In this research, curium oxide (CmO2) is studied as fuel for VVER-1200 reactor to get an attention to its energy value and possibilities. For this purpose, CmO2 is used in fuel rods or integrated burnable absorber (IBA) rods with and without UO2 and then compared with the conventional fuel assembly of VVER-1200 reactor. It is burned to 60 GWd/t by using SRAC-2006 code and JENDL-4.0 data library. From these studies, it is found that CmO2 is competent like UO2 as a fuel due to higher fission cross-section of 243Cm and 245Cm isotopes and neutron capture cross-section of 244Cm and 246Cm isotopes. As a result, when some or all of the UO2 of fuel rods or IBA rods are replaced by CmO2, we get a similar k-inf like the reference even with lower enrichment UO2 fuels. These studies show that the use of CmO2 as IBA rods is more effective than the fuel rods considering the initially loaded amount, power peaking factor (PPF), fuel temperature and void coefficient, and the quality of spent fuel. From a detailed study, 3% CmO2 with inert material ZrO2 in IBA rods are recommended for the VVER-1200 reactor assembly from the once through concept.
The objective of this research is to the use of americium (AmO2) as a burnable absorber effectively instead of conventional gadolinium (Gd2O3) for VVER-1200 reactor by analyzing its impacts on reactivity, power peaking factor (PPF), safety factor, and quality of the spent fuel. The assembly is burned to 60 GWd/t by using SRAC-2006 code and JENDL-4.0 data library for finding the optimum amount and effective way of using AmO2 as a burnable absorber. From these studies, it is found that AmO2 can decrease the excess reactivity like Gd2O3 without changing the criticality life span and enrichment of 235U. A homogeneous mixture of the 0.20% AmO2+ 4.95% enriched UO2 fuel rod (model MF-4) decreases the PPF than the reference assembly. The use of AmO2+UO2 in the integral burnable absorber (IBA) rod or the outer layer could also decrease the PPF up to 10 GWd/t but increases rapidly after 30 GWd/t, which could be a safety threat. The fuel temperature coefficient and void coefficient of the model MF-4 are the same as the reference assembly. In addition, 22% of initially loaded Am are burning effectively and contributing to the power production.
In this study, we investigated the possibility of employing accident tolerant fuel (ATF) in VVER-1200/V491 assembly without gadolinium-containing fuel rods using the Monte Carlo code Serpent 1.1.7 with ENDF/B-VII cross-section library. The analysis involves assembly design with reflective boundary conditions. To compare the neutronic performances, U-5Mo, U-7.5Mo, U-10Mo, and U-15Mo fuels were chosen in addition to ordinary UO2 fuel. The concentration of 135Xe, 149Sm, fissile and fertile isotopes with burnup, reactivity feedback with fuel temperature variation, and β eff values were calculated. The results indicate that the fuel cycle length increases by 54.27% for U-5Mo, 32.6% for U-7.5Mo, and 13.8% for U-10Mo, while it decreases by 16.4% for U-15Mo fuel. Additionally, the effect of 95Mo content in natural Mo was investigated by reducing the 95Mo concentration. According to the results, each proposed fuel's fuel cycle length extended when the depletion ratio of 95Mo increased. Additionally, the calculations for reactivity feedback guarantee safe operating conditions for all U-xMo fuels.
Shafiqul Islam Faisal ;Md Shafiqul Islam;Md Abdul Malek Soner
Nuclear Engineering and Technology
/
v.55
no.2
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pp.696-706
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2023
Consequences of an anticipated Beyond Design Basis Accident (BDBA) Long-Term Station Blackout (LTSBO) event with complete loss of grid power in the VVER-1200 reactor of Rooppur Nuclear Power Plant (NPP) of Unit-1 are assessed using the RASCAL 4.3 code. This study estimated the released radionuclides, received public radiological dose, and ground surface concentration considering 3 accident scenarios of International Nuclear and Radiological Event Scale (INES) level 7 and two meteorological conditions. Atmospheric transport, dispersion, and deposition processes of released radionuclides are simulated using a straight-line trajectory Gaussian plume model for short distances and a Gaussian puff model for long distances. Total Effective Dose Equivalent (TEDE) to the public within 40 km and radionuclides contribution for three-dose pathways of inhalation, cloudshine, and groundshine owing to airborne releases are evaluated considering with and without passive safety Emergency Core Cooling System (ECCS) in dry (winter) and wet (monsoon) seasons. Source term and their release rates are varied with the functional duration of passive safety ECCS. In three accident scenarios, the TEDE of 10 mSv and above are confined to 8 km and 2 km for the wet and dry seasons, respectively in the downwind direction. The groundshine dose is the most dominating in the wet season while the inhalation dose is in the dry season. Total received doses and surface concentration in the wet season near the plant are higher than those in the dry season due to the deposition effect of rain on the radioactive substances.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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