OpenMC is a community-driven open-source Monte Carlo neutron and photon transport simulation code. The Weight Window Mesh (WWM) function and an automatic Global Variance Reduction (GVR) method was recently developed and implemented in a developmental branch of OpenMC. This WWM function and GVR method broaden OpenMC's usage in general purposes deep penetration shielding calculations. However, the Local Variance Reduction (LVR) method, which suits the source-detector problem, is still missing in OpenMC. In this work, the Weight Window Generator (WWG) function has been developed and benchmarked for the same branch. This WWG function allows OpenMC to generate the WWM for the source-detector problem on its own. Single-material cases with varying shielding and sources were used to benchmark the WWG function and investigate how to set up the particle histories utilized in WWG-run and WWM-run. Results show that there is a maximum improvement of WWM generated by WWG. Based on the above results, instructions on determining the particle histories utilized in WWG-run and WWM-run for optimal computation efficiency are given and tested with a few multi-material cases. These benchmarks demonstrate the ability of the OpenMC WWG function and the above instructions for the source-detector problem. This developmental branch will be released and merged into the main distribution in the future.
The Physical Protection System (PPS) plays an important role and must effectively deal with various adversary attacks in nuclear security. In specific single adversary path scenarios, we can calculate the PPS effectiveness by EASI (Estimated Adversary Sequence Interruption) through Probability of Interruption (PI) calculation. EASI uses a single value of the probability of detection (PD) and the probability of alarm communications (PC) in the PPS. In this study, we develop a multi-path analysis code based on EASI to evaluate the effectiveness of PPS. Our quantification method for PI considers the variability and uncertainty of PD and PC value by Monte Carlo simulation. We converted the 2-D scheme of the nuclear facility into an Adversary Sequence Diagram (ASD). We used ASD to find the adversary path with the lowest probability of interruption as the most vulnerable paths (MVP). We examined a hypothetical facility (Hypothetical National Nuclear Research Facility - HNNRF) to confirm our code compared with EASI. The results show that implementing the variability extension can estimate the PI value and its associated uncertainty. The multi-path analysis code allows the analyst to make it easier to assess PPS with more extensive facilities with more complex adversary paths. However, the variability of the PD value in each protection element allows a significant decrease in the PI value. The possibility of this decrease needs to be an important concern for PPS designers to determine the PD value correctly or set a higher standard for PPS performance that remains reliable.
Metaheuristic algorithms can work well in solving or optimizing problems, especially those that require approximation or do not have a good analytical solution. Particle swarm optimization (PSO) is one of these algorithms. The response quality of these algorithms depends on the objective function and its regulated parameters. The nonlinear nature of the pressurized light-water nuclear reactor (PWR) dynamics is a significant target for PSO. The two-point kinetics model of this type of reactor is used because of fission products properties. The proportional-integral-derivative (PID) controller is intended to control the power level of the PWR at a short-time transient. The absolute error (IAE), integral of square error (ISE), integral of time-absolute error (ITAE), and integral of time-square error (ITSE) objective functions have been used as performance indexes to tune the PID gains with PSO. The optimization results with each of them are evaluated with the number of function evaluations (NFE). All performance indexes achieve good results with differences in the rate of over/under-shoot or convergence rate of the cost function, in the desired time domain.
Two-phase flow, especially gas-liquid two-phase flow, has a wide application in industrial field. The diagnosis of two-phase flow parameters, which directly determine the flow and heat transfer characteristics, plays an important role in providing the design reference and ensuring the security of online operation of two-phase flow system. Computer tomography (CT) is a good way to diagnose such parameters with imaging method. This paper has proposed a novel image reconstruction method for thermal neutron CT of two-phase flow with improved simulated annealing (ISA) algorithm, which makes full use of the prior information of two-phase flow and the advantage of stochastic searching algorithm. The reconstruction results demonstrate that its reconstruction accuracy is much higher than that of the reconstruction algorithm based on weighted total difference minimization with soft-threshold filtering (WTDM-STF). The proposed method can also be applied to other types of two-phase flow CT modalities (such as X(𝛄)-ray, capacitance, resistance and ultrasound).
Nanbedeh, M.;Sadat-Kiai, S.M.;Aghamohamadi, A.;Hassanzadeh, M.
Nuclear Engineering and Technology
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v.52
no.5
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pp.1002-1007
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2020
The purpose of the current study was to evaluate a spectrum formulation set employed to modify the neutron spectrum of D-D fusion neutrons in a IS plasma focus device using GEANT4, MCNPX2.6, and FLUKA codes. The set consists of a moderator, reflector, collimator and filters of fast neutron and gamma radiation, which placed on the path of 2.45 MeV neutron energy. The treated neutrons eliminate cancerous tissue with minimal damage to other healthy tissue in a method called neutron therapy. The system optimized for a total neutron yield of 109 (n/s). The numerical results indicate that the GEANT4 code for the cubic geometry in the Beam Shaping Assembly 3 (BSA3) is the best choice for the energy of epithermal neutrons.
