One fundamental element of probabilistic safety assessment (PSA) is the initiating event (IE) analysis. Since IE frequencies can change over time, time-trend analysis is required to obtain optimized IE frequencies. Accordingly, such time-trend analyses have been employed to estimate industry-average IE frequencies for use in the PSAs of U.S. nuclear power plants (NPPs); existing PSAs of Korean NPPs, however, neglect such analysis in the estimation of IE frequencies. This article therefore provides the method for and results of estimating Korean industry-average IE frequencies using time-trend analysis. It also examines the effects of the IE frequencies obtained from this study on risk insights by applying them to recently updated internal events Level 1 PSA models (at-power and shutdown) for an OPR-1000 plant. As a result, at-power core damage frequency decreased while shutdown core damage frequency increased, with the related contributions from each IE category changing accordingly. These results imply that the incorporation of time-trend analysis leads to different IE frequencies and resulting risk insights. The IE frequency distributions presented in this study can be used in future PSA updates for Korean NPPs, and should be further updated themselves by adding more recent data.
The objective of this study is to estimate the occurrence probabilities of severe accident phenomena based on a fuzzy elicitation technique. Normally, it is difficult to determine these probabilities due to the lack of information on severe accident progression and the highly uncertain values currently in use. In this case, fuzzy set theory (FST) can be best exploited. First, questions were devised for expert elicitation on technical issues of severe accident phenomena. To deal with ambiguities and the imprecision of previously developed (reference) probabilities, fuzzy aggregation methods based on FST were employed to derive the occurrence probabilities of severe accidents via four phases: 1) choosing experts, 2) quantifying weighting factors for the experts, 3) aggregating the experts' opinions, and 4) defuzzifying the fuzzy numbers. In this way, this study obtained expert elicitation results in the form of updated occurrence probabilities of severe accident phenomena in the OPR-1000 plant, after which the differences between the reference probabilities and the newly acquired probabilities using fuzzy aggregation were compared, with the advantages of the fuzzy technique over other approaches explained. Lastly, the impact of applying the updated severe accident probabilities on containment integrity was quantitatively investigated in a Level 2 PSA model.
The analog-based Ex-core Neutron Flux Monitoring System (ENFMS) in Korean Nuclear Power Plants (NPPs) has been performing its intended functions successfully for a long time. On the other hand, the primary concern with the extended use of analog systems is the aging effect, such as mechanical failures, environmental degradation, and obsolescence. The transition to a digital-based Man-Machine Interface Systems (MMIS) in Korea and other countries has been accelerating, but some systems are still analog-based IC systems, such as the ENFMS in APR1400 NPPs. Digitalized ENFMS can become a reality using computers and microprocessors owing to the progress in digital electronics and information technology. This paper presents the result of the first phase of the research on the digitalization of the ENFMS signal processing electronics for NPPs operated or produced in Korea. It has two main parts: (1) review engineering bases of ex-core neutron flux monitoring system, including nuclear engineering, instrumentation techniques, and analog and digital signal processing techniques, and (2) analysis of analog signal processing electronics of ENFMS for OPR1000 and APR1400 power plants. They are prerequisite to the second phase of the research which is the detailed implementation of the digitalization.
Journal of the Korean Society of Systems Engineering
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v.16
no.2
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pp.47-58
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2020
Most of the reactor trips in Korean NPPs related to core protection systems were caused not because of proximity of boiling crisis and, consequently, a damage in the core, but due to particular miscalculations or component failures related to the core protection system. The most common core protection system applied in Korean NPPs is the Core Protection Calculator System (CPCS), which is installed in OPR1000 and APR1400 plants. It generates a trip signal to scram the reactor in case of low Departure from Nucleate Boiling Ratio (DNBR) or high Local Power Density (LPD). However, is a reactor trip necessary to protect the core? Or could a fast power reduction be enough to recover the DNBR/LPD without a scram? In order to analyze the online calculation of DNBR/LPD, and the use of fast power reduction as trip avoidance methodology, a concept of CPCS with fast power reduction function was developed in Matlab® Simulink using systems engineering approach. The system was validated with maximum of 0.2% deviation from the reference and the dynamic deviation was maximum of 12.65% for DNBR and 6.72% for LPD during a transient of 16,000 seconds.
