Reducing critical boron concentration in a commercial pressurized water reactor core offers many advantages in view of safety and economics. This paper presents a preliminary investigation of a reduced-boron pressurized water reactor core to achieve a clearly negative moderator temperature coefficient at hot zero power using the newly-proposed "Burnable absorber-Integrated Guide Thimble" (BigT) absorbers. The reference core is based on a commercial OPR1000 equilibrium configuration. The reduced-boron ORP1000 configuration was determined by simply replacing commercial gadolinia-based burnable absorbers with the optimized BigT-loaded design. The equilibrium cores in this study were directly searched via repetitive Monte Carlo depletion calculations until convergence. The results demonstrate that, with the same fuel management scheme as in the reference core, application of the BigT absorbers can effectively reduce the critical boron concentration at the beginning of cycle by about 65 ppm. More crucially, the analyses indicate promising potential of the reduced-boron OPR1000 core with the BigT absorbers, as its moderator temperature coefficient at the beginning of cycle is clearly more negative and all other vital neutronic parameters are within practical safety limits. All simulations were completed using the Monte Carlo Serpent code with the ENDF/B-VII.0 library.
One of the important parts of the in-core fuel management is loading pattern optimization (LPO). The loading pattern optimization as a reasonable design of the in-core fuel management can improve both economic and safe aspects of the nuclear reactor. This work proposes the hybrid of fuzzy logic controller with harmony search algorithm (HS) for loading pattern optimization in a pressurized water reactor. The music improvisation process to find a pleasing harmony is inspiring the harmony search algorithm. In this work, the adjustment of the harmony search algorithm parameters such as the bandwidth and the pitch adjustment rate are increasing performance of the proposed algorithm which is done through a fuzzy logic controller. Hence, membership functions and fuzzy rules are designed to improve the performance of the HS algorithm and achieve optimal results. The objective of the method is finding an optimum core arrangement according to safety and economic aspects such as reduction of power peaking factor (PPF) and increase of effective multiplication factor (Keff). The proposed approach effectiveness has been tried in two cases, Michalewicz's bivariate function problem and NEACRP LWR core. The results show that by using fuzzy harmony search algorithm the value of the fitness function is improved by 15.35%. Finally, with regard to the new solutions proposed in this research it could be used as a trustworthy method for other optimization issues of engineering field.
Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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1996.05a
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pp.244-250
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1996
Uncertainties in core neutronic calculations of CASMO-3/MASTER, which is a KAERI developed core nuclear design code system, were evaluated via comparisons with measured data. Comparisons were performed with plant measurement data from one Westinghouse type and one ABB-CE type plant and two Korean standard type plants. The CASMO-3/MASTER capability and levels of accuracy are concluded to be sufficient for the neutronics design including safety related parameters related with reactivity, power distributions, temperature and power coefficients, inverse boron worth and control bank worth.
The health effects resulting from severe accidents of typical 1,000MWe KSNP(Korea Standard Nuclear Plant) PWR and typical 600MWe CANDU(CANada Deuterium Uranium) plants were estimated and compared. The population distribution of the site extending to 80km for both site were considered. The releaese fraction for various source term categories(STC) and core inventories were used in the estimation of the health effects risks by using the MACCS2(MELCOR Accident Consequence Code System2) code. Individuals are assumed to evacuate beyond 16km from the site. The health effects considered in this comparative study are early and cancer fatality risk, and the results are presented as CCDF(Complementary Cumulative Distribution Function) curves considering the occurrence probability of each STC's. According to the results, the early and cancer fatality risks of PHWR plants we lower than those of PWR plants. This is attributed the fact that the amount of radioactive mateials that released to the atmosphere resulting from the postulated severe accidents of PHWR plants are smaller than that of PWR plants. And, the dominating initiating event of STC that shows maximum early and cancer fatality risk is SGTR(Steam Generator Tube Rupture) for both plants. Therefore, the appropriated actions must be taken to reduce the occurrence probability and the amounts of radioactive materials released to the environment in order to protect the public for both PWR and PHWR plants.
Proceedings of the Korea Society for Energy Engineering kosee Conference
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2002.05a
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pp.135-141
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2002
An optimization of KTF thorium fuel assembly design was performed on the basis of the design parameter studies. Optimization goals ware to make the core have both proliferation resistance and fuel cycle economics. Four kinds of proliferation resistance indexes were used; SNS, TG, BCM, Toxicity. A new index, FEI was regarded as a limiting index for the maximization of fuel cycle economics. Optimized thorium fuel design was applied for APR-1400 reactor core. Nuclear core design procedures were examined to solve the thorium fuel reactor problems. It was shown that heterogeneous thorium fuel core option is acceptable in safety and economics aspects.
