Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.22
no.2
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pp.117-128
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2024
The 300 concrete silo systems installed and operated at the site of Wolsong nuclear power plant (NPP) have been storing CANDU spent nuclear fuel (SNF) under dry conditions since 1992. The dry storage system must be operated safely until SNF is delivered to an interim storage facility or final repository located outside the NPP in accordance with the SNF management policy of the country. The silo dry storage system consists of a concrete structure, liner steel plate in the inner cavity, and fuel basket. Because the components of the silo system are exposed to high energy radiation owing to the high radioactivity of SNF inside, the effects of irradiation during long-term storage must be analyzed. To this end, material specimens of each component were manufactured and subjected to irradiation and strength tests, and mechanical characteristics before and after irradiation were examined. Notably, the mechanical characteristics of the main components of the silo system were affected by irradiation during the storage of spent fuel. The test results will be used to evaluate the long-term behavior of silo systems in the future.
Currently, there are no interim storage facilities and permanent disposal facilities in Korea, so all spent nuclear fuels are temporarily stored. However, the temporary storage facility is approaching saturation, and as a measure to this, the 2nd Basic Plan for the Management of High-Level Radioactive Waste presented an operation plan for dry interim storage facilities and dry temporary storage facilities on the NPP on-site. The dry storage can be operated in various ways, and to select the optimal dry storage method, the reduction of exposure for workers must be considered. Accordingly, it is necessary to develop a worker exposure scenario according to the dry storage method and evaluate and compare the radiological impact for each method. The purpose of this study is to develop an exposure scenario for workers transporting spent nuclear fuel by dry storage method. To this end, first, the operation procedure of the foreign commercial spent nuclear fuel dry storage system was analyzed based on the Final Safety Analysis Report (FSAR). 1) the concrete overpack-based system, 2) the metal overpack-based system, and 3) the vertical storage module-based system were selected for analysis. Factors were assumed that could affect the type of work (working distance, working hours, number of workers, etc.) during transportation work. Finally, the work type of the processes involved in transporting spent nuclear fuel by dry storage method was set, and an exposure scenario was developed accordingly. The concrete overpack method, the metal overpack method, and the vertical storage module method were classified into a total of 31, 9, and 23 processes, respectively. The work distance, work time, and number of workers for each process were set. The product of working hours and number of workers (Man-hour) was set high in the order of concrete overpack method, vertical storage module method, and metal overpack method, and short-range work (10 cm) was most often applied to the concrete overpack method. The results of this study are expected to be used as basic data for performing radiological comparisons of transport workers by dry storage method of spent nuclear fuel.
Seongji Han;Gil-Eon Jeong;Hyeonbeen Lee;Woo-Seok Choi;Jin-Gyun Kim
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.11
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pp.4125-4133
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2023
The transportation of spent nuclear fuel is an important process that involves road and sea transport from an interim storage facility to storage and final disposal sites. As spent nuclear fuel poses a significant risk, carefully evaluating its vibration and shock characteristics under normal transport conditions is essential. In this regard, full-scale multi-modal transport tests (MMTT) have been conducted domestically and internationally. In this paper, we discuss the process of developing a multi-body dynamics (MBD) model to analytically simulate conditions that cannot be considered in tests. The MBD model is based on the KORAD-21 transportation system was validated using the Korean MMTT results from 2020 to 2021. This paper summarizes the details of the development and verification of the MBD model for the KORAD-21 transportation system under normal transport test conditions. This approach can be applicable to various transportation scenarios and systems, and the results of this study will help to ensure that nuclear fuel transportation is conducted safely and effectively.
