TRISO (Tri-Isotropic)-coated fuel particle is widely applied due to its higher stability at high temperature and its efficient retention capability for fission products in the HTGR (high temperature gas-cooled reactor), one of the highly efficient Generation IV reactors. The typical ball-type TRISO-coated fuel particle with a diameter of about 1 mm is composed of a nuclear fuel particle as a kernel and of outer coating layers. The coating layers consist of a buffer PyC, inner PyC, SiC, and outer PyC layer. In this study, a digital image processing algorithm is proposed to automatically measure the thickness of the coating layers. An FBP (filtered backprojection) algorithm was applied to reconstruct the CT image using virtual X-ray radiographic images for a simulated TRISO-coated fuel particle. The automatic measurement algorithm was developed to measure the coating thickness for the reconstructed image with noises. The boundary lines were automatically detected, then the coating thickness was circularly by the algorithm. The simulation result showed that the measurement error rate was less than 1.4%.
TRISO-coated particle fuel is widely used in high temperature gas cooled reactors and other advanced reactors. The performance of coated fuel particle is one of the fundamental bases of reactor safety. The failure probability of coated fuel particle should be evaluated and determined through suitable fuel performance models and methods during normal and accident condition. In order to better facilitate the design of coated particle fuel, a new TRISO fuel performance code named FRAT (Fission product Release Analysis Tool) was developed. FRAT is designed to calculate internal gas pressure, mechanical stress and failure probability of a coated fuel particle. In this paper, FRAT was introduced and benchmarked against IAEA CRP-6 benchmark cases for coated particle failure analysis. FRAT's results agree well with benchmark values, showing the correctness and satisfactory applicability. This work helps to provide a foundation for the credible application of FRAT.
Kim, Woong-Ki;Lee, Young-Woo;Park, Ji-Yeon;Park, Jung-Byung;Ra, Sung-Woong
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.26
no.2
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pp.69-76
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2006
TRISO(tri-isotropic)-coated fuel particle technology is utilized owing to its higher stability at a high temperature and Its efficient retention capability for fission products In the HTGR(high temperature gas-reeled reactor). The typical spherical TRISO fuel panicle with a diameter of about 1mm is composed of a nuclear fuel kernel and outer coating layers. The outer coating layers consist of a buffer PyC(pyrolytic carbon) layer, Inner PyC(1-PyC) layer, SiC layer, and outer PyC(O-PyC) layer Most of the Inspection Items for the TRTSO-coated fuel particle depend on destructive methods. The coating thickness of the TRISO fuel particle can be nondestructively measured by the X-ray radiography without generating radioactive wastel. In this study, the coaling thickness for the simulated TRISO-coated fuel particle with $ZrO_2$ kernel Instead of $%UO_2$ kernel was measured by using micro-focus X-ray radiography with micro-focus X-ray generator and flat panel detector The radiographic image was also enhanced by image processing technique to acquire clear boundary lines between coating layers. The coaling thickness wat effectively measured by applying the micro-focus X-ray radiography The inspection process for the TRISO-coated fuel particles will be improved by the developed micro-focus X-ray radiography and digital image processing technology.
Lee, Hyeon-Geun;Kim, Daejong;Lee, Seung Jae;Park, Ji Yeon;Kim, Weon-Ju
Journal of the Korean Ceramic Society
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v.55
no.4
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pp.400-405
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2018
FCM nuclear fuel, a concept proposed as an accident tolerant fuel in light water reactors, consists of TRISO fuel particles embedded in a SiC matrix. The uniform dispersion of internal TRISO fuel particles in the FCM fuel is very important for improving the fuel efficiency. In this study, FCM sintered pellets with various volume ratios of TRISO-coated particles were prepared by hot press sintering. The distribution of TRISO-coated particles was quantitatively analyzed using X-ray ${\mu}CT$ and expressed as a dispersion uniformity index. TRISO-coated particles were most uniformly dispersed in the FCM pellets prepared using only overcoated TRISO particles without mixing of additional SiC matrix powder. FCM pellets with uniformly dispersed TRISO particle volume fraction of up to 50% were prepared using overcoated TRISO particles with varying thickness.
Kim, Bong Goo;Park, Sung Jae;Hong, Sung Taek;Lee, Byung Chul;Jeong, Kyung-Chai;Kim, Yeon-Ku;Kim, Woong Ki;Lee, Young Woo;Cho, Moon Sung;Kim, Yong Wan
Nuclear Engineering and Technology
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v.45
no.7
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pp.941-950
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2013
The Korean Nuclear-Hydrogen Technology Development (NHTD) Plan will be performing irradiation testing of coated particle fuel at HANARO to support the development of VHTR in Korea. This testing will be carried out to demonstrate and qualify TRISO-coated particle fuel for use in VHTR. The testing will be irradiated in an inert gas atmosphere without on-line temperature monitoring and control combined with on-line fission product monitoring of the sweep gas. The irradiation device contains two test rods, one has nine fuel compacts and the other five compacts and eight graphite specimens. Each compact contains about 260 TRISO-coated particles. The irradiation device is being loaded and irradiated into the OR5 hole of the in HANARO core from August 2013. The device will be operated for about 150 effective full-power days at a peak temperature of about $1030^{\circ}C$ in BOC (Beginning of Cycle) during irradiation testing. After a peak burn-up of about 4 atomic percentage and a peak fast neutron fluence of about $1.7{\times}10^{21}\;n/cm^2$, PIE (Post-Irradiation Examination) of the irradiated coated particle fuel will be performed at IMEF (Irradiated Material Examination Facility). This paper reviews the design of test rod and irradiation device for coated particle fuel, and discusses the technical results for irradiation testing at HANARO.
