Operational license of WWER-440/213 units at Paks NPP, Hungary is limited to the design lifetime of 30 years. Prolongation by additional 20 years of the operational lifetime is feasible. Moreover, enhancement of the reactor thermal power by 8% will increase both the net power output and the competitiveness of the plant. Paks NPP is a pioneer considering the power up-rate and preparation of long-term operation of WWER-440/213 design. Systematic preparatory work for long-term operation of Paks NPP has been started in 2000. A regulatory framework and a comprehensive engineering practice have been developed. According to the authors view, creation of a gapless engineering system via consequent application of best practices, and feed-back of experiences together with proper consideration of WWER-440/V213 features are the decisive elements of ensuring the safety of long-term operation. That systematic engineering approach is in the focus of recent paper. Key elements of justification and measures for ensuring the safety of long-term operation of Paks NPP WWER-440/213 units are identified and discussed. These are the assessment of plant condition and review of adequacy of ageing management programmes, also the review, validation and reconstitution of time limited ageing analyses as core tasks of licence renewal.
The mechanical interaction between the fuel pellet and the cladding tube of a nuclear fuel rod is a very important for safety studies as this phenomenon could lead to fuel failure and release of radioactivity. To investigate the ductility of cladding tubes used in WWER type nuclear power plants, several mandrel tests were performed in the Centre for Energy Research (EK). This modified mandrel test was used to model the mechanical interaction between the fuel pellet and the cladding using a segmented tool. The tests were conducted at room temperature and at 300 ℃ with inactive as-received and hydrogenated cladding ring samples. The results show a gradual decrease in ductility as the hydrogen content increases, the ductile-brittle transition was seen above 1500 ppm hydrogen absorbed.
Increasing the operation cycle length can be an important goal in the fuel reload design of a nuclear reactor core. In this research paper, a new optimization approach, electromagnetism mechanism (EM), is applied to the fuel arrangement design of the Bushehr WWER-1000 core. For this purpose, a neutronic solver has been developed for calculating the required parameters during the reload cycle of the reactor. In this package, two modules have been linked, including PARCS v2.7 and WIMS-5B codes, integrated in a solver for using in the fuel arrangement optimization operation. The first results of the prepared package, along with the cycle for the original pattern of Bushehr WWER-1000, are compared and verified according to the Final Safety Analysis Report and then the results of exploited EM linked with Purdue Advanced Reactor Core Simulator (PARCS) and Winfrith Improved Multigroup Scheme (WIMS) codes are reported for the loading pattern optimization. Totally, the numerical results of our loading pattern optimization indicate the power of the EM for this problem and also show the effective improvement of desired parameters for the gained semi-optimized core pattern in comparison to the designer scheme.
Due to neutron radiation, atomic displacement has a significant effect on material in nuclear reactors. A range of secondary displacement models, including the Kinchin-Pease (K-P), Lindhard, Norgett-Robinson-Torrens (NRT), and athermal recombination-corrected displacement per atom (arc-dpa) have been suggested to calculate the number of displacement per atom (dpa). As neutron elastic interaction is the main cause of displacement damage, the focus of the current study is to calculate the atomic displacement caused by the neutron elastic interaction in order to estimate the exact amount of yield strength in a WWER-1000 reactor pressure vessel. To achieve this purpose, the reactor core is simulated by MCNPX code. In addition, a program is developed to calculate the elastic radiation damage induced by the incident neutron flux (RADIX) based on different models using Fortran programming language. Also, due to non-elastic interaction, the displacement damage is calculated by the HEATR module of the NJOY code. ASME E-693-01 standard, SPECTER, NJOY codes, and other pervious findings have been used to validate RADIX results. The results showed that the RADIX(arc-dpa)/HEATR outputs have appropriate accuracy. The relative error of the calculated dpa resulting from RADIX(arc-dpa)/HEATR is about 8% and 46% less than NJOY code, respectively in the ¼ and ¾ vessel wall.
