Spent nuclear fuel corresponds to high-level radioactive waste that has high decay heat and radioactivity. Accordingly, Spent nuclear fuel withdrawn from the reactor core is primarily stored and managed in a spent nuclear fuel pool in the nuclear power plant to reduce decay heat and radioactivity. In Korea, most nuclear power plant store all spent nuclear fuel in a spent nuclear fuel pool. For wet storage, there are no defense in depth different with reactor core. The study related to spent nuclear fuel pool accident should be carried out to ensure safety. Therefore, it is necessary to analyze previous study cases related to safety of spent nuclear fuel pool and accident cases to build foundational knowledge. The Objective of this study is to analyze study cases of safety assessment and cases for spent nuclear fuel pool accident. For analyzing study cases of safety assessment, possible phenomena when spent nuclear fuel pool accident occurring identified, Subsequently, study cases for safety assessment about each phenomena were investigated, and materials & methods and results for each study are analyzed. For analyzing cases for spent nuclear fuel pool accident, we analyzed accident cases caused by loss of cooling and loss of coolant in spent nuclear fuel pool. Subsequently, causes and change of water level and temperature by each accident case are analyzed. As a result of the analysis on study cases of spent nuclear fuel pool accident, the results of the study conducted by each research institute were vary depending on the computer code, materials & methods of experiment and major assumptions used in the study. As a result of analyzing cases for spent nuclear fuel pool accident, it was found that accident cases for loss of cooling is more than cases for loss of coolant accident. Even though the types of accident in spent nuclear fuel pool were similar, the specific causes were different by each accident case. All the accident cases analyzed did not lead to severe accidents, such as nuclear fuel being exposed to the air. The result of this study will be used as fundamental data for study on spent nuclear fuel pool accident that will be conducted in the future.
Following the Fukushima nuclear disaster, the simulation of accidents in the spent fuel pool has become more noticeable. Despite the low amount of decay heat power, the consequences of the accidents in a spent fuel pool (SFP) can be severe due to the high content of long-lived radionuclides and lack of protection by the pressure vessel. In this study, the loss-of-cooling accident (LOFA) for the VVER-1000/V446 spent fuel pool is simulated by employing RELAP5 and MELCOR 1.8.6 as the best estimate and severe accident analysis codes, respectively. For two cases with different total power levels, decay heat of spent fuels is calculated by ORIGEN-II code. For modeling SFP of a VVER-1000, a qualified nodalizations are considered in both codes. During LOFA in SFP, the key sequences such as heating up of the pool water, boiling and reducing the water level, uncovering the spent fuels, increasing the temperature of the spent fuels, starting oxidation process (generating Hydrogen and extra power), the onset of fuel melting, and finally releasing radionuclides are studied for both cases. The obtained results show a reasonable consistency between the RELAP5 and MELCOR codes, especially before starting the oxidation process.
저장조에 위치한 사용후핵연료는 가혹한 원자로 조건에 의해 구조적 건전성이 와해되므로 외력에 취약하다. 따라서 운반 및 취급 중 사고 상황이 고려되어야 한다. 극단적인 경우, 핵연료 취급 중 사고로 인해 핵연료 저장조에서 핵연료집합체 낙하가 발생할 수 있다. 이러한 사고 상황 하에서 연료봉 파손 등을 평가하기 위해서 수조에 충돌할 때 발생하는 충돌력을 분석할 필요가 있다. 이는 핵연료가 수조 바닥에 충돌할 때의 속도를 입력으로 하여 평가될 수 있다. 연료봉이 핵연료 중량 및 부피의 대부분을 차지하고 있으므로, 연료봉 다발은 수중 항력을 예측하는데 중요한 역할을 한다고 볼 수 있다. 본 연구에서는 $3{\times}3$ 의 짧은 연료봉 다발을 모델로 사용하여 수중에서 낙하할 때 받는 수력을 계산하였고, 이를 전산모사와의 비교를 통하여 검증하였다. 본 방법론을 사용후핵연료 건전성 평가에 적용할 수 있을 것으로 기대된다.
