To effectively implement the integrated water management policy outlined in the National Water Management Act, it is essential to analyze agricultural water supply and demand at both basin and water district levels. Currently, agricultural water is primarily distributed through open canal systems and controlled by floodgates, yet the utilization-to-supply ratio remains at a mere 48%. In the case of agricultural water, when analyzing water balance through existing national basin water resource models (K-WEAP, K-MODISM), distortion of supply and regression occurs due to calculation of regression rate based on the concept of net water consumption. In addition, by simplifying the complex and diverse agricultural water supply system within the basin into a single virtual reservoir, it is difficult to analyze the surplus or shortage of agricultural water for each field within the basin. There are limitations in reflecting the characteristics and actual sites of rural water areas, such as inconsistencies with river and reservoir supply priority sites. This study focuses on the development of a model aimed at improving the deficiencies of current water balance analysis methods. The developed model aims to provide standardized water balance analysis nationwide, with initial application to the Anseo standard watershed. Utilizing data from 32 facilities within the standard watershed, the study conducted water balance analysis through watershed linkage, highlighting differences and improvements compared to existing methods.
In order to optimize the operational safety and reliability of the upper launcher for the CFETR ECRH system, a design of the launcher based on the remote steering concept is currently being carried out for comparison with the front steering equivalent. This paper presents the remote steering system's conceptual design and simulation analysis. A Square Corrugated Waveguide (SCW) of 65 × 65 mm has been designed with an optimized length of 9.35 m. By changing the relative length of the waveguide, the transmission efficiency of the SCW is optimized within the range of steering angles ±12°. Different error factors are investigated in detail, and corresponding acceptable error ranges are provided. Considering these error factors and ignoring ohmic losses and thermal effects, the relative transmission efficiency of the SCW is estimated to be >98 % within the steering angle range. A matching steering unit for the SCW is designed, which consists of an ellipsoidal focusing mirror and a steerable flat mirror. The detailed design of the steerable mirror motion trajectory is presented. Also, the influence of the possible beam incident errors caused by the steering unit on the transmission efficiency is analyzed in detail.
In a secondary cooling system of a sodium-cooled fast reactor (SFR), rapid detection of hydrogen due to sodium-water reaction (SWR) caused by water leakage from a heat exchanger tube of a steam generator (SG) is important in terms of safety and property protection of the SFR. For hydrogen detection, the hydrogen detectors using atomic transmission phenomenon of hydrogen within Ni-membrane were used in Japanese proto-type SFR "Monju". However, during the plant operation, detection signals of water leakage were observed even in the situation without SWR concerning temperature up and down in the cooling system. For this reason, the study of a new hydrogen detector has been carried out to improve stability, accuracy and reliability. In this research, the authors focus on the difference in composition of hydrogen and the difference between the background hydrogen under normal plant operation and the one generated by SWR and theoretically estimate the hydrogen behavior in liquid sodium by using ultra-accelerated quantum chemical molecular dynamics (UA-QCMD). Based on the estimation, dissolved H or NaH, rather than molecular hydrogen (H2), is the predominant form of the background hydrogen in liquid sodium in terms of energetical stability. On the other hand, it was found that hydrogen molecules produced by the sodium-water reaction can exist stably as a form of a fine bubble concerning some confinement mechanism such as a NaH layer on their surface. At the same time, we observed experimentally that the fine H2 bubbles exist stably in the liquid sodium, longer than previously expected. This paper describes the comparison between the theoretical estimation and experimental results based on hydrogen form in sodium in the development of the new hydrogen detector in Japan.
Vincent Dupont;Victor Blanc;Thierry Beck;Marc Lainet;Pierre Sciora
Nuclear Engineering and Technology
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제56권3호
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pp.973-979
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2024
In the framework of the Generation IV research and development project, in which the French Commission of Alternative and Atomic Energies (CEA) is involved, a main objective for the design of Sodium-cooled Fast Reactor (SFR) is to meet the safety goals for severe accidents. Among the severe ones, the Unprotected Transient OverPower (UTOP) accidents can lead very quickly to a global melting of the core. UTOP accidents can be considered either as slow during a Control Rod Withdrawal (CRW) or as fast. The paper focuses on fast UTOP accidents, which occur in a few milliseconds, and three different scenarios are considered: rupture of the core support plate, uncontrolled passage of a gas bubble inside the core and core mechanical distortion such as a core flowering/compaction during an earthquake. Several levels and rates of reactivity insertions are also considered and the thermal-mechanical behavior of an ASTRID fuel pin from the ASTRID CFV core is simulated with the GERMINAL code. Two types of fuel pins are simulated, inner and outer core pins, and three different burn-up are considered. Moreover, the feedback from the CABRI programs on these type of transients is used in order to evaluate the failure mechanism in terms of kinetics of energy injection and fuel melting. The CABRI experiments complete the analysis made with GERMINAL calculations and have shown that three dominant mechanisms can be considered as responsible for pin failure or onset of pin degradation during ULOF/UTOP accident: molten cavity pressure loading, fuel-cladding mechanical interaction (FCMI) and fuel break-up. The study is one of the first step in fast UTOP accidents modelling with GERMINAL and it has shown that the code can already succeed in modelling these type of scenarios up to the sodium boiling point. The modeling of the radial propagation of the melting front, validated by comparison with CABRI tests, is already very efficient.
