Al Awad, Abdulrahman S.;Habashy, Abdalla;Metwally, Walid A.
Nuclear Engineering and Technology
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v.50
no.5
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pp.709-716
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2018
A criticality safety analysis was performed for the APR-1400 spent fuel pool region-II to ensure the safe storage of spent fuel, with credit taken for depletion and in-rack neutron absorbers (Metamic panels). PLUS7 fuel assembly was modeled using TRITON-NEWT of SCALE-6.1. The burnup-dependent cross-section library was generated under limiting core-operating conditions with 5%-w U-235 initial enrichment. MCNP5 was used to evaluate the neutron multiplication factor in an infinite array of rack cells with the axially nonuniformly burnt PLUS7 assemblies under normal, abnormal, and accident conditions; including all biases and uncertainties. The main purpose of this study is to investigate reactivity variations due to the critical depletion and reactor operation parameters. The approach, assumptions, and modeling methods were verified by analyzing the contents of the most important fissile and the associated reactivity effects. The Nuclear Regulatory Commission (NRC) guidance on k-eff being less than 1.0 for spent fuel pools filled with unborated water was the main criterion used in this study. It was found that assemblies with 49.0 GWd/MTU and 5.0 w/o U-235 initial enrichment loaded in Region-II satisfy this criterion. Moreover, it was found that the end effect resulted in a positive bias, thus ensuring its consideration.
The International Atomic Energy Agency (IAEA) mandates safeguards to ensure non-proliferation of nuclear materials. Among inspection techniques used to detect partial defects within spent nuclear fuel (SNF), gamma emission tomography (GET) has been reported to be reliable for detection of partial defects on a pin-by-pin level. Conventional GET, however, is limited by low detection efficiency due to the high density of nuclear fuel rods and self-absorption. This paper proposes a new type of GET named Spent Fuel Internal Tomography (SFIT), which can acquire sinograms at the guide tube. The proposed device consists of the housing, shielding, C-shaped collimator, reflector, and gadolinium aluminum gallium garnet (GAGG) scintillator. For accurate attenuation correction, the source-distinguishable range of the SFIT device was determined using MC simulation to the region away from the proposed device to the second layer. For enhanced inspection accuracy, a proposed specific source-discrimination algorithm was applied. With this, the SFIT device successfully distinguished all source locations. The comparison of images of the existing and proposed inspection methods showed that the proposed method, having successfully distinguished all sources, afforded a 150 % inspection accuracy improvement.
Hey Min Park;Tae Young Kim;Yang Soo Song;Un Jang Lee;Cheol Min Ham
Journal of Radiation Industry
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v.17
no.1
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pp.119-125
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2023
Burnup of spent nuclear fuel should be determined accurately for the safety storage of spent nuclear fuel. In this study, a gamma detection system was developed as a part of basic research to measure the burnup of spent nuclear fuel, and its performance was evaluated using a calibration source. The prototype of the gamma detection system was based on a semiconductor sensor using a CZT (Cadmium Zinc Telluride). For quantitative evaluation, tests were conducted using 137Cs, 134Cs and 252Cf calibration source. In the performance evaluation, Its field applicability was verified by assessing the energy resolution, the detection linearity and the shielding attenuation according to the nuclide.
An integrated approach of model simplification for high burnup spent nuclear fuel is proposed based on material calibration using optimization. The spent fuel rods are simplified into a beam with a homogenous isotropic material. The proposed approach of model simplification is applied to fuel rods with two kinds of interfacial configurations between the fuel pellets and cladding. The differences among the generated models and the effects of interfacial bonding efficiency are discussed. The strategy of model simplification adopted in this work is to force the simplified beam model of spent fuel rods to possess the same compliance and failure characteristics under critical loads as those that result in the failure of detailed fuel rod models. It is envisioned that the simplified model would enable the assessment of fuel rod failure through an assembly-level analysis, without resorting to a refined model for an individual fuel rod. The effective material properties of the simplified beam model were successfully identified using the integrated optimization process. The feasibility of using the developed simplified beam models in dynamic impact simulations for a horizontal drop condition is examined, and discussions are provided.
Proceedings of the Korean Radioactive Waste Society Conference
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2018.11a
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pp.104-104
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2018
Kori Unit 1 is the first permanent shutdown nuclear power plant in Korea and it is on June 18th, 2017. Spent fuel assemblies began to be discharged from the reactor core to the spent fuel pool(SFP) within one week after shutdown of Kori unit 1 and the campaign was completed on June 27th, 2017. The total number of spent nuclear fuel assemblies in SFP of Kori Unit-1 is 485 and their discharging date is different respectively. So, decay heat was evaluated considering the actual enrichment, operation history and cooling time of the spent fuel assemblies stored in SFP of the Kori Unit-1. The code used in the evaluation is the ORIGEN-based CAREPOOL system developed by KHNP. Decay heat calculation of PWR fuel is based on ANSI/ANS 5.1-2005, "Decay heat power in light water reactors" and ISO-10645, "Nuclear energy - Light water reactors - Calculation of the decay heat power in nuclear fuels. Also, we considered the contribution of fission products, actinide nuclides, neutron capture and radioactive material in decay heat calculation. CAREPOOL system calculates the individual and total decay heat of all of the spent fuel assemblies in SFP of Kori Unit-1. As a result, the total decay heat generated in SFP on June 28th, 2017 when the spent fuel assemblies were discharged from the reactor core, is estimated to be about 4,185.8 kw and to be about 609.5 kw on September 1st, 2018. It was also estimated that 119.6 kw is generated in 2050 when it is 32 years after the permanent shutdown. Figure 1 shows the trend of total decay heat in SFP of Kori Unit-1.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.19
no.4
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pp.491-501
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2021
This paper aims to evaluate the mechanical integrity for Spent Nuclear Fuel (SNF) cladding under lateral loads during transportation. The evaluation process requires a conservative consideration of the degradation conditions of SNF cladding, especially the hydride effect, which reduces the ductility of the cladding. The dynamic forces occurring during the drop event are pinch force, axial force and bending moment. Among those forces, axial force and bending moment can induce transverse tearing of cladding. Our assessment of 14 × 14 PWR SNF was performed using finite element analysis considering SNF characteristics. We also considered the probabilistic procedures with a Monte Carlo method and a reliability evaluation. The evaluation results revealed that there was no probability of damage under normal conditions, and that under accident conditions the probability was small for transverse failure mode.
In order to investigate a nitriding process of spent oxide fuel and the subsequent change in thermal properties after nitriding, simulated spent fuel powder was converted into a nitride pellet with simulated fission product elements through a carbothermic reduction process. Nitriding rate of simulated spent fuel was decreased with increasing of the amount of fission products. Contents of Ba and Sr in simulated spent fuel were decreased after the carbothermic reduction process. The thermal conductivity of the nitride pellet was decreased by an addition of fission product element but was higher than that of the oxide fuel containing fission product elements.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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1997.10a
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pp.617-620
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1997
In this paper, the thermal stress analysis of spent nuclear fuel disposal canister in a deep repository at 500m underground is done for the underground pressure variation. Since the nuclear fuel disposal usually emits much heat and radiation, its careful treatment is required. And so a long term safe repository at a deep bedrock is used. Under this situation, the canister experiences some mechanical external loads such as hydrostatic pressure of underground water, swelling pressure of bentonite buffer, and the thermal load due to the heat generation of spent nuclear fuel in the basket etc.. Hence, the canister should be designed to designed to withstand these loads. In this paper, the thermal stress analysis is done using the finite element analysis code, NISA.
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