Saeed Salahi;Mahdieh Mokhtari Dorostkar ;Akbar Abdi Saray
Nuclear Engineering and Technology
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v.54
no.11
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pp.4231-4235
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2022
Considering the importance of deuterium in nuclear science including medical and industrial researches such as (BNCT) and nuclear reactors respectively, it is important to study various possible ways in addition to common methods for measuring its concentration. This study is an effort to measure deuterium concentration using PGNAA. The main idea is to calculate the area under 2.23 MeV gamma-rays photo peak resulting from neutron collision with Hydrogen atoms which are in mix with deuterium in samples. The study carried out by both simulation and experiment. Monte Carlo MCNPX2.6 code has been used for simulation and based on its acceptable results an experimental setup has been arranged. The coordination of results was in the range of R = 0.99 and R = 0.98 in simulation and experiment respectively. The accuracy of the study has been investigated by measuring the concentration of an unknown sample by both PGNAA and Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) methods in which there were acceptable correlation between these two methods.
Hydrogen production facility using very high temperature gas cooled reactor lies in situation of high temperature and corrosion which makes hydrogen release easily. In that case of hydrogen release, there lies a danger of explosion. However, from the point of thermal-hydraulics view, the long distance of them makes lower efficiency result. In this study, therefore, outlines of hydrogen production using nuclear energy are researched. Several methods for analyzing the effects of hydrogen explosion upon high temperature gas cooled reactor are reviewed. Reliability physics model which is appropriate for assessment is used. Using this model, leakage probability, rupture probability and structure failure probability of very high temperature gas cooled reactor are evaluated and classified by detonation volume and distance. Also based on standard safety criteria which is value of $1{\times}10^{-6}$, safety distance between the very high temperature gas cooled reactor and the hydrogen production facility is calculated.
Chen, Ping;Qiu, Bowen;Li, Yuanming;Wu, Yingwei;Hui, Yongbo;Deng, Yangbin;Zhang, Kun
Nuclear Engineering and Technology
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v.53
no.4
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pp.1236-1249
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2021
Although there are still controversial opinions and uncertainty on application of SiCf/SiC composite cladding as next-generation cladding material for its great oxidation resistance in high temperature steam environment and other outstanding advantages, it cannot deny that SiCf/SiC cladding is a potential accident tolerant fuel (ATF) cladding with high research priority and still in the engineering design stage for now. However, considering its disadvantages, such as low irradiated thermal conductivity, ductility that barely not exist, further evaluations of its in-pile behaviors are still necessary. Based on the self-developed code we recently updated, relevant thermohydraulic and mechanical models in FROBA-ATF were applied to simulate the cladding behaviors under normal and accident conditions in this paper. Even through steady-state performance analysis revealed that this kind of cladding material could greatly reduce the oxidation thickness, the thermal performance of UO2-SiC was poor due to its low inpile thermal conductivity and creep rate. Besides, the risk of failure exists when reactor power decreased. With geometry optimization and dopant addition in pellets, the steady-state performance of UO2-SiC was enhanced and the failure risk was reduced. The thermal and mechanical performance of the improved UO2-SiC was further evaluated under Loss of coolant accident (LOCA) and Reactivity Initiated Accident (RIA) conditions. Transient results showed that the optimized ATF had better thermal performance, lower cladding hoop stress, and could provide more coping time under accident conditions.
Xiaoquan Chen;Peng Du;Rui Tian;Zhuoyao Li;Hongkun Lian;Kun Zhuang;Sipeng Wang
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.1
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pp.364-372
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2023
The space reactor is the primary energy supply for future space vehicles and space stations. The radiator is one of the essential parts of a space reactor. Therefore, the research on radiators can improve the heat dissipation power, reduce the quality of radiators, and make the space reactor smaller. Based on MOOSE multi-physics numerical calculation platform, a simulation program for the combination of heat pipe and fin at the end of heat pipe radiator is developed. It is verified that the calculation result of this program is accurate and the calculation speed is fast. Analyze the heat transfer characteristics of the combination with heat pipe and fin, and obtain its internal temperature field. Based on the calculation results, the influence of structural parameters on the heat dissipation power is analyzed. The results show that when the fin width is 0.25 m, fin thickness is 0.002 m, condensing section length is 0.5425 m and heat pipe radius is 0.014 m, the power-mass ratio is the highest. When the temperature is 700K-900K, the heat dissipation power increases 41.12% for every 100K increase in the operating temperature. Smaller fin width and thinner fin thickness can improve the power-mass ratio and reduce the radiator quality.
Yoon, Seok Jong;Kim, Seul Been;Park, Goon Cherl;Yoon, Han Young;Cho, Hyoung Kyu
Nuclear Engineering and Technology
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v.50
no.1
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pp.54-67
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2018
There have been recent efforts to establish methods for high-fidelity and multi-physics simulation with coupled thermal-hydraulic (T/H) and neutronics codes for the entire core of a light water reactor under accident conditions. Considering the computing power necessary for a pin-by-pin analysis of the entire core, subchannel-scale T/H analysis is considered appropriate to achieve acceptable accuracy in an optimal computational time. In the present study, the applicability of in-house code CUPID of the Korea Atomic Energy Research Institute was extended to the subchannel-scale T/H analysis. CUPID is a component-scale T/H analysis code, which uses three-dimensional two-fluid models with various closure models and incorporates a highly parallelized numerical solver. In this study, key models required for a subchannel-scale T/H analysis were implemented in CUPID. Afterward, the code was validated against four subchannel experiments under unheated and heated single-phase incompressible flow conditions. Thereafter, a subchannel-scale T/H analysis of the entire core for an Advanced Power Reactor 1400 reactor core was carried out. For the high-fidelity simulation, detailed geometrical features and individual rod power distributions were considered in this demonstration. In this study, CUPID shows its capability of reproducing key phenomena in a subchannel and dealing with the subchannel-scale whole core T/H analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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