Tomasz Kwiatkowski;Michal Jedrzejczyk;Afaque Shams
Nuclear Engineering and Technology
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제56권4호
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pp.1310-1319
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2024
The reactor cavity cooling system (RCCS) is a passive reactor safety system commonly present in the designs of High-Temperature Gas-cooled Reactors (HTGR) that removes heat from the reactor pressure vessel by means of natural convection and radiation. It is one of the factors responsible for ensuring that the reactor does not melt down under any plausible accident scenario. For the simulation of accident scenarios, which are transient phenomena unfolding over a span of up to several days, intermediate fidelity methods and system codes must be employed to limit the models' execution time. These models can quantify radiation heat transfer well, but heat transfer caused by natural convection must be quantified with the use of correlations for the heat transfer coefficient. It is difficult to obtain reliable correlations for HTGR RCCS heat transfer coefficients experimentally due to such a system's size. They could, however, be obtained from high-fidelity steady-state simulations of RCCSs. The Rayleigh number in RCCSs is too high for using a Direct Numerical Simulation (DNS) technique; thus, a Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) approach must be employed. There are many RANS models, each performing best under different geometry and fluid flow conditions. To find the most suitable one for simulating an RCCS, the RANS models need to be validated. This work benchmarks various RANS models against three experiments performed on the HTTR RCCS Mockup by the Japanese Atomic Energy Agency (JAEA) in 1993. This facility is a 1/6 scale model of a vessel cooling system (VCS) for the High Temperature Engineering Test Reactor (HTTR), which is operated by JAEA. Multiple RANS models were evaluated on a simplified 2d-axisymmetric geometry. They were found to reproduce the experimental temperature profiles with errors of up to 22% for the lowest temperature benchmark and 15% for the higher temperature benchmarks. The results highlight that the pragmatic turbulence models need to be validated for high Rayleigh natural convection-driven flows and improved accordingly, more publicly available experimental data of RCCS resembling experiments is needed and indicate that a 2d-axisymmetric geometry approximation is likely insufficient to capture all the relevant phenomena in RCCS simulations.
Umair Azeem;Hannan Younis;Niamat ullah;Khurram Mehboob;Muhammad Ajaz;Mushtaq Ali;Abdullah Hidayat;Wazir Muhammad
Nuclear Engineering and Technology
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제56권1호
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pp.207-215
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2024
This study focuses on measuring the levels of naturally occurring radioactivity in the soil of Swabi, Khyber Pakhtunkhwa, Pakistan, as well as the associated health hazard. Thirty (30) soil samples were collected from various locations and analyzed for 226Ra, 232Th, and 40K radioactivity levels using a High Purity Germanium detector (HPGe) gamma-ray spectrometer with a photo-peak efficiency of approximately 52.3%. The average values obtained for these radionuclides are 35.6 ± 5.7 Bqkg-1, 47 ± 12.5 Bqkg-1, and 877 ± 153 Bqkg-1, respectively. The level of 232Th is slightly higher and 40K is 2.2 times higher than the internationally recommended limit of 30 Bqkg-1 and 400 Bqkg-1, respectively. Various parameters were calculated based on the results obtained, including Radium Equivalent (Raeq), External Hazard (Hex), Absorbed Dose Rate (D), Annual Gonadal Equivalent Dose (AGDE), Annual Effective Dose Rate, and Excess Lifetime Cancer Risk (ELCR), which are 170.3 ± 24 Bqkg-1, 0.46 ± 0.06 Bqkg-1, 81.4 ± 2.04 nGy h-1, 582 ± 78.08 µSvy-1, 99.8 ± 13.5 µSv Gy-1, and 0.349 ± 0.04, respectively. These values are below the limits recommended by the United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation (UNSCEAR) in 2002. This study highlights the potential radiation threats associated with natural radioactivity levels in the soil of Swabi and provides valuable information for public health and safety.
