• Nuclear Engineering and Technology
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• 제55권10호
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• pp.3648-3658
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• 2023

The early localization of a fuel subassembly with a failed (wet rupture) fuel pin is very important in reactors to limit the associated radiological and operational consequences. This requires a fast and reliable system for failure detection and their localization in the core. In the Prototype Fast Breeder Reactor, the system specially designed for this purpose is Failed Fuel Location Modules (FFLM) housed in the control plug region. It identifies a failed sub-assembly by detecting the presence of delayed neutrons in the sodium from a failed sub-assembly. During the commissioning phase of PFBR, it is mandatory to demonstrate the FFLM effectiveness. The paper highlights the engineering and physics design aspects of FFLM and the integrated simulation towards its function demonstration with a source assembly containing a perforated metallic fuel pin. This test pin mimics a MOX pin of 1 cm² of geometrical defect area. At 10% power and 20% sodium flow rate, the counts rate in the BCCs of FFLM system range from 75 cps to 145 cps depending upon the position of DN source assembly. The model developed for the counts simulation is applicable to both metal and MOX pins with proper values of k-factor and escape coefficient.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권2호
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• pp.90-96
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• 2018

기성 유동상 반응기(AFBR)의 수리학적 특성을 고찰하기 위해 "무담체 모드"와 "담체 충진 모드"의 두 가지 모드에서 추적자 실험을 수행하였다. 각 모드에서 동일한 실험조건으로 실험을 수행하여 수리학적 수치들이 유도되었고 실제 반응기의 수리학적 특성파악에 필요한 데이터를 얻어 해석하였다. 두 가지모드에서의 수리학적 해석을 위해 담체는 비 반응성이고 분산계수가 상수라는 가정으로 비 반응성 추적자의 일차원-비 정상상태 농도분포의 분산모델을 사용하였다. 실험결과 담체는 반응기 내부에서의 혼합효과를 크게 증가시켰다. 담체를 충진하지 않은 경우 충진한 경우에 비해 분산계수는 최소 1자리 수 이상 작게 나타났다. 담체가 없는 경우 실험영역(Pe⦤0.83cm/s)에서 이류흐름이 지배적 흐름이었고 반응기의 흐름형태는 마개흐름형 반응기(PFR)에 근접하였다. 이 때 분산계수는 0.83cm/s까지 겉보기유속에 비례적으로 증가하였다. 그러나 담체가 충진된 경우, 흐름형태는 마개흐름형 반응기 (PFR)과 완전혼합형 반응기(CMFR)사이에 있음을 나타내었으며 분산계수는 겉보기유속이 0.41cm/s에서 거의 최대치에 도달한 후 0.82cm/s까지 유사한 수치를 나타내었다. 본 실험조건에서 분산계수는 액체 레이놀즈수(Re) 또는 입자 레이놀즈수(Rep)에 비례하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제58권2호
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• pp.235-247
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• 2020

Sulfur-Iodine cycle (SI cycle)은 요오드와 황을 첨가하여 최종적으로 물을 열화학적으로 분해하여 산소와 수소를 생산하는 공정으로 황산분해, 요오드화 수소 분해, 분젠반응 등 세가지 반응들로 이루어져 있다. 분젠 반응은 두가지 공정 중간에 존재하므로 두 반응에 필요한 화학물을 조달하는 역할로 이에 대한 상분리 및 반응기에 대한 분석이 중요하다. 본 연구에서는 50 L/hr 수소를 생산하는 pilot scale의 Sulfur-Iodine Cycle 중 분젠 공정에 대한 모사, 민감도 분석, 민감도 분석을 토대로한 각각 상분리기와 분젠 반응기에 대한 최적 조건을 제시하였다. 열역학 물성치의 계산을 위해 Electrolyte Non-Random Two Liquid (ELECNRTL) model 사용하였다. 모델에 대한 신뢰도 확보를 위해서 실제 pilot scale의 공정 데이터와 검증을 수행하였다. 반응기의 종류를 선정하기 위해 Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR)과 Plug Flow Reactor (PFR) 동일한 온도 및 부피 변화에서 SO₂ 전환율을 비교하였다. 상분리기 선정을 위해 3상 분리 시스템(기체-액체-액체)과 액체-기체 분리 후 액체-액체 구조에서 H₂SO₄ 상과 HI_X 상에서의 불순물들을 비교하였다. PFR에서 온도, 지름, 길이를 결정 변수로 SO₂ 전환율을 최대화 하기 위한 최적화를 수행하였는데, 온도 121 ℃와 PFR의 지름이 0.20 m 및 길이 7.6 m 일 때 SO₂ 전환율이 98% 최적 결과임을 확인하였다. 기존 pilot scale과 동일한 운전 조건 하에 PFR의 지름 3/8 inch, 길이 3.0 m, 120 ℃ 일 때 인입 몰량인 I₂ 및 H₂O를 결정 변수로 SO₂ 전환율에 대한 최적화를 수행하였을 때, SO₂ 전환율이 10% 일때 H₂O 및 I₂ 의 인입 몰량은 각각 17%와 22%로 감소하였다. 앞선 조업 조건 최적화 조건 (121 ℃, 지름 0.20 m, 길이: 7.6 m) 경우에는 SO₂ 전환율이 98% 일 때 H₂O가 1% 그리고 I₂가 7% 감소하였다. 상분리기에서 HI_X 상내 H₂SO₄ 최소화하는 목적함수에서 그에 상응하는 온도, I₂와 H₂O를 결정 변수로 설정하였을 때, H₂O 몰량이 기존공정보다 17% 감소하고 I₂ 몰량이 24% 감소하였을 때 최소 불순물이 생성하였다.