If there is a water flow with a range of temperature inside a pipe, the wanner water tends to float on top of the cooler water because it is lighter, resulting in the upper portion of the pipe being hotter than the lower portion. Under these conditions, such thermal stratification can play an important role in the aging of nuclear power plant piping because of the stress caused by the temperature difference and the cyclic temperature changes. This stress can limit the lifetime of the piping, even leading to penetrating cracks. Investigated in this study is the effect of thermal stratification on the structural integrity of the pressurizer surge line, which is reported to be one of the pipes most severely affected. Finite element models of the surge line are developed using several element types available in a general purpose structural analysis program and stress analyses are performed to determine the response characteristics for the various types of top-to-bottom temperature differentials due to thermal stratification. Fatigue analyses are also performed and an allowable environmental correction factor is suggested.
West, Andrew;Knapp, Jordan;Lennox, Barry;Walters, Steve;Watts, Stephen
Nuclear Engineering and Technology
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v.54
no.6
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pp.2198-2203
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2022
As robotics become more sophisticated, there are a growing number of generic systems being used for routine tasks in nuclear environments to reduce risk to radiation workers. The nuclear sector has called for more commercial-off-the-shelf (COTS) devices and components to be used in preference to nuclear specific hardware, enabling robotic operations to become more affordable, reliable, and abundant. To ensure reliable operation in nuclear environments, particularly in high-gamma facilities, it is important to quantify the tolerance of electronic systems to ionizing radiation. To deliver their full potential to end-users, mobile robots require sophisticated autonomous behaviors and sensing, which requires significant computational power. A popular choice of computing system, used in low-cost mobile robots for nuclear environments, is the UP Core single board computer. This work presents estimates of the total ionizing dose that the UP Core running the Robot Operating System (ROS) can withstand, through gamma irradiation testing using a Co-60 source. The units were found to fail on average after 111.1 ± 5.5 Gy, due to faults in the on-board power management circuitry. Its small size and reasonable radiation tolerance make it a suitable candidate for robots in nuclear environments, with scope to use shielding to enhance operational lifetime.
A new effective methodology for optimizing the enrichment of low-enriched zones as well as gadolinia fuel ($UO_2/Gd_2O_3$) rod designs in PLUS7 fuel assemblies was developed to minimize the maximum peak power in the core and to maximize the cycle lifetime. An automated link code was developed to integrate the genetic algorithm (GA) and the core design code package of ALPHA/PHOENIX-P/ANC and to generate and evaluate the candidates to be optimized efficiently through the integrated code package. This study introduces an optimization technique for the optimization of gadolinia fuel rod designs in order to effectively reduce the peak powers for a few hot assemblies simultaneously during the cycle. Coupled with the gadolinia optimization, the optimum enrichments were determined using the same automated code package. Applying this technique to the reference core of Ulchin Unit 4 Cycle 11, the gadolinia fuel rods in each hot assembly were optimized to different numbers and positions from their original designs, and the maximum peak power was decreased by 2.5%, while the independent optimization technique showed a decrease of 1.6% for the same fuel assembly. The lower enrichments at the fuel rods adjacent to the corner gap (CG), guide tube (GT), and instrumentation tube (IT) were optimized from the current 4.1, 4.1, 4.1 w/o to 4.65, 4.2, 4.2 w/o. The increase in the cycle lifetime achieved through this methodology was 5 effective full-power days (EFPD) on an ideal equilibrium cycle basis while keeping the peak power as low as 2.3% compared with the original design.
A TRIAC dimming LED driver that can control the brightness of LED arrays for a wide range of source voltage variations is proposed in this paper. Unlike conventional PWM LED drivers, the proposed LED driver adopts a TRIAC switch, which inherently guarantees zero current switching and has been proven to be quite reliable over its long lifetime. Unlike previous TRIAC type LED drivers, the proposed LED driver is composed of an LC input filter and a variable switched capacitance, which is modulated by the TRIAC turn-on timing. Thus, the LED power regulation and dimming control, which are done by a volume resistor in the same way as the conventional TRIAC dimmers, can be simultaneously performed by the TRIAC control circuit. Because the proposed LED driver has high efficiency and a long lifetime with a high power factor (PF) and low total harmonic distortion (THD) characteristics, it is quite adequate for industrial lighting applications such as streets, factories, parking garages, and emergency stairs. A simple step-down capacitive power supply circuit composed of passive components only is also proposed, which is quite useful for providing DC power from an AC source without a bulky and heavy transformer. A prototype 60 W LED driver was implemented by the proposed design procedure and verified by simulation and experimental results, where the efficiency, PF, and THD are 92%, 0.94, and 6.3%, respectively. The LED power variation is well mitigated to below ${\pm}2%$ for 190 V < $V_s$ < 250 V by using the proposed simple control circuit.