Korea expects a shortage in storage capacity for spent fuels at reactor sites. Therefore, a need for more metal and/or concrete casks for storage systems is anticipated for either the reactor site or away from the reactor for interim storage. For the purpose of interim storage and transportation, a dual purpose metal cask that can load 21 spent fuel assemblies is being developed by Korea Radioactive Waste Management Corporation (KRMC) in Korea. At first the gamma and neutron flux for the design basis fuel were determined assuming in-core environment (the temperature, pressure, etc. of the moderator, boron, cladding, $UO_2$ pellets) in which the design basis fuel is loaded, as input data. The evaluation simulated burnup up to 45,000 MWD/MTU and decay during ten years of cooling using the SAS2H/OGIGEN-S module of the SCALE5.1 system. The results from the source term evaluation were used as input data for the final shielding evaluation utilizing the MCNP Code, which yielded the effective dose rate. The design of the cask is based on the safety requirements for normal storage conditions under 10 CFR Part 72. A radiation shielding analysis of the metal storage cask optimized for loading 21 design basis fuels was performed for two cases; one for a single cask and the other for a $2{\times}10$ cask array. For the single cask, dose rates at the external surface of the metal cask, 1m and 2m away from the cask surface, were evaluated. For the $2{\times}10$ cask array, dose rates at the center point of the array and at the center of the casks' height were evaluated. The results of the shielding analysis for the single cask show that dose rates were considerably higher at the lower side (from the bottom of the cask to the bottom of the neutron shielding) of the cask, at over 2mSv/hr at the external surface of the cask. However, this is not considered to be a significant issue since additional shielding will be installed at the storage facility. The shielding analysis results for the $2{\times}10$ cask array showed exponential decrease with distance off the sources. The controlled area boundary was calculated to be approximately 280m from the array, with a dose rate of 25mrem/yr. Actual dose rates within the controlled area boundary will be lower than 25mrem/yr, due to the decay of radioactivity of spent fuel in storage.
Kim, Tae-Man;Dho, Ho-Seog;Cho, Chun-Hyung;Ko, Jae-Hun
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.15
no.4
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pp.391-402
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2017
The Korea Radioactive Waste Agency (KORAD) has developed a concrete cask for the dry storage of spent nuclear fuel that has been generated by domestic light-water reactors. During long-term storage of spent nuclear fuel in concrete casks kept in dry conditions, the integrity of the concrete cask and spent nuclear fuel must be maintained. In addition, the radiation dose rate must not exceed the storage facility's design standards. A suitable shielding design for radiation protection must be in place for the dry storage facilities of spent nuclear fuel under normal and accident conditions. Evaluation results show that the appropriate distance to the annual dose rate of 0.25 mSv for ordinary citizens is approximately 230 m. For a $2{\times}10$ arrangement within storage facilities, rollover accidents are assumed to have occurred while transferring one additional storage cask, with the bottom of the cask facing the controlled area boundary. The dose rates of 12.81 and 1.28 mSv were calculated at 100 m and 230 m from the outermost cask in the $2{\times}10$ arrangement. Therefore, a spent nuclear fuel concrete cask and storage facilities maintain radiological safety if the distance to the appropriately assessed controlled area boundary is ensured. In the future, the results of this study will be useful for the design and operation of nuclear power plant on-site storage or intermediate storage facilities based on the spent fuel management strategy.
