Korea Atomic Energy Research Institute (KAERI) has operated an integral effect test facility, the Advanced Thermal-Hydraulic Test Loop for Accident Simulation (ATLAS), with reference to the APR1400 (Advanced Power Reactor 1400) for tests for transient and design basis accidents simulation. A test for a loss of coolant accident (LOCA) at the top of the reactor pressure vessel (RPV) had been conducted at ATLAS to address the impact of the loss of safety injections (LSI) and to evaluate accident management (AM) actions during the postulated accident. The experimental data has been utilized to validate system analysis codes within a framework of the domestic standard problem program organized by KAERI in collaboration with Korea Institute of Nuclear Safety. In this study, the test has been analyzed by using thermal-hydraulic system analysis codes, MARS-KS 1.5 and TRACE 5.0 Patch 6, and a comparative analysis with experimental and calculation results has been performed. The main objective of this study is the investigation of the thermal-hydraulic phenomena during a small break LOCA at the RPV upper head with the LSI as well as the predictability of the system analysis codes after the AM actions during the test. The results from both codes reveal that overall physical behaviors during the accident are predicted by the codes, appropriately, including the excursion of the peak cladding temperature because of the LSI. It is also confirmed that the core integrity is maintained with the proposed AM action. Considering the break location, a sensitivity analysis for the nodalization of the upper head has been conducted. The sensitivity analysis indicates that the nodalization gave a significant impact on the analysis result. The result emphasizes the importance of the nodalization which should be performed with a consideration of the physical phenomena occurs during the transient.
The transition temperature shift (TTS) of the reactor pressure vessel materials is an important factor that determines the lifetime of a nuclear power plant. The prediction of the TTS at the end of a plant's lifespan is calculated based on the equation of Regulatory Guide 1.99 revision 2 (RG1.99/2) from the US. The fluence factor in the equation was expressed as a power function, and the exponent value was determined by the early surveillance data in the US. Recently, an advanced approach to estimate the TTS was proposed in various countries for nuclear power plants, and Korea is considering the development of a new TTS model. In this study, the TTS trend of the Korean surveillance test results was analyzed using a nonlinear regression model and a mixed-effect model based on the power function. The nonlinear regression model yielded a similar exponent as the power function in the fluence compared with RG1.99/2. The mixed-effect model had a higher value of the exponent and showed superior goodness of fit compared with the nonlinear regression model. Compared with RG1.99/2 and RG1.99/3, the mixed-effect model provided a more accurate prediction of the TTS.
Shielding problems associated with neutron streaming through the reactor vessel cavity of pressurized water reactors are discussed to a certain extent with the actual examples in the currently operating reactors. Various remedial techniques are proposed herein to mitigate the tedious neutron streaming phenomena including piling up in heaps of temporary boron-containing bags and the installation of permanent shield structure making use of a certain refractory materials. In conclusion, optimum cavity shielding design concepts are presented with special emphasis on such major factors as the identification of major neutron streaming path, selection of necessary shielding materials with acceptable constraints, detailed design characteristics and physical configuration as well as the formulation of dependable mathematical tools to predict the final outcome of each design concept proposed in the context.
Lee, Sung Myung;Eo, Min Hun;Kim, Seung Hyun;Jang, Kye Hwan
Journal of the Korean Society of Safety
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v.30
no.3
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pp.107-113
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2015
The goal of this paper is to investigate structural integrity factors of RMI(reflective metal insulation) to confirm the design requirements in nuclear power plant. Currently, a glass wool insulation is using now, but it will gradually be replaced with the reflective metal insulation maded by stainless steel plates. The main function of an insulation is to minimize a heat loss of vessel and pipes in RCS(reactor coolant system). It has to maintain structural a integrity in nuclear power plant life duration. In this study, the structural integrity analysis was carried out both multi-plate and outer shell plate by using a static analysis and experimental test. First, inner multi-plate has a self support structure for being air space. Because the effect of total static weight in multi-layer plate is low, a plate collapse possibility is not high. Considering optimum thin plate pressing process, it has to pre-check the basic physical properties. Second, the outer segment thickness and stiffener shape are verified by the numerical static analysis, and sample test for both type of panel and cylindrical pipe model.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.10
no.1
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pp.47-60
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2016
The objective of this study was to evaluate the capability of different strength-maturity models to account for the effect of the hydration heat on the in-place strength development of high-strength concrete specifically developed for nuclear facility structures under various ambient curing temperatures. To simulate the primary containment-vessel of a nuclear reactor, three 1200-mm-thick wall specimens were prepared and stored under isothermal conditions of approximately $5^{\circ}C$ (cold temperature), $20^{\circ}C$ (reference temperature), and $35^{\circ}C$ (hot temperature). The in situ compressive strengths of the mock-up walls were measured using cores drilled from the walls and compared with strengths estimated from various strength-maturity models considering the internal temperature rise owing to the hydration heat. The test results showed the initial apparent activation energies at the hardening phase were approximately 2 times higher than the apparent activation energies until the final setting. The differences between core strengths and field-cured cylinder strengths became more notable at early ages and with the decrease in the ambient curing temperature. The strength-maturity model proposed by Yang provides better reliability in estimating in situ strength of concrete than that of Kim et al. and Pinto and Schindler.