When the gamma-ray source, $^{133}Cs$, embedded in a solid is placed at the center of a gold cylinder, the width of 81 keV level is shown to become narrower. This result implies a prolongation of the lifetime of that energy level. With a 0.5-mm-thick, 5-cm-long, 2-mm-diameter platinum cylinder, we obtain a width narrower by 6.1 % at 4.2 K.
Kim, Jong Sung;Lee, Cheol;Kim, Woo Sik;Kim, Ik Jung
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.41
no.11
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pp.1021-1033
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2017
In this study, an optimum process to improve structural integrity was established by investigating effect of the process variables on fatigue lifetime of steel-sleeve repair welds in buried gas pipeline. Residual stresses in the repair welds were derived through sequentially-coupled temperature-stress analysis using ABAQUS, which is a commercial finite element analysis program. In addition, variations of operating stresses were derived by finite element linear elastic stress analysis. Fatigue lifetimes of the steel-sleeve repair welds were evaluated by substituting the derived weld residual stresses and operating stress variations into the structural stress/fracture mechanics approach as input. Parametric study using finite element analysis and fatigue assessment for various repair welding process variables were carried out to investigate the effects of the process variables on the fatigue lifetime. Finally, based on the effects of the process variables on the fatigue lifetime, an optimal process to minimize the welding time and economic costs and to improve the fatigue lifetimes was derived.
In general, major components of nuclear power plant have been evaluated based on 2-dimensional design codes conservatively. However, more exact assessment is necessary for continued operation beyond the design life. In this paper, 3-dimensional stress and fatigue analyses reflecting full geometry and monitored operating condition of reactor pressure vessel have been carried out. The analyses results showed that conservatism of current 2-dimensional evaluation based on design transient. Therefore, it is anticipated that the schemes developed from this research such as 3-dimensional finite element modeling, stress analysis and fatigue analysis related techniques can be utilized as fundamental tools for exact lifetime evaluation and license renewal of major nuclear components.
Nitrogen-Vacancy (NV) center in diamond has been an emerging versatile tool for quantum sensing applications. Amongst various applications, nano-scale nuclear magnetic resonance (NMR) using a single or ensemble NV centers has demonstrated promising results, opening possibility of a single molecule NMR for its chemical structural studies or multi-nuclear spin spectroscopy for quantum information science. However, there is a key challenge, which limited the spectral resolution of NMR detection using NV centers; the interrogation duration for NV-NMR detection technique has been limited by the NV sensor spin lifetime (T1 ~ 3ms), which is orders of magnitude shorter than the coherence times of nuclear spins in bulk liquid samples (T2 ~ 1s) or intrinsic 13C nuclear spins in diamond. Recent studies have shown that quantum memory technique or synchronized readout detection technique can further narrow down the spectral linewidth of NMR signal. In this short review paper, we overview basic concepts of nanoscale NMR using NV centers, and introduce further developments in high spectral resolution NV NMR studies.
Proceedings of the Korea Society for Energy Engineering kosee Conference
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1998.05a
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pp.235-242
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1998
Aiming at one of decisive alternatives for long term aspect of nuclear power concerns, an integral and closed nuclear system, AMBIDEXTER (Advanced Molten-salt Break-even Inherently-safe Dual-mission Experimental and TEst Reactor) concept is under development. The AMBIDEXTER complex essentially comprises two mutually independent loops of the radiation/material transport and the heat/energy conversion, centered at the integrated reactor assembly, which enables one to utilize maximum benefits of nuclear energy under minimum risks of nuclear radiation. And it provides precious radioisotopes and radiation sources from its waste stream. Also the reactor operates at very low level of fission products inventory throughout its lifetime. The nuclear and thermalhydraulic characteristics of the molten TH/$^{233}$ U fuel salt extend the capability of the self-sustaining AMBIDEXTER fuel cycle to enhance resource security and safeguard transparency. The reactor system is consisted of a single component module of the core, heat exchangers and recirculation pumps with neither pipe connections nor active valves in between, which will significantly improve inherent features of nuclear safety. States of the core technologies associated with designing and developing the AMBIDEXTER concept are mostly available in commercialized form and thus demonstration of integral aspects of the concept should be the prime area in future R&D programs.
Residual stress is a critical element in determining the integrity of parts and the lifetime of welded structures. It is necessary to estimate the residual stress of a welding zone because residual stress is a major reason for the generation of primary water stress corrosion cracking in nuclear power plants. That is, it is necessary to estimate the distribution of the residual stress in welding of dissimilar metals under manifold welding conditions. In this study, a cascaded support vector regression (CSVR) model was presented to estimate the residual stress of a welding zone. The CSVR model was serially and consecutively structured in terms of SVR modules. Using numerical data obtained from finite element analysis by a subtractive clustering method, learning data that explained the characteristic behavior of the residual stress of a welding zone were selected to optimize the proposed model. The results suggest that the CSVR model yielded a better estimation performance when compared with a classic SVR model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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