The multi-group diffusion theory is applied to the analysis of the currently constructing Kori reactor core which is to be refuelled by 3-region fuel loading pattern and also to the comparative study on a conceptually designed 5-region reactor core, under the condition that, apart from the thermal-hydraulic considerations, all the input data referred to here in are assumed to be identical for both cases. The numerical calculation is carried out for quantitative analysis of the characteristics of the two fuel loading patterns in details, and the calculated results show that, so far as the nuclear aspects are concerned, the characteristics of the 5-region reactor core are proved to be superior to those of Kori's 3-region reactor core in general.
This paper presents the detailed modelling of reactor vessel ledge region for the dynamic analysis of the coupled internals and core model. The dynamic responses due to earthquake and pipe break are calculated using the input motions of reactor vessel taken from Ulchin nuclear power plant units 3 and 4. Two different representations for detailed and simplified models of the RV ledge region are made. The dynamic responses of the reactor internals components are compared between them. Response characteristics are reported and simplified model is suggested for earthquake and pipe break analysis for the future design of the reactor internals.
Heat pipe cooled nuclear reactor has been a very attractive technical solution to provide the power for deep space applications. In this paper, a 200 kWe space nuclear reactor power design has been proposed based on the combination of an integrated UN ceramic fuel, a heat pipe cooling system and the Stirling power generators. Neutronics and thermal analysis have been performed on the space nuclear reactor. It was found that the entire reactor core has at least 3.9 $ subcritical even under the worst-case submersion accident superimposed a single safety drum failure, and results from fuel temperature coefficient, neutron spectrum and power distribution analysis also showed that this reactor design satisfies the neutronics requirements. Thermal analysis showed that the power in the core can be successfully removed both in normal operation or under one or more heat pipes failure scenarios.
This paper presents the design features and preliminary design analysis results of the Wielenga Innovation Static Salt Reactor (WISSR). The WISSR incorporates features that make it both flexible and inherently safe. It is based on innovative technology that controls a nuclear reactor by moving molten salt fuel into or out of the core. The reactor is a low-pressure, fast spectrum transuranic (TRU) burner reactor. Inherent shutdown is achieved by a large negative reactivity feedback of the liquid fuel and by the expansion of fuel out of the core. The core is made of concentric, thin annular fuel chambers containing molten fuel salt. A molten salt coolant passes between the concentric fuel chambers to cool the core. The core has both fixed and variable volume fuel chambers. Pressure, applied by helium gas to fuel reservoirs below the core, pushes fuel out of a reservoir and up into a set of variable volume chambers. A control system monitors the density and temperature of the fuel throughout the core. Using NaCl-(TRU,U)Cl3 fuel and NaCl-KCl-MgCl2 coolant, a road-transportable compact WISSR core design was developed at a power level of 1250 MWt. Preliminary neutronics and thermal-hydraulics analyses demonstrate the technical feasibility of WISSR.
During an earthquake on December 29th 2020, the Krško NPP automatically shutdown due to the trigger of the negative neutron flux rate signal on the power range nuclear instrumentation. From the time course of the detector signal, it can be concluded that the fluctuation in the detector signal may have been caused by the mechanical movement of the ex-core neutron detectors or the pressure vessel components rather than the actual change in reactor power. The objective of the analysis was to evaluate the sensitivity of the neutron flux at the ex-core detector position, if the detector is moved in the radial or axial direction. In addition, the effect of the core barrel movement and core inside the baffle movement in the radial direction were analysed. The analysis is complemented by the calculation of the thermal and total neutron flux gradient in radial, axial and azimuthal directions. The Monte Carlo particle transport code MCNP was used to study the changes in the response of the ex-core detector for the above-mentioned scenarios. Power and intermediate-range detectors were analysed separately, because they are designed differently, positioned at different locations, and have different response characteristics. It was found that the movement of the power range ex-core detector has a negligible effect on the value of the thermal neutron flux in the active part of the detector. However, the radial movement of the intermediate-range detector by 5 cm results in 7%-8% change in the thermal neutron flux in the active part of the intermediate-range detector. The analysis continued with an evaluation of the effects of moving the entire core barrel on the ex-core detector response. It was estimated that the 2 mm core barrel radial oscillation results in ~4% deviation in the power and intermediate-range detector signal. The movement of the reactor core inside baffle can contribute ~6% deviation in the ex-core neutron detector signal. The analysis showed that the mechanical movement of ex-core neutron detectors cannot explain the fluctuations in the ex-core detector signal. However, combined core barrel and reactor core inside baffle oscillations could be a probable reason for the observed fluctuations in the ex-core detector signal during an earthquake.