In past years the Paul Scherrer Institute (PSI, Switzerland) and the Karlsruhe Institue of Technology (KIT, Germany)) collaborated to develop a model to account for the active role of nitrogen in the air oxidation of a Zircalloy cladding. The "PSI-KIT Nitriding Model for Zirconium based Fuel Cladding" model was implemented at PSI into PSI-MELCOR 1.8.6. In order to make a preliminary evaluation of the effect of the new model on the evolution of full-scale spent fuel pool accidents, one spent fuel pool event was analyzed using the PSI research version of PSI-MELCOR 1.8.6, which includes the nitriding model. To adapt an existing input deck for the calculations, a sensitivity study was conducted to find an optimal nodalization for the analyses. The nitriding model results were compared to those calculated with the MELCOR 1.8.6-PSI without the new nitriding model. The results demonstrate the effect of the nitriding reactions in spent fuel pool accident progression. Moreover, they confirm the impact of ZrN formation during cladding oxidation in air when the oxidation reactions lead to oxygen starvation inside the fuel assemblies. The nitriding reaction led to higher chemical heat generation during the accident and to an earlier failure of the cladding than when the effect of nitrogen reactions was not considered. It should be noted that the nitriding model, as implemented in the PSI version of MELCOR 1.8.6 has not yet been conclusively validated. Thereby the results presented in this paper should be treated as a preliminary demonstration of the capabilities of the model.
When the Fukushima nuclear power plant accident occurred in March, a hydrogen explosion in the reactor building at the 4th unit of Fukushima plants lead to a big surprise because the full core of the unit 4 reactor had been moved and stored underwater at the spent nuclear fuel storage pool for periodic maintenance. It was because the potential criticality in the fuel storage pool by coolant loss may yield more severe situation than the similar accident happened inside the reactor vessel. In the paper, the safety state of the spent fuel storage pool and rack structures of the domestic nuclear plants would be reviewed and compared with the Fukushima plant case by engineering viewpoint of potential severe accidents.
지난 2011년 3월의 후쿠시마 원전 사고시 원자로 건물에서의 연쇄적인 수소폭발이 발생하였을 때 관계자들은 제1원전 4호기의 폭발에 더욱 놀랐었는데 이는 그 당시 4호기는 정기보수를 위하여 원자로내 모든 핵연료를 저장조에 보관중이었기 때문이다. 저장조내 냉각수 유실로 노심에서 옮겨진 핵연료가 공기 중에 노출되어 수소가 발생하고 임계가 도달하였다면 더욱 심각할 수도 있기 때문이었는데 다행히 추후에 양호한 냉각수 상태가 확인되어 우려할 상황을 피할 수 있었다. 본 논문에서는 후쿠시마 원전 사고를 계기로 국내 원자력 발전소내 핵연료 임시 저장시설의 안전성과 관련하여 중대사고 관점에서 검토해 보고자 한다.
Al Awad, Abdulrahman S.;Habashy, Abdalla;Metwally, Walid A.
Nuclear Engineering and Technology
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제50권5호
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pp.709-716
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2018
A criticality safety analysis was performed for the APR-1400 spent fuel pool region-II to ensure the safe storage of spent fuel, with credit taken for depletion and in-rack neutron absorbers (Metamic panels). PLUS7 fuel assembly was modeled using TRITON-NEWT of SCALE-6.1. The burnup-dependent cross-section library was generated under limiting core-operating conditions with 5%-w U-235 initial enrichment. MCNP5 was used to evaluate the neutron multiplication factor in an infinite array of rack cells with the axially nonuniformly burnt PLUS7 assemblies under normal, abnormal, and accident conditions; including all biases and uncertainties. The main purpose of this study is to investigate reactivity variations due to the critical depletion and reactor operation parameters. The approach, assumptions, and modeling methods were verified by analyzing the contents of the most important fissile and the associated reactivity effects. The Nuclear Regulatory Commission (NRC) guidance on k-eff being less than 1.0 for spent fuel pools filled with unborated water was the main criterion used in this study. It was found that assemblies with 49.0 GWd/MTU and 5.0 w/o U-235 initial enrichment loaded in Region-II satisfy this criterion. Moreover, it was found that the end effect resulted in a positive bias, thus ensuring its consideration.
