As the risk of the various external risk was increased, a study on the integrity assessment of the nuclear transport cask was needed. In this paper, an integrity assessment of the nuclear transport cask under the ballistic impact was studied. The projectile with L/D = 5 was used in simulation. The applied head shapes of the projectile were five types such as flat shape, conical shape, hemispherical shape, truncated conical and sliced flat shape, respectively. The range on the velocity of the projectile was 85 m/s to 680 m/s. The cask body of the nuclear transport cask was not penetrated by the projectile speed up to Vprojectile = 510 m/s. As the cask body was penetrated by the all types projectile with Vprojectile = 680 m/s and the cask lead in the nuclear transport cask was collided with the projectile. As the projectile moved to 31.3 mm in the cask lead, the cask lead was not penetrated by the projectile with Vprojectile = 680 m/s. The integrity assessment on the nuclear transport cask under ballistic impact up to Vprojectile = 680 m/s was obtained.
The KN-12 transport cask has been designed to transport 12 PWR spent nuclear fuel assemblies and to comply with the regulatory requirements for a Type B(U) package. The containment boundary of the cask is defined by a cask body, a cask lid, lid bolts with nuts, O-ring seals and a bolted closure lid. The containment vessel for the cask consists of a forged thick-walled carbon steel cylindrical body with an integrally-welded carbon steel bottom and is closed by a lid made of stainless steel, which is fastened to the cask body by lid bolts with nuts and sealed by double elastomer O-rings. In the cask lid an opening is closed by a plug with an O-ring seal and covered by the bolted closure lid sealed with an O-ring. The cask must maintain a radioactivity release rate of not more than the regulatory limit for normal transport conditions and for hypothetical accident conditions, as required by the related regulations. The containment requirements of the cask are satisfied by maintaining a maximum air reference leak rate of $2.7{\times}10^{-4}ref.cm^3s^{-1}$ or a helium leak rate of $3.3{\times}10^{-4}cm^3s^{-1}$ for normal transport conditions and for hypothetical accident conditions.
Monolithic forging of cask is required continuously. Body-base monolithic forging of cask has advantage of an economical manufacturing process and better reliability for nuclear applications. Through the finite element analysis and parametric study of design variables, those are die angle, groove length and flange thickness, the optimal dimensions of preform and die sets are determined in order to develop a suitable forging process for body-base monolithic forging. To verify the result of finite element analysis, the physical model of 1/30 scale of actual product using plasticine was carried out. The result of this experiment, deformed shapes were very similar to the finite element analysis. As a result of this work, the special piercing method was developed using blank material consisting of a flange, groove and squared part.
A transfer cask serves as the container for transporting and handling canisters loaded with spent nuclear fuels from light water reactors. This study focuses on a cylindrical transfer cask, standing at 5,300 mm with an external diameter of 2,170 mm, featuring impact limiters on the top and bottom sides. The base of the cask body has an openable/closable lid for loading canisters with storage modules. The transfer cask houses a canister containing spent nuclear fuels from lightweight reactors, serving as the confinement boundary while the cask itself lacks the confinement structure. The objective of this study was to conduct a structural analysis evaluation of the transfer cask, currently under development in Korea, ensuring its safety. This evaluation encompasses analyses of loads under normal, off-normal, and accident conditions, adhering to NUREG-2215. Structural integrity was assessed by comparing combined results for each load against stress limits. The results confirm that the transfer cask meets stress limits across normal, off-normal, and accident conditions, establishing its structural safety.
The KN-12 cask is designed to transport 12 PWR spent nuclear fuels and to comply with the requirements of Korea Atomic Energy Act, IAEA Safety Standards Series No.57-1 and US 10 CFR Part 71 for a Type B(U)F package. It provides containment, radiation shielding, structural integrity, criticality control and heat removal for normal transport and hypothetical accident conditions. W.H 14$\times$14, 16$\times$16 and 17$\times$17 fuel assemblies with maximum allowable initial enrichment of 5.0 wt.%, maximum average burn-up of 50,000 MWD/MTU and minimum cooling time of 7 years being used in Korea will be loaded and subsequently transported under dry and wet conditions. A forged cylindrical cask body which constitutes the containment vessel is closed by a cask lid. Polyethylene rods for neutron shielding are arranged in two rows of longitudinal bore holes in the cask body wall. A fuel basket to accommodate up to 12 PWR fuel assemblies provides support of the fuels, control of criticality and a path to dissipate heat. Impact limiters to absorb the impact energy under the hypothetical accident conditions are attacked at the top and at the bottom side of the cask during transport. Handling weight loaded with water is 74.8 tons and transport weight loaded with water with the impact limiters is 84.3 tons. The cask will be licensed in accordance with Korea Atomic Energy Act 3nd fabricated in Korea in accordance with ASME B&PV Code Section 111, Division 3.