Advanced nuclear reactors, especially the newly developed small and micro-reactors have complex neutron spectrum, which makes the deterministic reactor core calculations sensitive to the energy group structure of few-group cross-sections. To avoid significantly increasing the cost of energy discretization in the core calculation, two energy group structures with 31 groups and 33 groups were adopted for typical thermal and fast reactor cores, respectively. Then, an adaptive scheme of group division for reactor cores with a medium neutron spectrum was proposed. The works were based on the full spectrum nuclear reactor analysis code SARAX/TULIP. An equivalent one-dimensional model of the core was proposed to capture the key neutron spectrum features of the reactor core. Such features were used to adaptively determine a few-group structure for the following reactor core calculations. Then, the neutron spectrum in different zones with more details was calculated. With this spectrum, the cross-sections were condensed into the determined energy groups. Three tests based on different neutron spectrum were calculated to verify the schemes. The results show that using the adaptive energy group division scheme, the following core calculation can meet the accuracy requirement of different reactors with different neutron spectra.
The HANARO, a multi-purpose research reactor of 30 MWth, open-tank-in-pool type, has been under normal operation since its initial criticality in February, 1995. The HANARO is composed of inlet plenum, grid plate, core channel with flow tubes and chimney. The reactor core channel is located at about twelve meters (12 m) depth of the reactor pool and cooled by the upward flow that the coolant enters the lower inlet of the plenum,. rises up through the grid plate and the core channel and comes out from the outlet of chimney. A guide tube is extended from the reactor core to the top of the reactor chimney for easily un/loading a target under the reactor normal operation. But active coolant through the core can be quickly raised up to the top of the chimney through the guide tube by a jet flow. This paper describes an analytical analysis that is the study of the flow behavior through the guide tube under reactor normal operation and unloading the target. As results, it was conformed through the analysis results that the guide jet is suppressed under the top of the chimney after modifying the orifice diameter of 37.5 mm to 31 mm.
The design of a nuclear reactor core requires basic thermal-hydraulic information concerning the heat transfer regime at which onset of nucleate boiling (ONB) will occur, the pressure drop and flow rate through the reactor core, the temperature and power distributions in the reactor core, the departure from nucleate boiling (DNB), the condition for onset of flow instability (OFI), in addition to, the critical velocity beyond which the fuel elements will collapse. These values depend on coolant velocity, fuel element geometry, inlet temperature, flow direction and water column above the top of the reactor core. Enough safety margins to ONB, DNB and OFI must-emphasized. A heat transfer package is used for calculating convection heat transfer coefficient in single phase turbulent, transition and laminar regimes. The main objective of this paper is to study the possibility of power upgrading of WWR-S research reactor from 2 to 10 MWth. This study presents a one-dimensional mathematical model (axial direction) for steady-state thermal-hydraulic design and analysis of the upgraded WWR-S reactor in which two types of plate fuel elements are employed. FOR-CONV computer program is developed for the needs of the power upgrading of WWR-S reactor up to 10 MWth.
A metal-fueled pool-type liquid metal fast reactor (LMFR) provides large margins to sodium boiling and fuel damage under accident conditions. The favorable passive safety results are obtained by both a reactivity feedback mechanism in the core and a passive decay heat removal system. Among the various reactivity feedbacks, the ones by a thermal expansion of a radial dimension of the core and by the control rod drivelines are strongly dependent on the flow conditions in the core and the hot pool, respectively. The effects of multidimensional thermal hydraulic characteristics on these reactivity feedbacks are investigated by the system-wide safety analysis code SSC-K with advanced thermal hydraulics models. Particularly a detailed three dimensional thermal hydraulics reactor core model is integrated into SSC-K for use in a whole system analysis of the passive safety aspects of LMR designs. The model provides fuel and cladding temperatures for every fuel pin in a reactor and coolant temperatures for every coolant sub-channel in the reactor.
Hyo Jun An;Jae Hyung Park;Chang Hyun Song;Jeong Ik Lee;Yonghee Kim;Sung Joong Kim
Nuclear Engineering and Technology
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제56권3호
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pp.949-958
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2024
In contrast to all-time flooded small modular reactor (SMR) systems, an in-kind flooding safety system (FSS) has been proposed as a passive safety system applicable to small modular reactors (SMRs) that adopt a metal containment vessel (MCV). Under transient conditions, the FSS can provide emergency cooling to dry reactor cavities and sustain long-term coolability using re-acquired evaporated steam in the reactor building on demand. When designing an FSS, the effect of the flooding flow area is vital as it affects the overall accident sequence and safety. Therefore, in this study, a MELCOR model of a reference SMR is developed and numerical analysis is performed under postulated accident scenarios. Without flooding, the MCV pressure of the reactor module exceeds the design pressure before core damage. To prevent core damage, an emergency flooding strategy is devised using various flow path parameters and requirements to ensure an adequate emergency coolant supply before the core damage is investigated. The results indicate that a flow area exceeding 0.02 m2 is required in the FSS to prevent MCV overpressure and core damage. This study is the first to report a strategic analysis for appropriately sizing an FSS flooding valve applicable to innovative SMRs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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