Jianping Zhao;Shengbo He;Li Yang;Chang Feng;Guoqiang Wu;Gen Cai
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.10
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pp.3709-3715
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2023
It is an important work to measure the dimensions of underwater spent fuel assemblies in the nuclear power industry during the overhaul, to judging whether the spent fuel assemblies can continue to be used. In this paper, a three dimensional reconstruction method for underwater spent fuel assemblies of nuclear reactor based on linear structured light is proposed, and the topography and size measurement was carried out based on the reconstructed 3D model. Multiple linear structured light sensors are used to obtain contour size data, and the shape data of the whole spent fuel assembly can be collected by one-dimensional scanning motion. In this paper, we also presented a corrected model to correct the measurement error introduced by lead-glass and water is corrected. Then, we set up an underwater measurement system for spent fuel assembly based on this method. Finally, an underwater measurement experiment is carried out to verify the 3D reconstruction ability and measurement ability of the system, and the measurement error is less than ±0.05 mm.
Cho, Sang Soon;Choi, Woo Seok;Seo, Ki-Seog;Yang, Yun-Young
Proceedings of the Korean Radioactive Waste Society Conference
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2017.05a
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pp.155-156
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2017
In this study, the structural integrity of the spent nuclear fuel assemblies was evaluated by carrying out a 0.3 m drop impact analysis, one of the normal transportation conditions of the nuclear fuel assemblies. For this purpose, the spent nuclear fuel assembly was modeled in detail as beam elements, and a coupled model for impact analysis was developed by inserting the modeled nuclear fuel assemblies into a cask.
Proceedings of the Korean Radioactive Waste Society Conference
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2018.11a
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pp.104-104
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2018
Kori Unit 1 is the first permanent shutdown nuclear power plant in Korea and it is on June 18th, 2017. Spent fuel assemblies began to be discharged from the reactor core to the spent fuel pool(SFP) within one week after shutdown of Kori unit 1 and the campaign was completed on June 27th, 2017. The total number of spent nuclear fuel assemblies in SFP of Kori Unit-1 is 485 and their discharging date is different respectively. So, decay heat was evaluated considering the actual enrichment, operation history and cooling time of the spent fuel assemblies stored in SFP of the Kori Unit-1. The code used in the evaluation is the ORIGEN-based CAREPOOL system developed by KHNP. Decay heat calculation of PWR fuel is based on ANSI/ANS 5.1-2005, "Decay heat power in light water reactors" and ISO-10645, "Nuclear energy - Light water reactors - Calculation of the decay heat power in nuclear fuels. Also, we considered the contribution of fission products, actinide nuclides, neutron capture and radioactive material in decay heat calculation. CAREPOOL system calculates the individual and total decay heat of all of the spent fuel assemblies in SFP of Kori Unit-1. As a result, the total decay heat generated in SFP on June 28th, 2017 when the spent fuel assemblies were discharged from the reactor core, is estimated to be about 4,185.8 kw and to be about 609.5 kw on September 1st, 2018. It was also estimated that 119.6 kw is generated in 2050 when it is 32 years after the permanent shutdown. Figure 1 shows the trend of total decay heat in SFP of Kori Unit-1.
Ta Van Thuong;O.L. Tashlykov;S.M. Glukhov;D.E. Shumkov;Yu.V. Volchikhina
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.6
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pp.2088-2095
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2023
The safety of nuclear installations is largely determined by the tightness of fuel elements cladding. As the Fukushima nuclear accident showed, the main task in case of loss of power supply is to ensure reliable removal of residual heat release from spent fuel pool (SFP) with irradiated fuel assemblies (IFAs). The paper presents the results of calculated-experimental studies and thermal-hydraulic modeling of temperature storage modes of IFAs in SFP. Experimental studies of SFP's temperature regime and calculated evaluation of residual heat removal due to the thermal conductivity of building structures surrounding the SFP were performed. To ensure the safe operation of research reactors, it's necessary to know the IFA's residual heat power (RHP) in the reactor and SFP, which is determined depending on the operating time of fuel assemblies (FAs) and the IFAs calculated holding time. The FAs operating time depends on the reactor energy output. The IFAs calculated holding time is determined by the fuel burnup, U-235 mass in the fuel, and reactor utilization factor. The IFAs fuel burnup was calculated using the MCU-PTR program. Also presented are the RHP's calculation results using some of the empirical dependencies. The concept of a passive heat removal system (PHRS) based on thermosyphon's operating principle was proposed.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.21
no.4
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pp.439-450
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2023
In this study, the impact load resulting from collision with the fuel rods of surrogate spent nuclear fuel (SNF) assemblies was measured during a rolling test based on an analysis of the data from surrogate SNF-loaded sea transportation tests. Unfortunately, during the sea transportation tests, excessive rolling motion occurred on the ship during the test, causing the assemblies to slip and collide with the canister. Hence, we designed and conducted a separate test to simulate rolling in sea transportation to determine whether such impact loads can occur under normal conditions of SNF transport, with the test conditions for the fuel assembly to slide within the basket experimentally determined. Rolling tests were conducted while varying the rolling angle and frequency to determine the angles and frequencies at which the assemblies experienced slippage. The test results show that slippage of SNF assemblies can occur at angles of approximately 14° or greater because of rolling motion, which can generate impact loads. However, this result exceeds the conditions under which a vessel can depart for coastal navigation, thus deviating from the normal conditions required for SNF transport. Consequently, it is not necessary to consider such loads when evaluating the integrity of SNFs under normal transportation conditions.