During postulated severe accidents in Light water Reactors, molten corium which was ejected from the reactor vessel bottom, may erode the concrete basemat of the containment and there by threaten the containment integrity. This study experimentally examines the molten core-concrete interaction (MCC) using 20kg of thermite melt (Fe + $Al_2$O$_3$) and the concrete, used in Yonggwang Nuclear Power Plant Units 3 and 4 (YGN 3 & 4) in Korea. The measured data are the downward heat fluxes, concrete erosion rate, gases and particle generation rates during MCCI. Transient results ore compared with those of TURCIT experiment conducted by SNL in USA. The peak downward heat flux to the concrete was measured to be about 2.1㎿/$m^2$. The initial concrete erosion rate was 175cm per hour, decreasing to 30cm per hour. It was shown from the post-test that the erosion was progressed downward up to 18mm in the concrete slug.
Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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v.13
no.1
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pp.75-83
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2017
This study investigated deformation behavior of major nuclear structural materials under cyclic loading conditions via cyclic stress-strain test. The cyclic stress-strain tests were conducted on SA312 TP316 stainless steel and SA508 Gr.3 Cl.1 low-alloy steel, which are used as materials for primary piping and reactor pressure vessel nozzle respectively, under cyclic load with constant strain amplitude and constant load amplitude at room temperature (RT) and $316^{\circ}C$. From the results of tests, the cyclic hardening and softening behavior, stabilized cyclic stress-strain behavior, and ratcheting behavior of both materials were investigated at both RT and $316^{\circ}C$. In addition, appropriate considerations for cyclic deformation behavior in the structural integrity evaluation of major nuclear components under excessive seismic condition were discussed.
Experimental studies hate been peformed to investigate vapor explosion phenomena which may threaten the containment integrity during severe accidents in nuclear power plants. In this study, experimental equipment is constructed for vapor explosion experiments, and the vapor explosion experiments were conducted using water/R22. During the experiments, water/R22 interaction phenomena were observed using the high speed camera, and the explosion pressure and released mechanical energy were measured with pressure transducer and pressure relief tube. And the effects of some important parameters-hot liquid temperature, hot liquid injection velocity, hot liquid injection velocity, hot liquid injection time, and cold liquid depth-were investigated on the vapor explosion. Also, the experiment with grid was conducted to study reactor -vessel-lower-structure effect on fuel/coolant interaction. Water/R22 explosion conversion ratios were measured between 0.5∼1.6%.
One of the major factors affecting the life span of a Reactor Pressure Vessel (RPV) is the Pressurised Thermal Shock (PTS). PTS is a thermo-mechanical load on the RPV wall due to steep temperature gradients and structural load created by internal pressure of the fluid within the RPV. Safe operating life of a nuclear power plant is ensured by carrying out fracture analysis of the RPV against thermal shock. Carrying out fracture tests on RPV/large scale components is not always feasible. Hence, studies on laboratory level specimens are necessary to validate and supplement the prototype results. This paper aims to study the fracture behaviour of standard Compact Tension [C(T)] specimens, made of RPV steel 20MnMoNi55, subjected to thermal shock through experimental and numerical investigations. Fracture tests have been carried out on the C(T) specimens subjected to thermal transient load and tensile load to quantify the effect of thermal shock. Crack resistance curves are obtained from the fracture tests as per ASTM E1820 and compared with those obtained numerically using XFEM and a good agreement was found. A quantitative study on the crack tip plastic zone, computed using cohesive segment approach, from the numerical analyses justified the experimental crack initiation toughness.
Experiments were performed to measure the critical heat flux (CHF) on a vertical surface abutting a coarse packed bed of spherical particles. This geometry is representative of a CANDU reactor calandria tubesheet facing the end shield cavity during the in-vessel retention (IVR) phase of a severe accident. Deionized light water was used as the working fluid. Low carbon steel shielding balls with diameters ranging from 6.4 to 12.7 mm were used, allowing for the development of an empirical correlation of CHF as a function of shielding ball diameter. Previously published data is used to develop a more comprehensive empirical correlation accounting for the impacts of both shielding ball diameter and heating surface height. Tests using borosilicate shielding balls demonstrated that the dependence of CHF on shielding ball thermal conductivity is insignificant. The deposition of iron oxide particles transported from shielding balls to the heating surface is verified to increase CHF non-trivially. The results presented in this paper improve the state of the knowledge base permitting quantitative prediction of CHF in the CANDU end shield, refining our ability to assess the feasibility of IVR. The findings clarify the mechanisms governing CHF in this scenario, permitting identification of potential future research directions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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