The thermal, mechanical, and neutronic performance of the metal alloy fast reactor fuel design complements the safety advantages of the liquid metal cooling and the pool-type primary system. Together, these features provide large safety margins in both normal operating modes and for a wide range of postulated accidents. In particular, they maximize the measures of safety associated with inherent reactor response to unprotected, doublefault accidents, and to minimize risk to the public and plant investment. High thermal conductivity and high gap conductance play the most significant role in safety advantages of the metallic fuel, resulting in a flatter radial temperature profile within the pin and much lower normal operation and transient temperatures in comparison to oxide fuel. Despite the big difference in melting point, both oxide and metal fuels have a relatively similar margin to melting during postulated accidents. When the metal fuel cladding fails, it typically occurs below the coolant boiling point and the damaged fuel pins remain coolable. Metal fuel is compatible with sodium coolant, eliminating the potential of energetic fuel-coolant reactions and flow blockages. All these, and the low retained heat leading to a longer grace period for operator action, are significant contributing factors to the inherently benign response of metallic fuel to postulated accidents. This paper summarizes the past analytical and experimental results obtained in past sodium-cooled fast reactor safety programs in the United States, and presents an overview of fuel safety performance as observed in laboratory and in-pile tests.
An integrated approach of model simplification for high burnup spent nuclear fuel is proposed based on material calibration using optimization. The spent fuel rods are simplified into a beam with a homogenous isotropic material. The proposed approach of model simplification is applied to fuel rods with two kinds of interfacial configurations between the fuel pellets and cladding. The differences among the generated models and the effects of interfacial bonding efficiency are discussed. The strategy of model simplification adopted in this work is to force the simplified beam model of spent fuel rods to possess the same compliance and failure characteristics under critical loads as those that result in the failure of detailed fuel rod models. It is envisioned that the simplified model would enable the assessment of fuel rod failure through an assembly-level analysis, without resorting to a refined model for an individual fuel rod. The effective material properties of the simplified beam model were successfully identified using the integrated optimization process. The feasibility of using the developed simplified beam models in dynamic impact simulations for a horizontal drop condition is examined, and discussions are provided.
Kim, Hyun-Jung;Yim, Jeong-Sik;Jeong, Yong-Jin;Lee, Kang-Hee
Nuclear Engineering and Technology
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v.51
no.2
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pp.495-500
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2019
When a new fuel is developed, various mechanical properties are absolutely necessary for a safety analysis of the fuel for the licensing and prediction of its mechanical behavior during operation and accident conditions. In this paper, a mechanically equivalent surrogate plate of U-Mo dispersion fuel is presented using tungsten, substitute material of U-Mo particle. A surrogate plate, composed of tungsten/aluminum dispersion meat and aluminum alloy cladding, is manufactured with the same fabrication process with that of fuel plate except that a tungsten powder is used instead of U-Mo powder. A modal test showed that the surrogate plate and fuel plate have similar dynamic characteristics, and a tensile test demonstrated the similarity of the material property up to the yield strength range. The conducted tests proved that the surrogate tungsten plate has equivalent mechanical behaviors with that of a fuel plate, which leads to the acceptable use of a surrogate fuel assembly using tungsten/aluminum dispersion meat in various mechanical tests. The surrogate fuel assembly can be utilized for various out-of-pile characteristic tests, which are necessary for the licensing achievement of a research reactor that uses U-Mo dispersion fuel as a driver.
Ta Van Thuong;O.L. Tashlykov;S.M. Glukhov;D.E. Shumkov;Yu.V. Volchikhina
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.6
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pp.2088-2095
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2023
The safety of nuclear installations is largely determined by the tightness of fuel elements cladding. As the Fukushima nuclear accident showed, the main task in case of loss of power supply is to ensure reliable removal of residual heat release from spent fuel pool (SFP) with irradiated fuel assemblies (IFAs). The paper presents the results of calculated-experimental studies and thermal-hydraulic modeling of temperature storage modes of IFAs in SFP. Experimental studies of SFP's temperature regime and calculated evaluation of residual heat removal due to the thermal conductivity of building structures surrounding the SFP were performed. To ensure the safe operation of research reactors, it's necessary to know the IFA's residual heat power (RHP) in the reactor and SFP, which is determined depending on the operating time of fuel assemblies (FAs) and the IFAs calculated holding time. The FAs operating time depends on the reactor energy output. The IFAs calculated holding time is determined by the fuel burnup, U-235 mass in the fuel, and reactor utilization factor. The IFAs fuel burnup was calculated using the MCU-PTR program. Also presented are the RHP's calculation results using some of the empirical dependencies. The concept of a passive heat removal system (PHRS) based on thermosyphon's operating principle was proposed.
An efficient procedure of evaluating the fuel cladding failures occurring in the normal operations of typical PWR's has been investigated through the analysis of fission product(FP) activities in the reactor coolant using an analytical model, FIPREL code. Performed by this code is an extensive study on the sensivities of FP activities to such physical parameters as enrichment, turnup, and operation temperature of failed fuel rod as well as the effective failure size quantified in terms of the magnitude of gap release coefficient. The results of study are generally in agreement with those by PROFIP method. In the presence of tramp uranium the portion of activities released from failed rod is separated by an iterative calculation based on the activity ratios of fission nuclides chemically more stable than iodines. Obtained are the linear power density and the number of failed rods, the effective failure size, and the mass of tramp uranium. The operation experiences of 4 cycles of Kori Unit 1 are analyzed and the results show that the model is highly reliable for the survey and evaluation of fuel rod conditions during reactor operations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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