Mohd Aizuddin Zakaria;Mohammad Khairul Azhar Abdul Razab;Mohd Zulfadli Adenan;Muhammad Zabidi Ahmad;Suffian Mohamad Tajudin;Damilola Oluwafemi Samson;Mohd Zahri Abdul Aziz
Nuclear Engineering and Technology
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제56권1호
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pp.301-308
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2024
Ceramic materials are being explored as alternatives to toxic lead sheets for radiation shielding due to their favorable properties like durability, thermal stability, and aesthetic appeal. However, crafting effective ceramics for radiation shielding entails complex processes, raising production costs. To investigate local viability, this study evaluated Malaysian ceramic tiles for shielding in diagnostic X-ray rooms. Different ceramics in terms of density and thickness were selected from local manufacturers. Energy Dispersive X-ray Fluorescence (EDXRF) and X-ray Fluorescence (XRF) characterized ceramic compositions, while Monte Carlo Particle and Heavy Ion Transport code System (MC PHITS) simulations determined Linear Attenuation Coefficient (LAC), Half-value Layer (HVL), Mass Attenuation Coefficient (MAC), and Mean Free Path (MFP) within the 40-150 kV energy range. Comparative analysis between MC PHITS simulations and real setups was conducted. The C3-S9 ceramic sample, known for homogeneous full-color structure, showcased superior shielding attributes, attributed to its high density and iron content. Notably, energy levels considerably impacted radiation penetration. Overall, C3-S9 demonstrated strong shielding performance, underlining Malaysia's potential ceramic tile resources for X-ray room radiation shielding.
This study explores the feasibility of employing (U, Th)-based accident tolerant fuels (ATFs), specifically (0.8UO2, 0.2ThO2), (0.8UN, 0.2ThN), and (0.8UC, 0.2ThC). The investigation assesses the overall performance of these proposed fuel materials in comparison to the conventional UO2, focusing on deep neutronic and thermal-hydraulic (Th) analyses. Neutronic analysis utilized the MCNPX code, while COMSOL Multiphysics was employed for thermal-hydraulic analysis. The primary objective of this research is to overcome the limitations associated with traditional UO2 fuel by exploring alternative fuel materials that offer advantages in terms of abundance and potential improvements in performance and safety. Given the limited abundance of UO2, long-term sustainable nuclear energy production faces challenges. From a neutronic standpoint, the U-Th based fuels demonstrated remarkable fuel cycle lengths, except (0.8UN, 0.2ThN), which exhibited the minimum fuel cycle length and, consequently, the lowest fuel burn-up. Regarding thermal-hydraulic performance, (0.8UN, 0.2ThN) exhibited outstanding performance with significant margins against fuel melting compared to the other materials. Overall, when considering the integrated performance, the most favourable results were obtained with the use of the (0.8UC, 0.2ThC) fuel configurations. This study contributes valuable insights into the potential benefits of (U, Th)-based ATFs as a promising avenue for enhanced nuclear fuel performance.
Ivan Jeff Navea;Jebie Balagosa;Seok Yoon;Yun Wook Choo
Nuclear Engineering and Technology
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제56권5호
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pp.1854-1862
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2024
This study aims to investigate the strain-dependent-deformation property of Gyeongju bentonite buffer material. A series of unconfined compressive tests were performed with cylindrical specimens prepared at varying dry densities (𝜌d = 1.58 g/cm3 to 1.74 g/cm3) using cold isostatic pressing technique. It is found that as 𝜌d increase, the unconfined compressive strength (qu), failure strain, and elastic modulus (E) of Gyeongju compacted bentonite (GCB) increases. Normalized elastic modulus (Esec/Emax) degradation curves of GCB specimens are fitted using Ramberg-Osgood model and the elastic threshold strain (𝜀e,th) is determined through the fitted curves. The strain-dependency of E and Poisson's ratio (v) of GCB were observed. E and v were measured constant below 𝜀e,th of 0.14 %. Then, E decreases while v increases after exceeding the strain threshold. The Esec/Emax degradation curves of GCB in this study suggests wider linear range and higher linearity than those of sedimentary clay in previous study. On top of that, the influence of 𝜌d is observed on Esec/Emax degradation curves of GCB, showing a slight increase in 𝜀e,th with increase in 𝜌d. Furthermore, an empirical model of qu with 𝜌d and a correlation model between qu and E are proposed for Gyeongju bentonite buffer materials.
To ensure the operational safety of nuclear power plants, we present a Quadruped Inspection Robot that can be used for many types of steam generators. Since the Inspection Robot relies on the Holding Modules to grip the tube-sheet, it can be regarded as a hybrid robot with variable configurations, switching between 4-RRR-RR, 3-RRR-RR, and two types of 2-RRR-RR, and the variable configurations bring a great challenge to dimensional synthesis. In this paper, the kinematic model of the Inspection Robot in multiple configurations is established, and the analytical solution is given. The workspace mapping is analyzed by the solution-space, and the workspace of multiple configurations is decomposed into the workspace of 2-RRR to reduce the analysis complexity, and the workspace calculation is simplified by using the envelope rings. The optimization problem of the manipulator is transformed into the calculation of the shortest contraction length of the swing leg. The switching performance of the Inspection Robot is evaluated by stride-length, turning-angle, and workspace overlap-ratio. The performance indexes are classified and transformed based on the proportions and variation trends of dimensional parameters to reduce the number of optimization objective functions, and Pareto optimal solutions are obtained using an intelligent optimization algorithm.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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