Thermal hydraulic (TH) analysis of nuclear power reactors is utmost important. In this way, the numerical codes that preparing TH data in reactor core are essential. In this paper, a subchannel analysis of a Russian pressurized water reactor (WWER1000) core with enhanced numerical code is carried out. For this, in fluid domain, the mass, axial and lateral momentum and energy conservation equations for desired control volume are solved, numerically. In the solid domain, the cylindrical heat transfer equation for calculation of radial temperature profile in fuel, gap and clad with finite difference and finite element solvers are considered. The dependence of material properties to fuel burnup with Calza-Bini fuel-gap model is implemented. This model is coupled with Isotope Generation and Depletion Code (ORIGEN2.1). The possibility of central hole consideration in fuel pellet is another advantage of this work. In addition, subchannel to subchannel and subchannel to rod connection data in hexagonal fuel assembly geometry could be prepared, automatically. For a demonstration of code capability, the steady state TH analysis of a the WWER1000 core is compromised with Thermal-hydraulic analysis code (COBRA-EN). By thermal hydraulic parameters averaging Fuel Assembly-to-Fuel Assembly method, the one sixth (symmetry) of the Boushehr Nuclear Power Plant (BNPP) core with regular subchannels are modeled. Comparison between the results of the work and COBRA-EN demonstrates some advantages of the presented code. Using the code the thermal modeling of the fuel rods with considering the fission gas generation would be possible. In addition, this code is compatible with neutronic codes for coupling. This method is faster and more accurate for symmetrical simulation of the core with acceptable results.
Hossam H. Abdellatif;Palash K. Bhowmik;David Arcilesi;Piyush Sabharwall
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.6
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pp.2375-2387
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2024
The passive safety systems (PSSs) within water-cooled reactors are meticulously engineered to function autonomously, requiring no external power source or manual intervention. They depend exclusively on inherent natural forces and the fundamental principles of reactor physics, such as gravity, natural convection, and phase changes, to manage, alleviate, and avert the release of radioactive materials into the environment during accident scenarios like a loss-of-coolant accident (LOCA). PSSs are already integrated into such operating commercial reactors as the Advanced Pressurized Reactor-1000 MWe (AP1000) and the Water-Water Energetic Reactor-1200 MWe (WWER-1200) are adopted in most of the upcoming small modular reactor (SMR) designs. Examples of water-cooled SMR PSSs are the passive emergency core-cooling system (ECCS), passive containment cooling system (PCCS), and passive decay-heat removal system, the designs of which vary based on reactor system-design requirements. However, understanding the accident-event progression and phases of a LOCA is pivotal for adopting a specific PSS for a new SMR design. This study covers the accident-event progression for direct vessel injection (DVI) small-break loss-of-coolant accident (SB-LOCA), associated physics phenomena, knowledge gaps, and important figures of merit (FOMs) that may need to be evaluated and assessed to validate thermal-hydraulics models with an available experimental dataset to support new SMR design and development.
Accident Tolerant Fuels have been widely studied since the Fukushima-Daiichi accident in 2011 as one of the options on how to further enhance the safety of nuclear power plants. Deposition of protective coatings on nuclear fuel claddings has been considered as a near-term concept that will reduce the high-temperature oxidation rate and enhance accidental tolerance of the cladding while providing additional benefits during normal operation and transients. This study focuses on experimental testing of Zr-based alloys coated with Cr-based coatings using Physical Vapour Deposition. The results of long-term corrosion tests, as well as tests simulating postulated accidents, are presented. Zr-1%Nb alloy used as nuclear fuel cladding serves as a substrate and Cr, CrN, CrxNy layers are deposited by unbalanced magnetron sputtering and reactive magnetron sputtering. The deposition procedures are optimized in order to improve coating properties. Coated as well as reference uncoated samples were experimentally tested. The presented results include standard long-term corrosion tests at 360℃ in WWER water chemistry, burst (creep) tests and mainly single and double-sided high-temperature steam oxidation tests between 1000 and 1400℃ related to postulated Loss-of-coolant accident and Design extension conditions. Coated and reference samples were characterized pre- and post-testing using mechanical testing (microhardness, ring compression test), Thermal Evolved Gas Analysis analysis (hydrogen, oxygen concentration), optical microscopy, scanning electron microscopy (EDS, WDS, EBSD) and X-ray diffraction.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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