A determination method for $^{237}Np$ in spent nuclear fuel samples was developed using an isotope dilution method with $^{239}Np$ as a spike. In this method, inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) was taken for the $^{237}Np$ instead of the previously used alpha spectrometry. $^{237}Np$ and $^{239}Np$ were measured by ICP-MS and gamma spectrometry, respectively. The recovery yield of $^{237}Np$ in synthetic samples was $95.9{\pm}9.7$% (1S, n=4). The $^{237}Np$ contents in the spent fuel samples were 0.15, 0.25, and $1.06{\mu}g/mgU$ and these values were compared with those from ORIGEN-2 code. A fairly good agreement between the measurements (m) and calculations (c) was obtained, giving ratios (m/c) of 0.93, 1.12 and 1.25 for the three PWR spent fuel samples with burnups of 16.7, 19.0, and 55.9 GWd/MtU, respectively.
Based on the observation that ignoring the angle dependency of multigroup resonance cross sections within a fuel pellet would result in nontrivial underestimation of the spatial self-shielding of flux, a parametrized spectral superhomogenization (SPH) factor library (PSSL) method is developed as a practical means of resolving the problem. Region-wise spectral SPH factors are calculated by the normal and transport corrected SPH iterations after ultrafine group slowing down calculations over various light water reactor pin-cell configurations. The parametrization is done with fuel temperature, U-238 number density, fuel radius, moderator source represented by ${\Sigma}_{mod}V_{mod}$, and the number density ratio of resonance nuclides to that of U-238 in a form of resonance interference correction factors. The parametrization is successful in that the root mean square errors of the interpolated SPH factors over the fuel regions of various pin-cells are within 0.1%. The improvement in reactivity error of the PSSL method is shown to be superior to that by the original SPH method in that the reactivity bias of -200 pcm to -300 pcm vanishes almost completely. It is demonstrated that the environment effect takes only about 4% in the reactivity improvement so that the pin-cell based PSSL method is effective in the assembly problems.
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.
Ha, Yeong-Keong;Han, Sun-Ho;Kim, Hyun-Gyum;Kim, Won-Ho;Jee, Kwang-Yong
Nuclear Engineering and Technology
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제40권4호
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pp.311-318
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2008
In modem power reactors, nuclear fuels have recently reached 55,000 MWd/MtU from the initial average burnup of 35,000 MWd/MtU to reduce the fuel cycle cost and waste volume. At such high burnups, a fuel pellet produces fission products proportional to the burnup and creates a typical high burnup structure around the periphery region of the pellet, producing the so called 'rim effect'. This rim region of a highly burnt fuel is known to be ca. $200\;{\mu}m$ in width and is known to affect the fuel integrity. To characterize the local burnup in the rim region, solid sampling in the micro meter region by laser ablation is needed so that the distribution of isotopes can be determined by ICP-MS. For this procedure, special radiation shielding is required for personnel safety. In this study, we installed a radiation shielded laser ablation ICP-MS system, and a performance test of the developed system was conducted to evaluate the safe operation of instruments.
Cechet, A.;Altieri, S.;Barani, T.;Cognini, L.;Lorenzi, S.;Magni, A.;Pizzocri, D.;Luzzi, L.
Nuclear Engineering and Technology
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제53권6호
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pp.1893-1908
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2021
In light of the importance of helium production in influencing the behaviour of fast reactor fuels, in this work we present a burn-up module with the objective to calculate the production of helium in both in-pile and out-of-pile conditions tracking the evolution of 23 alpha-decaying actinides. This burn-up module relies on average microscopic cross-section look-up tables generated via SERPENT high-fidelity calculations and involves the solution of the system of Bateman equations for the selected set of actinide nuclides. The results of the burn-up module are verified in terms of evolution of actinide and helium concentrations by comparing them with the high-fidelity ones from SERPENT, considering two representative test cases of (U,Pu)O2 fuel in fast reactor conditions. In addition, a code-to-code comparison is made with the independent state-of-the-art module TUBRNP (implemented in the TRANSURANUS fuel performance code) for the same test cases. The herein presented burn-up module is available in the SCIANTIX code, designed for coupling with fuel performance codes.
Kim, Jaehwan;Jin, Sukyeong;Kim, Seongchan;Bae, Yeonkyoung
Nuclear Engineering and Technology
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제51권7호
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pp.1765-1775
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2019
Multiple spurious operations (MSOs) mean multiple fire induced circuit faults causing an undesired operation of one or more systems or components. The Nuclear Energy Institute (NEI) of the United States published NEI 00-01 as guidelines for solving MSOs. And this guideline includes MSO scenarios of pressurized water reactor (PWR) and boiling water reactor (BWR). Nuclear power plant operators in U.S. analyzed MSOs under MSO scenarios included in NEI 00-01 and operators of PWRs in Korea also analyzed MSOs under the scenarios of NEI 00-01. As there are no pressurized heavy water reactors (PHWRs) in the United States, MSO scenarios of PHWRs are not included in the NEI 00-01 and any feasible scenarios have not been developed. This paper developed MSO scenarios which can be applied to PHWRs by reviewing the 63 MSO scenarios included in NEI 00-01. This study found that seven scenarios out of the 63 MSO scenarios can be applied and three more scenarios need to be developed.