Mignot, Guillaume;Paranjape, Sidharth;Paladino, Domenico;Jaeckel, Bernd;Rydl, Adolf
Nuclear Engineering and Technology
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제48권4호
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pp.881-892
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2016
Following the Fukushima accident and its extended station blackout, attention was brought to the importance of the spent fuel pools' (SFPs) behavior in case of a prolonged loss of the cooling system. Since then, many analytical works have been performed to estimate the timing of hypothetical fuel uncovery for various SFP types. Experimentally, however, little was done to investigate issues related to the formation of a flammable gas mixture, distribution, and stratification in the SFP building itself and to some extent assess the capability for the code to correctly predict it. This paper presents the main outcomes of the Experiments on Spent Fuel Pool (ESFP) project carried out under the auspices of Swissnuclear (Framework 2012-2013) in the PANDA facility at the Paul Scherrer Institut in Switzerland. It consists of an experimental investigation focused on hydrogen concentration build-up into a SFP building during a predefined scaled scenario for different venting positions. Tests follow a two-phase scenario. Initially steam is released to mimic the boiling of the pool followed by a helium/steam mixture release to simulate the deterioration of the oxidizing spent fuel. Results shows that while the SFP building would mainly be inerted by the presence of a high concentration of steam, the volume located below the level of the pool in adjacent rooms would maintain a high air content. The interface of the two-gas mixture presents the highest risk of flammability. Additionally, it was observed that the gas mixture could become stagnant leading locally to high hydrogen concentration while steam condenses. Overall, the experiments provide relevant information for the potentially hazardous gas distribution formed in the SFP building and hints on accident management and on eventual retrofitting measures to be implemented in the SFP building.
Ta Van Thuong;O.L. Tashlykov;S.M. Glukhov;D.E. Shumkov;Yu.V. Volchikhina
Nuclear Engineering and Technology
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제55권6호
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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.
Mercurio, Davide;Andersen, Vincent M.;Wagner, Kenneth C.
Nuclear Engineering and Technology
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제50권5호
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pp.627-638
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2018
This article describes an integrated Level 1-Level 2 probabilistic risk assessment (PRA) methodology to evaluate the radiological risk during postulated accident scenarios initiated during the decommissioning phase of a typical Mark I containment boiling water reactor. The fuel damage scenarios include those initiated while the reactor is permanently shut down, defueled, and the spent fuel is located into the spent fuel storage pool. This article focuses on the integrated Level 1-Level 2 PRA aspects of the analysis, from the beginning of the accident to the radiological release into the environment. The integrated Level 1-Level 2 decommissioning PRA uses event trees and fault trees that assess the accident progression until and after fuel damage. Detailed deterministic severe accident analyses are performed to support the fault tree/event tree development and to provide source term information for the various pieces of the Level 1-Level 2 model. Source terms information is collected from accidents occurring in both the reactor pressure vessel and the spent fuel pool, including simultaneous accidents. The Level 1-Level 2 PRA model evaluates the temporal and physical changes in plant conditions including consideration of major uncertainties. The goal of this article is to provide a methodology framework to perform a decommissioning Probabilistic Risk Assessment (PRA), and an application to a real case study is provided to show the use of the methodology. Results will be derived from the integrated Level 1-Level 2 decommissioning PSA event tree in terms of fuel damage frequency, large release frequency, and large early release frequency, including uncertainties.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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