Spent nuclear fuel(SNF) is stored in nuclear power plants for a certain period of time and then transported to an interim storage facility. After that, SNF is finally repackaged in a disposal canister at an encapsulation plant for final disposal. Finland and Sweden, leading countries in SNF disposal technology, have already completed designing of spent fuel encapsulation plant. In particular, the encapsulation plant construction in Finland is near completion. When it comes to South Korea, as the amount of SNF production and disposal plan is different from those in Finland and Sweden, it is difficult to apply the concepts of these contries as is. Therefore, it is necessary to establish the spent fuel repackaging concept and to derive each operating and repackaging procedures by considering annual disposal plan of South Korea. The results of this study is expected to be used to establish the concept of optimized encapsulation plant through further research.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.13
no.2
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pp.163-169
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2015
In many nuclear power plant sites in Korea, high density storage racks were installed in the spent fuel pool to expand the spent fuel storage capacity. Nevertheless, the capability of the Hanbit nuclear site will be saturated by 2024. Also, 10 NPPs will reach their design life expiration date by 2029. In the case of the US, SFPI (Spent Fuel Pool Island) operated temporarily as a spent fuel storage option before spent nuclear fuels were transported to an interim storage facility or a final disposal facility. As a spent fuel storage option after shutdown during decommissioning, the SFPI concept can be expected to have the following effects: reduced occupational exposure, lower cost of operation, strengthened safety, and so on. This paper presents a case study associated with the regulations, operating experiences, and systems of SFPI in the US. In conclusion, the following steps are recommended for applying SFPI during decommissioning in Korea: confirmation of design change scope of SFPI and expected final cost, the submission of a decommissioning plan which is reflected in SFPI improvement plans, safety assessment using PSR, application of an operating license change for design change, regulatory body review and approval, design change, inspection by the regulatory body, education and commissioning for SFPI, SFPI operation and periodic inspection, and dismantling of SFPI.
As an at-reactor(AR) storage method o( spent fuel, there are horizontal concrete module type, metal storage cask type, concrete storage cask type, dual purpose (transportation and storage) cask type and multi-purpose (transportation, storage and disposal) cask type. All other types except multi-purpose one have been already used for AR dry storage of spent fuels after obtaining operation license in various foreign countries. Also the development of multi-purpose type has been continued for operation license. In America, Japan, Germany, Canada, Spain, Switzerland, and Czech Republic, etc., AR dry storage facilities are under operation or on propulsion, and spent fuels are transported to interim storage facility or reprocessing plant after dry storage at reactor temporarily. At Wolsung site, in case of Korea, concrete silo type has already been introduced, and it is believed to be inevitable to store spent fuels at reactor temporarily, considering the reality that storage capacity of spent fuel is approaching to the limit in some nuclear power plants. In this report, the system characteristics, design requirements, technical standards and status of AR storage system, which is suitable for domestic site such as Kori, have been studied. In most cases, the licensed period of storage cask is limited up to 20 years and the integrity of material and maintenance of leaktightness are required during the whole service life.
Westphal, Brian;Tolman, David;Tolman, Kevin;Frank, Steven;Herrmann, Steve;Warmann, Stephen;Marsden, Kenneth;Patterson, Michael
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.18
no.2
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pp.113-118
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2020
An options study was performed for the treatment of residual elemental sodium in driver plenums following the chopping operation during the pyroprocessing of used nuclear fuel. Given the pending availability of a multi-function furnace for distillation and consolidation operations in the Fuel Conditioning Facility, the furnace was considered for the processing of driver plenums. Although two options (oxidation and distillation) could be performed in the multi-function furnace, neither option has been developed sufficiently to date to warrant the use of the furnace for treatment operations. Thus, it was decided to defer the treatment of elemental sodium from driver plenums in the multi-function furnace until more developed technologies and/or furnaces become available. In the interim, storage of the plenums and characterization efforts are recommended.
Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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v.19
no.2
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pp.163-170
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2023
Since spent nuclear fuel assemblies (SFA) are transported to interim storage or final disposal facility after cooling the decay heat, finite element analysis (FEA) with simplification is widely used to show their integrity against cladding failure to cause dispersal of radioactive material. However, there is a lack of research addressing the comprehensive impact of shape and element simplification on analysis results. In this study, for the optimization of a typical pressurized water reactor SFA, different types of finite element models were generated by changing number of fuel rods, fuel rod element type and assembly length. A series of FEA in use of these different models were conducted under a shock load data obtained from surrogate fuel assembly transportation test. Effects of number of fuel rods, element type and length of assembly were also analyzed, which shows that the element type of fuel rod mainly affected on cladding strain. Finally, an optimal finite element model was determined for other practical application in the future.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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