Feasibility study of burn-up analysis and monitoring using delayed fast neutrons was investigated at Missouri University of Science and Technology Reactor (MSTR). Burnt and fresh fuel elements were used to collect delayed fast neutron data for different power levels. Total reactivity varied depending on the burn-up rate of fuel elements for each core configuration. The regulating rod worth was 2.07E-04 𝚫k/k/in and 1.95E-04 𝚫k/k/in for T121 and T122 core configurations at 11 inch, respectively. Delayed fast neutron spectrum of F1 (burnt) and F16 (fresh) fuel elements were analyzed further, and a strong correlation was observed between delayed fast neutron emission and burn-up. According to the analyzed peaks in burnt and fresh fuels, reactor power dependency was observed and it was determined that delayed neutron provided more reliable results at reactor powers of 50 kW and above.
This paper presents the results of investigating the change in welding residual stresses of the core shroud, which is one of subcomponents in reactor vessel internals, performing finite element analysis. First, the welding residual stresses of the core shroud were calculated by applying the heat conduction based lumped pass technique and finite element elastic-plastic stress analysis. Second, the temperature distribution of the core shroud during the normal operation was calculated by performing finite element temperature analysis considering gamma heating. Third, through the finite element viscoelastic-plastic stress analysis using the calculated temperature distribution and setting the calculated residual stresses as the initial stress state, the variation of the welding residual stresses was derived according to repeating the normal operation. In the viscoelastic-plastic stress analysis, the effects of neutron irradiation on mechanical properties during the cyclic normal operations were considered by using the previously developed user subroutines for the irradiation agings such as irradiation hardening/embrittlement, irradiation-induced creep, and void swelling. Finally, the effect of neutron irradiation on the welding residual stresses was analysed for each irradiation aging. As a result, it is found that as the normal operation is repeated, the welding residual stresses decrease and show insignificant magnitudes after the 10th refueling cycle. In addition, the irradiation-induced creep/void swelling has significant mitigation effect on the residual stresses whereas the irradiation hardening/embrittlement has no effect on those.
In this study, in order to examine the applicability of computational fluid dynamics with the porous model to the analysis of APR+ (Advanced Power Reactor Plus) internal flow, simulation was conducted with the commercial multi-purpose computational fluid dynamics software, ANSYS CFX V.14. In addition, among the various reactor internals, the effect of flow skirt geometry on reactor internal flow was investigated. It was concluded that the porous model for some reactor internal structures could adequately predict the hydraulic characteristics inside the reactor in a qualitative manner. If sufficient computation resource is available, the predicted core inlet flow distribution is expected to be more accurate, by considering the real geometry of the internal structures, especially located in the upstream of the core inlet. Finally, depending on the shape of the flow skirt, the flow distribution was somewhat different locally. The standard deviation of the mass flow rate (${\sigma}$) for the original shape of flow skirt was smaller, than that for the modified shape of flow skirt. This means that the original shape of the flow skirt may give a more uniform distribution of mass flow rate at the core inlet plane, which may be more desirable for the core cooling.
HANARO, a multi-purpose research reactor, 30 MWth open-tank-in-pool type, is planning to produce a fission moly-99 of radio isotopes, a mother nuclide of Tc-99m, a medical isotope and a target handling tool is under development for loading and unloading it in a circular flow tube (OR-5) of HANARO. A guide tube is extended from the reactor core to the top of the reactor chimney for easily loading the target under a normal operation of the reactor. But active coolant through the core can be quickly raised up to the top of the chimney through the guide tube. The jet flow was suppressed in the guide tube after reducing the inner diameter of a flow restriction orifice installed in the OR-5 flow tube for adding the pressure difference in the flow tube. This paper describes an analytical analysis to calculate the flow distribution in the core of HANARO after suppressing the jet flow of the guide tube. As results, it was confirmed through the analysis results that the flow distribution in the core of HANARO were not adversely affected.
The HANARO, multi-purpose research reactor, 30 MWth open-tank-in-pool type, is planning to produce a fission moly-99 of radio isotopes, a mother nuclide of Tc-99m, a medical isotope and is under developing a target handling tool for loading and unloading it in a circular flow tube (OR-5). A guide tube is extended from the reactor core to the top of the reactor chimney for easily loading the 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. The jet flow was suppressed in the guide tube after reducing the inner diameter of a flow restriction orifice installed in the OR-5 flow tube for adding the pressure difference in the flow tube after unloading the target. This paper describes an analytical analysis to calculate the flow distribution in the core of the HANARO after suppressing the jet flow of the guide tube. As results, it was confirmed through the analysis results that the flow distribution in the core of the HANARO were not adversely affected.