Targeting at simulating the application of thorium-uranium (TU) fuel in the CANDU-6 reactor, this paper analyzes the process using the code DRAGON/DONJON where the discrete TU fuel pins are applied in the CANDU-6 reactor under the time-average equilibrium refueling. The results show that the coolant void reactivity of the assembly analyzed in this paper is lower than that of 37-element bundle cell with natural uranium and 37-element bundle cell with mixed TU fuel pins; that the max time-average channel/bundle power of the core meets the limits - less than 6700kW/860 kW; that the fuel conversion ratio is higher than that of the CANDU-6 reactor with natural uranium; and that the exit burnup increases to 13400 MWd/tU. Thus, the simulation in this paper with the fuel in the 37-element bundle cell using discrete TU fuel pins can be considered to be applied in CANDU-6 reactor with adequate modifications of the core structure and operating modes.
A small power ADS design using thorium oxide and diluent matrix reprocessed fuel is proposed for a high transmutation rate, small reactivity swing, and strong safety features. Two fuel matrices (CERCER and CERMET) and different recycled fuel compositions recovered from UO2 spent fuels with 45 GWd/tU and 60 GWd/tU burnup were investigated to determine the suitable fuel for the ADS. It was found that the transmutation of each isotope depends on TRU initial loading amount. After examining the cores, the results show that CERCER fueled ADS has a negative coolant void reactivity (CVR) and a smaller radiotoxicity at discharge compared to that of CERMET core. It implies that CERCER fuel has enhanced safety features and more flavor in terms of radiotoxicity management. To increase fuel utilization and core operation efficiency, a simple assembly shuffling pattern for the CERCER fueled ADS is also proposed. Eigenvalue and burnup calculations were conducted using Serpent 2 with ENDF/B-VII.0 library in both kcode and external source modes, and it indicates that the results of transmutation analyses obtained by kcode only is reliable to discuss the transmutation potential of ADS. Burnup calculation with the fixed-source mode is essential to be used for more practical results of the transmutation by ADS.
In this paper, we propose a black ice detection system using Convolutional Neural Networks (CNNs). Black ice poses a serious threat to road safety, particularly during winter conditions. To overcome this problem, we introduce a CNN-based architecture for real-time black ice detection with an encoder-decoder network, specifically designed for real-time black ice detection using thermal images. To train the network, we establish a specialized experimental platform to capture thermal images of various black ice formations on diverse road surfaces, including cement and asphalt. This enables us to curate a comprehensive dataset of thermal road black ice images for a training and evaluation purpose. Additionally, in order to enhance the accuracy of black ice detection, we propose a multi-scale dilation convolution feature fusion (MsDC-FF) technique. This proposed technique dynamically adjusts the dilation ratios based on the input image's resolution, improving the network's ability to capture fine-grained details. Experimental results demonstrate the superior performance of our proposed network model compared to conventional image segmentation models. Our model achieved an mIoU of 95.93%, while LinkNet achieved an mIoU of 95.39%. Therefore, it is concluded that the proposed model in this paper could offer a promising solution for real-time black ice detection, thereby enhancing road safety during winter conditions.
Ondrej Novak;Pavel Suk;Dusan Kobylka;Martin Sevecek
Nuclear Engineering and Technology
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제55권9호
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pp.3464-3471
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2023
The Uranium/Molybdenum metallic fuel has been proposed as promising advanced fuel concept especially in the dispersed fuel geometry. The fuel is manufactured in the form of small fuel droplets (particles) placed in a fuel pin covered by a matrix. In addition to fuel particles, the pin contains voids necessary to compensate material swelling and release of fission gases from the fuel particles. When investigating this advanced fuel design, two important questions were raised. Can the dispersed fuel performance be analyzed using homogenization without significant inaccuracy and what size of fuel drops should be used for the fuel design to achieve optimal utilization? To answer, 2D burnup calculations of fuel assemblies with different fuel particle sizes were performed. The analysis was supported by an additional 3D fuel pin calculation with the dispersed fuel particle size variations. The results show a significant difference in the multiplication factor between the homogenized calculation and the detailed calculation with precise fuel particle geometry. The recommended fuel particle size depends on the final burnup to be achieved. As shown in the results, for lower burnup levels, larger fuel drops offer better multiplication factor. However, when higher burnup levels are required, then smaller fuel drops perform better.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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