During a loss-of-coolant accident (LOCA) in the pressurized water reactor (PWR), there is a possibility that high temperature and internal pressure of the fuel rods lead to ballooning of the cladding, which causes a partial blockage of flow area in a subchannel. Such flow blockage would influence the core coolant flow, thus affecting the core heat transfer during a reflooding phase and subsequent severe accident. However, most of the system analysis codes simulate the accident process based on the assumed channel blockage ratio, resulting in the fact that the simulation results are not consistent with the actual situation. This paper integrates the developed core Fuel Rod Thermal-Mechanical Behavior analysis (FRTMB) module into the self-developed severe accident analysis code ISAA. At the same time, the existing flow blockage model is improved to make it possible to simulate the change of flow distribution due to fuel rod deformation. Finally, the ISAA-FRTMB is used to simulate the QUENCH-LOCA-0 experiment to verify the correctness and effectiveness of the improved flow blockage model, and then the effect of clad ballooning on core heat transfer and subsequent parts of core degradation is analyzed.
A dynamic time-history analysis of the coupled internals and core in the vertical direction is performed as a part of the fuel assembly qualification program. To reflect the interaction between the fuel rods and grid cage, friction element is developed and is implemented. Also derived here is a method to calculate a hydraulic force on the reactor internals due to pipe break. Peak responses are obtained for the excitations induced from earthquake and pipe break. The dynamic responses such as fuel assembly axial forces and lift-off characteristics are investigated.
Steam line break accident (SLB) in the nuclear reactor is one of the representative Non-LOCA accidents in which thermal-hydraulics and neutron kinetics are strongly coupled each other. Thus, the multi-scale and multi-physics approach is applied in this study in order to examine a realistic safety margin. An entire reactor coolant system is modelled by system scale node, whereas sub-channel scale resolution is applied for the region of interest such as the reactor core. Fuel performance code is extended to consider full core pin-wise fuel behaviour. The MARU platform is developed for easy integration of the codes to be coupled. An initial stage of the steam line break accident is simulated on the MARU platform. As cold coolant is injected from the cold leg into the reactor pressure vessel, the power increases due to the moderator feedback. Three-dimensional coolant and fuel behaviour are qualitatively visualized for easy comprehension. Moreover, quantitative investigation is added by focusing on the enhancement of safety margin by means of comparing the minimum departure from nucleate boiling ratio (MDNBR). Three factors contributing to the increase of the MDNBR are proposed: Various geometric parameters, realistic power distribution by neutron kinetics code, Radial coolant mixing including sub-channel physics model.
This Paper is to apply the well-established coarse mesh finite difference(CMFD) method to the method of characteristics(MOC) transport calculation as an acceleration scheme. The CMFD problem is first formulated at the pin-cell level with the multi-group structure To solve the cell- based multi-group CMFD problem efficiently, a two-group CMFD formulation is also derived from the multi-group CMFD formulation. The performance of the CMFD acceleration is examined for three test problems with different sizes including a realistic quarter core PWR problem. The CMFD formulation provides a significant reduction in the number of ray tracings and thus only about 9 ray tracing iterations are enough for the realistic problem. In computing time, the CMFD accelerated case is about two or three times faster than the coarse-mesh rebalancing(CMR) accelerated case.
Kim, Young-Jin;Moon, Kap-Suk;Lee, Sang-Keun;Lee, Ji-Bok;Lee, Chang-Kun
Nuclear Engineering and Technology
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v.13
no.1
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pp.1-11
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1981
The KINS (KAERI-Improved Nodal Simulation) program, a three-dimensional nodal simulation code for pressurized water reactors, has been developed and benchmarked against the first cycle of the Kori-1 reactor. The KINS program is based on the computational model used in FLARE code and has been modified to represent the PWR characteristics more explicitly. The critical boron concentration and three-dimensional power distribution at the beginning of life hot zero power have been calculated and compared with the operating data. A three-dimensional depletion calculation at the intervals of 1000 MWD/MTU turnup steps has been performed. As the result of comparison, our calculation is shown to be in excellent agreement with the operating data. It is displayed that, incorporated with the computing time, the KINS program is an effective and powerful tool for PWR core management.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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