Du, Xianan;Choe, Jiwon;Choi, Sooyoung;Lee, Woonghee;Cherezov, Alexey;Lim, Jaeyong;Lee, Minjae;Lee, Deokjung
Nuclear Engineering and Technology
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제51권8호
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pp.1871-1885
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2019
The deterministic MOC code STREAM of the Computational Reactor Physics and Experiment (CORE) laboratory of Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST), was initially designed for the calculation of pressurized water reactor two- and three-dimensional assemblies and cores. Since fast reactors play an important role in the generation-IV concept, it was decided that the code should be upgraded for the analysis of fast neutron spectrum reactors. This paper presents a coupled code - TULIP/STREAM, developed for the fast reactor assembly and core calculations. The TULIP code produces self-shielded multi-group cross-sections using a one-dimensional cylindrical model. The generated cross-section library is used in the STREAM code which solves eigenvalue problems for a two-dimensional assembly and a multi-assembly whole reactor core. Multiplication factors and steady-state power distributions were compared with the reference solutions obtained by the continuous energy Monte-Carlo code MCS. With the developed code, a sensitivity study of the number of energy groups, the order of anisotropic PN scattering, and the multi-group cross-section generation model was performed on the keff and power distribution. The 2D core simulation calculations show that the TULIP/STREAM code gives a keff error smaller than 200 pcm and the root mean square errors of the pin-wise power distributions within 2%.
This paper presents the verification and validation (V&V) of the STREAM/RAST-K 2.0 code system for a pressurized water reactor (PWR) analysis. A lattice physics code STREAM and a nodal diffusion code RAST-K 2.0 have been developed by a computational reactor physics and experiment laboratory (CORE) of Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) for an accurate two-step PWR analysis. The calculation modules of each code were already verified against various benchmark problems, whereas this paper focuses on the V&V of linked code system. Three PWR type reactor cores, OPR-1000, three-loop Westinghouse reactor core, and APR-1400, are selected as V&V target plants. This code system, for verification, is compared against the conventional code systems used for the calculations in nuclear design reports (NDRs) and validated against measured plant data. Compared parameters are as follows: critical boron concentration (CBC), axial shape index (ASI), assembly-wise power distribution, burnup distribution and peaking factors. STREAM/RAST-K 2.0 shows the RMS error of critical boron concentration within 20 ppm, and the RMS error of assembly power within 1.34% for all the cycles of all reactors.
This paper shows the verification work of SARAX code system in the reactor core transient calculation based on the simplified EBR-II Benchmark. The SARAX code system is an analysis package developed by Xi'an Jiaotong University and aims at the advanced reactor R&D. In this work, a neutron-photon coupled power calculation model and a spatial-dependent reactivity feedback model were introduced. To verify the models used in SARAX, the EBR-II SHRT-45R test was simplified to an ULOF transient with an input flowrate change curve by fitting from reference. With the neutron-photon coupled power calculation model, SARAX gave close results in both power fraction and peak power prediction to the reference results. The location of the hottest assembly from SARAX and reference are the same and the relative power deviation of the hottest assembly is 2.6%. As for transient analysis, compared with experimental results and other calculated results, SARAX presents coincident results both in trend and absolute value. The minimum value of core net reactivity during the transient agreed well with the reported results, which ranged from -0.3$ to -0.35$. The results verify the models in SARAX, which are correct and able to simulate the in-core transient with reliable accuracy.
Time-frequency analysis technique is an effective analysis tool for non-stationary processes. In the field of reactor neutron noise, the time-frequency analysis method has not been thoroughly researched and widely used. This work has studied the time-frequency analysis of the reactor neutron noise experimental signals under bubble disturbance and control rod vibration. First, an experimental platform was established, and it could be employed to reactor neutron noise experiment and data acquisition. Secondly, two types of reactor neutron noise experiments were performed, and valid experimental data was obtained. Finally, time-frequency analysis was conducted on the experimental data, and effective analysis results were obtained in the low-frequency part. Through this work, it can be concluded that the time-frequency analysis technique can effectively investigate the core dynamics behavior and deepen the identification of the unstable core process.
The MATRA-LMR code has been developed based on a subchannel analysis method for LMR (Liquid Metal Reactor) core subassembly thermal hydraulic design and analysis. The code was improved to allow a seven assembly calculation and can account for inter-assembly heat transfer based on a lumped parameter model. This paper describes the main modifications and improvements of the code and shows reference calculation results which compared single assembly calculation with seven assembly calculation cased for driver and blanket subassemblies of the KALIMER 150 MWe breakeven conceptual design core. KAL- IMER is a pool-type sodium cooled reactor with a thermal output of 392.0 MWth, which have inherently safe, environmentally friendly, proliferation-resistant and economically viable reactor concepts.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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