다양한 분야에서 방사선물질을 수송하기 위해 사용되고 있는 수송용기(cask)는 국내 원자력안전규정 및 IAEA 운반규정에서 정한 9m 자유낙하충격의 가상사고조건을 만족시켜야 된다. 현재까지 수송용기의 낙하충격력은 주로 복잡한 계산과정을 갖는 유한요소해석에 의해 수행되어 왔다. 본 논문에서는 수송용기 본체의 동적충격응답에 대해 모드중첩기법을 이용하여 해석하고 그 해법방법을 제시하였다. 해석결과는 이전에 실시되었던 시험결과와 유한요소해석과 비교를 통하여 그 타당성을 입증하였다. 본 해석방법은 유한요소 해석과 비교하여 간단한 방법으로서 수송용기에 대한 대체적인 동적응답을 예측할 수 있다.
한국원자력환경공단에서는 국내 경수로 원전에서 발생한 사용후핵연료를 건식으로 저장하기 위하여 안전성을 최우선으로 국내/외 기술기준을 준수하여 금속겸용용기를 개발하였다. 이러한 금속용기는 50년 동안 주요 안전성요소(구조, 열제거, 격납, 임계방지, 방사선차폐 등)에 대한 건전성을 유지하고, 운영기간 중 유지보수 과정에 폐기물의 발생을 최소화 하고 이를 안전하게 관리할 수 있도록 설계하였다. 본 논문은 설계수명이 종료된 금속용기 본체 및 내/외부 구조물에 대한 방사화 평가를 통해 정량적인 방사능 재고량에 대한 정보를 제공한다. 본 논문에서는 금속용기 본체 및 구성품의 방사화 방사능 재고량은 MCNP5 ORIGEN-2 평가체계를 이용하여 계산하였으며, 각 구성품의 화학조성, 중성자속 분포, 반응률 및 저장기간 동안 중성자조사 기간을 반영하여 평가하였다. 평가결과, 설계수명 이후 10년 경과시 모든 금속재질에서 $^{60}Co$의 방사능이 기타 핵종들에 비하여 가장 큰 방사능을 띄는 것으로 나타났으며, 중성자차폐체인 수지에서는 수명직후 $^{28}Al$ 및 $^{24}Na$등의 고에너지 감마선을 방출하는 핵종은 반감기가 짧아 0.5년 이후에는 무시할 수 있는 수준으로 나타났다. 또한, 사용후핵연료 제거후 캐니스터 및 금속용기 본체에 대한 표면 선량률 평가결과, 상당히 낮은 값을 나타내어, 해체 시 작업자가 받는 피폭선량은 무시할 수 있는 수준으로 평가되었다. 본 평가방법은 사용후핵연료 금속겸용용기 해체 시 계획의 수립 및 해체작업 종사자의 피폭선량 예측, 방사성폐기물의 관리/재활용 등의 기본자료로 활용할 수 있을 것으로 사료된다.
Remote Cask Grappling and Lid Unbolting Device (RCGLUD) is developed as a dedicated device capable of performing complete procedure of handling nuclear spent fuel transport cask. Since RCGLUD is suspended to an overhead crane, its body should undergo prolonged vibration upon actuation in rotational direction and it becomes difficult to achieve precise grappling of the cask. Therefore, this paper presents an adaptation of input shaping technique to effectively suppress the rotational vibration of RCGLUD and achieve precise positioning in rotational direction. This technique has a practical merit in that it requires only the information on the system natural frequency and the damping ratio. Its performance is verified by both simulation and experimental studies, and revealed that the method is also insensitive to modeling error.
방사성물질은 다양한 분야에서 사용되고 있으며 이에 따른 국내 및 국제간 운반이 계속적으로 증가하고 있다. 방사성물질을 수송하기 위해서는 수송용기의 안전성이 확보되어야 한다. 방사성물질 수송용기의 안전규정에 관해서는 국내 원자력법 운반안전규정 및 IAEA 운반규정에서 규정하고 있다. 방사성물질 수송용기 중에서 사용후핵연료를 운반하는 수송용기는 본체와 충격완충제로 구성되어 있다. 본 논문에서는 사용후핵연료 수송용기의 충격완충제에 작용하는 충격력을 계산하는 간편한 실험식을 차원해석을 통하여 유도하였다. 해석결과는 기존의 충격면적법 및 유한요소해석과 비교를 통하여 그 타당성을 입증하였다. 본 실험식을 이용하여 수송용기의 낙하충격력을 쉽게 예측할 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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