Since Fukushima nuclear power plant (NPP) accident in 2011, the importance of research on various severe accident phenomena has been emphasized. Particularly, detailed analysis of combustion risk is necessary following the containment damage caused by combustion in the Fukushima accident. Many studies have been conducted to evaluate the risk of local hydrogen concentration increases and flame propagation using computational code. In particular, the potential for combustion by local hydrogen concentration in specific areas within the containment has been emphasized. In this study, the process of flame propagation generated inside a reactor core to containment during a loss of coolant accident (LOCA) was analyzed using MELCOR 2.1 code. Later in the LOCA scenario, it was expected that hydrogen combustion occurred inside the reactor core owing to oxygen inflow through the cold leg break area. The main driving force of the oxygen intrusion is the elevated containment pressure due to the molten corium-concrete interaction. The thermal and mechanical loads caused by the flame threaten the integrity of the containment. Additionally, the containment spray system effectiveness in this situation was evaluated because changes in pressure gradient and concentrations of flammable gases greatly affect the overall behavior of ignition and subsequent containment integrity.
Seismic fragility analysis, a part of seismic probabilistic risk assessment (SPRA), is commonly used to establish the relationship between a representative property of earthquakes and the failure probability of a structure, component, or system. Current guidelines on the SPRA of nuclear power plants (NPPs) used worldwide mainly reflect the earthquake characteristics of the western United States. However, different earthquake characteristics may have a significant impact on the seismic fragility of a structure. Given the concern, this study aimed to investigate the effects of earthquake characteristics on the seismic fragility of concrete containments housing the OPR-1000 reactor. Earthquake time histories were created from 30 ground motions (including those of the 2016 Gyeongju earthquake) by spectral matching to the site-specific response spectrum of Hanbit nuclear power plants in South Korea. Fragility curves of the containment structure were determined under the linear response history analysis using a lumped-mass stick model and 30 ground motions, and were compared in terms of earthquake characteristics. The results showed that the median capacity and high confidence of low probability of failure (HCLPF) tended to highly depend on the sustained maximum acceleration (SMA), and increase when using the time histories which have lower SMA compared with the others.
A new effective methodology for optimizing the enrichment of low-enriched zones as well as gadolinia fuel ($UO_2/Gd_2O_3$) rod designs in PLUS7 fuel assemblies was developed to minimize the maximum peak power in the core and to maximize the cycle lifetime. An automated link code was developed to integrate the genetic algorithm (GA) and the core design code package of ALPHA/PHOENIX-P/ANC and to generate and evaluate the candidates to be optimized efficiently through the integrated code package. This study introduces an optimization technique for the optimization of gadolinia fuel rod designs in order to effectively reduce the peak powers for a few hot assemblies simultaneously during the cycle. Coupled with the gadolinia optimization, the optimum enrichments were determined using the same automated code package. Applying this technique to the reference core of Ulchin Unit 4 Cycle 11, the gadolinia fuel rods in each hot assembly were optimized to different numbers and positions from their original designs, and the maximum peak power was decreased by 2.5%, while the independent optimization technique showed a decrease of 1.6% for the same fuel assembly. The lower enrichments at the fuel rods adjacent to the corner gap (CG), guide tube (GT), and instrumentation tube (IT) were optimized from the current 4.1, 4.1, 4.1 w/o to 4.65, 4.2, 4.2 w/o. The increase in the cycle lifetime achieved through this methodology was 5 effective full-power days (EFPD) on an ideal equilibrium cycle basis while keeping the peak power as low as 2.3% compared with the original design.
