (ENDF/B-VI.8 and VII.0), Joint Evaluated Fission and Fusion File (JEFF-3.1), Japanese Evaluated Nuclear Data Library (JENDL-3.2), and Joint Evaluated File (JEF-2.2) nuclear data. The simulation results showed that the multiplication factor calculated for all these data libraries is within 1% of the experimental results. The reactivity worth of the control rods of core 134 was also calculated with different homogenization approaches. A comparison was made with experimental and reported Monte Carlo results, and it was found that, using proper homogenization of absorber regions and surrounding fuel regions, the results obtained with PRIDE code are significantly improved.
Obaidurrahman, K.;Doshi, J.B.;Jain, R.P.;Jagannathan, V.
Nuclear Engineering and Technology
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v.42
no.3
/
pp.259-270
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2010
New generation nuclear reactors are designed using advanced safety analysis methods. A thorough understanding of different interacting physical phenomena is necessary to avoid underestimation and overestimation of consequences of off-normal transients in the reactor safety analysis results. This feature requires a multiphysics reactor simulation model. In this context, a coupled dynamics model based on a multiphysics formulation is developed indigenously for the transient analysis of large pressurized VVER reactors. Major simplifications are employed in the model by making several assumptions based on the physics of individual phenomenon. Space and time grids are optimized to minimize the computational bulk. The capability of the model is demonstrated by solving a series of international (AER) benchmark problems for VVER reactors. The developed model was used to analyze a number of reactivity transients that are likely to occur in VVER reactors.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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