Measured decay heat data of light water reactor (LWR) spent nuclear fuel (SNF) assemblies are adopted to train machine learning (ML) models. The measured data is available for fuel assemblies irradiated in commercial reactors operated in the United States and Sweden. The data comes from calorimetric measurements of discharged pressurized water reactor (PWR) and boiling water reactor (BWR) fuel assemblies. 91 and 171 measurements of PWR and BWR assembly decay heat data are used, respectively. Due to the small size of the measurement dataset, we propose: (i) to use the method of multiple runs (ii) to generate and use synthetic data, as large dataset which has similar statistical characteristics as the original dataset. Three ML models are developed based on Gaussian process (GP), support vector machines (SVM) and neural networks (NN), with four inputs including the fuel assembly averaged enrichment, assembly averaged burnup, initial heavy metal mass, and cooling time after discharge. The outcomes of this work are (i) development of ML models which predict LWR fuel assembly decay heat from the four inputs (ii) generation and application of synthetic data which improves the performance of the ML models (iii) uncertainty analysis of the ML models and their predictions.
M. Lovecky;J. Zavorka;J. Jirickova;Z. Ondracek;R. Skoda
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.6
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pp.2288-2297
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2023
Current designs of both large reactor units and small modular reactors utilize a nuclear fuel with increasing enrichment. This increasing demand for better nuclear fuel utilization is a challenge for nuclear fuel handling facilities. The operation with higher enriched fuels leads to reduced reserves to legislative and safety criticality limits of spent fuel transport, storage and final disposal facilities. Design changes in these facilities are restricted due to a boron content in steel and aluminum alloys that are limited by rolling, extrusion, welding and other manufacturing processes. One possible solution for spent fuel pools and casks is the burnup credit method that allows decreasing very high safety margins associated with the fresh fuel assumption in spent fuel facilities. This solution can be supplemented or replaced by an alternative solution based on placing the neutron absorber material directly into the fuel assembly, where its efficiency is higher than between fuel assemblies. A neutron absorber permanently fixed in guide tubes decreases system reactivity more efficiently than absorber sheets between the fuel assemblies. The paper summarizes possibilities of fixed neutron absorbers for various nuclear fuel and fuel handling facilities. Moreover, an absorber material was optimized to propose alternative options to boron. Multiple effective absorbers that do not require steel or aluminum alloy compatibility are discussed because fixed absorbers are placed inside zirconium or steel cladding.
A Spent Fuel Pool (SFP) is designed to store spent fuel assemblies in the pool. And, a SFP cooling and cleanup system cools the SFP coolant through a heat exchanger which exchanges heat with component cooling water. If the cooling system fails or interfacing pipe (e.g., suction or discharge pipe) breaks, the cooling function may be lost, probably leading to fuel damage. In order to prevent such an incident, it is required to properly cool the spent fuel assemblies in the SFP by either recovering the cooling system or injecting water into the SFP. Probabilistic safety assessment (PSA) is a good tool to assess the SFP risk when an initiating event for the SFP occurs. Since PSA has been focused on reactor-side so far, it is required to study on the framework of PSA approach for SFP and identify the key factors in terms of fuel damage frequency (FDF) through a case study. In this study, therefore, a case study of SFP-PSA on the basis of design information of APR-1400 has been conducted quantitatively, and several sensitivity analyses have been conducted to understand the impact of the key factors on FDF.
When spent fuel assemblies from the reactor of nuclear power plants(NPPs) are transported, the assemblies are exposed to short-term operations that can affect the peak cladding temperature of spent fuel assemblies. Therefore, it needs to perform the analysis of heat transfer on spent fuel dry cask during the operation. For 3 dimensional computational fluid dynamnics(CFD) simulation, it is proposed that the short-term operation is divided into three processes: Wet, dry, and vacuum drying condition. The three processes have different heat transfer mode and medium. Metal transportation cask, which is Korea Radioactive Waste Agency(KORAD)'s developing cask, is evaluated by the methods proposed in this work. During working hours, the boiling at wet process does not occur in the cask and the peak cladding temperatures of all processes remain below $400^{\circ}C$. The maximum peak cladding temperature is $173.8^{\circ}C$ at vacuum drying process and the temperature rise of dry, and vacuum drying process occurs steeply.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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