A finite element method utilizing the Galerkin form of the weighted residuals procedure was developed to estimate the mechanical behavior for a coated fuel particle (CFP) of a high temperature gas-cooled reactor (HTGR). Through a weak formulation, finite element equations for multiple layers were set up to calculate the displacements and stresses in a CFP. The finite element method was applied to the stress analyses for three coating layers of a tri-isotropic coated fuel particle (TRISO) of a HTGR. The stresses calculated by the finite element method were in good agreement with those from a previously developed computer code and depicted the typical stress behavior of the coating layers very well. The newly developed finite element method performs a stress analysis for multiple bonded layers in a CFP by changing the material properties at any position in the layers during irradiation.
HTGR using a TRISO coated particles as nuclear raw fuel material can be used to produce clean hydrogen gas and process heat for a next-generation energy source. For these purposes, a TRISO coated particle was prepared with 3 pyro-carbon (buffer, IPyC, and OPyC) layers and 1 silicone carbide (SiC) layer using a CVD technique on a spherical $UO_2$ kernel surface as a fissile material. In this study, a spherical $UO_2$ particle was prepared using a modified sol-gel method with a vibrating nozzle system, and TRISO coating fabrication was carried out using a fluidized bed reactor with coating gases, such as acetylene, propylene, and methyltrichlorosilane (MTS). As the results of this study, a spherical $UO_2$ kernel with a sphericity of 1+0.06 was obtained, and the main process parameters in the $UO_2$ kernel preparation were the well-formed nature of the spherical ADU liquid droplets and the suitable temperature control in the thermal treatment of intermediate compounds in the ADU, $UO_3$, and $UO_2$ conversions. Also, the important parameters for the TRISO coating procedure were the coating temperature and feed rate of the feeding gas in the PyC layer coating, the coating temperature, and the volume fraction of the reactant and inert gases in the SiC deposition.
Kim, Jun-Gyu;Kum, E-Sul;Choi, Doo-Jin;Kim, Sung-Soon;Lee, Hong-Lim;Lee, Young-Woo;Park, Ji-Yeon
Journal of the Korean Ceramic Society
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v.44
no.3
s.298
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pp.169-174
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2007
TRISO coated fuel particle is one of the most important materials for hydrogen production using HTGR (high temperature gas cooled reactors). It is composed of three isotropic layers: inner pyrolytic carbon (IPyC), silicon carbide (SiC), outer pyrolytic carbon (OPyC) layers. In this study, TRISO coated fuel particle layers were deposited through CVD process in a horizontal hot wall deposition system. Also the computational simulations of input gas velocity, temperature profile and pressure in the reaction chamber were conducted with varying process variable (i.e temperature and input gas ratios). As deposition temperature increased, microstructure, chemical composition and growth behavior changed and deposition rate increased. The simulation showed that the change of reactant states affected growth rate at each position of the susceptor. The experimental results showed a close correlation with the simulation results.
CVD-SiC coating has been introduced as a protective layer in TRISO nuclear fuel particle of high temperature gas cooled reactor (HTGR) due to its excellent mechanical stability at high temperature. In order to prevent the failure of the TRISO particles, it is important to evaluate the fracture strength of the SiC coating layer. It is needed to develop a new simple characterization technique to evaluate the mechanical properties of the coating layer as a pre-irradiation step. In present work, direct strength measurement method with the specimen of hem i-spherical shell configuration was suggested. The indentation experiment on a hemisphere shell with a plate indenter was conducted. The fracture strength of the coating layer is related with the critical load for radial cracking of the shell. The finite element analysis was used to drive the semi-empirical equation for the strength measurement. The SiC hemispherical shells were successfully recovered from the section-grinding of TRISO coated particle and successive heat treatment in air. The strength of CVD-SiC coating layer was evaluated from the experimentally measured critical load during the indentation on SiC hemisphere shell. Weibull diagram of fracture strength was also constructed. This study suggested a new strength equation and experimental method to measure the fracture strength of CVD-SiC coating of TRISO coated fuel particles.
Kim, Yeon-Ku;Kim, Weon-Ju;Yeo, SungHwan;Cho, Moon-Sung
Journal of Powder Materials
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v.21
no.6
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pp.434-440
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2014
Silicon carbide(SiC) layer is particularly important tri-isotropic (TRISO) coating layers because it acts as a miniature pressure vessel and a diffusion barrier to gaseous and metallic fission products in the TRISO coated particle. The high temperature deposition of SiC layer normally performed at $1500-1650^{\circ}C$ has a negative effect on the property of IPyC layer by increasing its anisotropy. To investigate the feasibility of lower temperature SiC deposition, the influence of deposition temperature on the property of SiC layer are examined in this study. While the SiC layer coated at $1500^{\circ}C$ obtains nearly stoichiometric composition, the composition of the SiC layer coated at $1300-1400^{\circ}C$ shows discrepancy from stoichiometric ratio(1:1). $3-7{\mu}m$ grain size of SiC layer coated at $1500^{\circ}C$ is decreased to sub-micrometer (< $1{\mu}m$) $-2{\mu}m$ grain size when coated at $1400^{\circ}C$, and further decreased to nano grain size when coated at $1300-1350^{\circ}C$. Moreover, the high density of SiC layer (${\geq}3.19g/cm^3$) which is easily obtained at $1500^{\circ}C$ coating is difficult to achieve at lower temperature owing to nano size pores. the density is remarkably decreased with decreasing SiC deposition temperature.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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