Shin, Ki Seok;Cheon, Keun Young;Nam, Min Woo;Min, Kyong Mahn
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.33
no.6
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pp.511-518
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2013
Steam Generator (SG) tube, as a barrier isolating the primary coolant system from the secondary side of nuclear power plants (NPP), must maintain the structural integrity for the public safety and their efficient power generation. So, SG tubes are subject to the periodic examination and the repairs if needed so that any defective tubes are not in service. Recently, corrosion related degradations were detected in the tubes of the domestic OPR-1000 NPP, as a form of axially oriented outer diameter stress corrosion cracking (ODSCC). According to the studies on the factors causing the heat fouling as well as developing corrosion cracking, densely scaled deposits on the secondary side of the SG tubes are mainly known to be problematic causing the adverse impacts against the soundness of the SG tubes [1]. Therefore, the processes of various cleaning methods efficiently to dissolve and remove the deposits have been applied as well as it is imperative to maintain the structural integrity of the tubes after exposing to the cleaning agent. So qualification test (QT) should be carried out to assess the perfection of the chemical cleaning and QT is to apply the processes and to do ECT. In this paper, the chemical cleaning processes to dissolve and remove the scaled deposits are introduced and results of ECT on the artificial crack specimens to determine the effectiveness of those processes are represented.
Shin, Sung-Hwan;Park, Jin-Ho;Yoon, Doo-Byung;Han, Soon-Woo;Kang, To
Nuclear Engineering and Technology
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v.49
no.7
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pp.1555-1562
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2017
A loose part monitoring system is used to identify unexpected loose parts in a nuclear reactor vessel or steam generator. It is still necessary for the mass estimation of loose parts, one function of a loose part monitoring system, to develop a new method due to the high estimation error of conventional methods such as Hertz's impact theory and the frequency ratio method. The purpose of this study is to propose a mass estimation method using a Markov decision process and compare its performance with a method using an artificial neural network model proposed in a previous study. First, how to extract feature vectors using discrete cosine transform was explained. Second, Markov chains were designed with codebooks obtained from the feature vector. A 1/8-scaled mockup of the reactor vessel for OPR1000 was employed, and all used signals were obtained by impacting its surface with several solid spherical masses. Next, the performance of mass estimation by the proposed Markov model was compared with that of the artificial neural network model. Finally, it was investigated that the proposed Markov model had matching error below 20% in mass estimation. That was a similar performance to the method using an artificial neural network model and considerably improved in comparison with the conventional methods.
To delineate Late Pleistocene paleoceanographic change of the West Pacific, we analyzed the oxygen and carbon isotopic ratios of two planktonic foraminifera species (G. sacculifer and N. dutertrei) from a piston core (KODOS-313) taken from the West equatorial Pacific, and they are compared with the published results of the East Pacific (ODP site 847 and RC 11-210), in terms of relative amounts and mass accumulation rates of $CaCO_3$ and eolian component, back to marine isotopic stage (MIS) 6. Differences in oxygen and carbon isotope values between two foraminifear species ($0.75%_{\circ}$ in ${\delta}^{18}O$, $0.05%_{\circ}$ in ${\delta}^{13}C$) are less than those of the East Pacific ($1.30%_{\circ}$ in ${\delta}^{18}O$, $0.14%_{\circ}$ in ${\delta}^{13}C$), which indicates smaller vertical contrasts in both temperature and nutrient between mixing-zone and thermocline in the West Pacific. Strong deviation in${\delta}^{18}O$ of G. sacculifer from SPECMAP suggests the carbonate fraction of KODOS-313 was subjected to partial dissolution by bottom water under lysocline. Lower accumulation rates of $CaCO_3$ and eolian component during glacial times are likely due to low sedimentation rate (ave. 0.75 cm/1000 yr) combined with carbonate dissolution in KODOS-313 site. However, the high $CaCO_3$ contents during the glacial periods clearly follow the general pattern of equatorial Pacific ocean.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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