In this research, curium oxide (CmO2) is studied as fuel for VVER-1200 reactor to get an attention to its energy value and possibilities. For this purpose, CmO2 is used in fuel rods or integrated burnable absorber (IBA) rods with and without UO2 and then compared with the conventional fuel assembly of VVER-1200 reactor. It is burned to 60 GWd/t by using SRAC-2006 code and JENDL-4.0 data library. From these studies, it is found that CmO2 is competent like UO2 as a fuel due to higher fission cross-section of 243Cm and 245Cm isotopes and neutron capture cross-section of 244Cm and 246Cm isotopes. As a result, when some or all of the UO2 of fuel rods or IBA rods are replaced by CmO2, we get a similar k-inf like the reference even with lower enrichment UO2 fuels. These studies show that the use of CmO2 as IBA rods is more effective than the fuel rods considering the initially loaded amount, power peaking factor (PPF), fuel temperature and void coefficient, and the quality of spent fuel. From a detailed study, 3% CmO2 with inert material ZrO2 in IBA rods are recommended for the VVER-1200 reactor assembly from the once through concept.
Since 2001, a series of five irradiation test campaigns for atomized U-Mo dispersion fuel rods, KOMO-1, -2, -3, -4, and -5, has been conducted at HANARO (Korea) in order to develop high performance low enriched uranium dispersion fuel for research reactors. The KOMO irradiation tests provided valuable information on the irradiation behavior of U-Mo fuel that results from the distinct fuel design and irradiation conditions of the rod fuel for HANARO. Full size U-Mo dispersion fuel rods of 4-5 $g-U/cm^3$ were irradiated at a maximum linear power of approximately 105 kW/m up to 85% of the initial U-235 depletion burnup without breakaway swelling or fuel cladding failure. Electron probe microanalyses of the irradiated samples showed localized distribution of the silicon that was added in the matrix during fuel fabrication and confirmed its beneficial effect on interaction layer growth during irradiation. The modifications of U-Mo fuel particles by the addition of a ternary alloying element (Ti or Zr), additional protective coatings (silicide or nitride), and the use of larger fuel particles resulted in significantly reduced interaction layers between fuel particles and Al.
Reactivity worth of fuel rods at the JSI TRIGA research reactor was measured. Differently burned fuel rods were chosen to validate fuel burnup calculations. Two methods of measuring reactivity worth of fuel rods are used, traditional method is compared to newly introduced method using fuel rods swapping. Connection between both methods is described theoretically and the theory is validated experimentally. Fuel rod worth calculated using the newly introduced fuel rod swap method was within 1σ of worth measured using the traditional method. In addition to the recently performed experiments, weekly measurements of reactor core reactivity throughout the operational history are used for validation. The measured data were used to validate the fuel burnup and core criticality calculations. Fuel burnup calculations are performed using three different computer codes: the deterministic TRIGLAV, the Monte Carlo Serpent-2, and the hybrid RAPID. Great agreement was observed for Serpent-2 and RAPID by simulating fuel rod worth and its burnup, indicating that the fuel burnup and criticality calculations are accurate and that reactivity changes due to small burnup differences on the order of 10 pcm can be accurately simulated. In addition it was shown using ex-core detectors and large fission chamber that detector response changes due to fuel swapping are evident for fuel rod burnup differences of 20 MWd/kg. Fuel burnup calculations were further validated on excess reactivity measurements for three mixed TRIGA cores. The calculated burnup reactivity coefficient ΔρBU using Serpent-2 and RAPID was within 1σ of the measurements, showing both codes are capable of calculating burnup for different TRIGA fuel types.
The development of soluble boron-free (SBF) operation in the innovative Small Modular Reactor (i-SMR) requires effective strategies for managing excess reactivity over extended operational cycles. This paper introduces a practical approach to reactor core design for SBF operation in i-SMR, emphasizing the use of gadolinia burnable absorbers (BA). The study investigates the feasibility of Highly Intensive and Discrete Gadolinia/Alumina Burnable Absorber (HIGA) rods for controlling excess reactivity sustainably. Through comprehensive analysis and simulations, the reactivity behavior with varying quantities of HIGA rods is examined, leading to the development of optimized fuel assembly designs. Furthermore, the integration of HIGA rods with integral gadolinia BA rods is discussed to enhance reactivity control and operational flexibility further. This approach utilizes the spatial self-shielding effect of gadolinia for extended reactivity management, crucial for stable and efficient reactor performance. The paper thoroughly addresses core design considerations, including fuel assembly configurations and control rod patterns, to ensure safety and performance in initial and reload cycles. This research advances the development of SBF operation in i-SMR by offering practical reactivity management solutions.
Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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1999.10a
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pp.248.1-248
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1999
Preliminary analysis of in-reactor thermal performance of three MOX fuel rods, which are going to be irradiated in the Halden reactor beginning in the first Quarter of the year 2000 under the framework of the OECD Halden Reactor Programme, have been conducted by using the computer code COSMOS to ensure their safe operation. Parametric studies have been carried out to investigate the effect of uncertainties on in-reactor behavior by considering the four kinds of uncertainties; thermal conductivity, linear power, manufacturing parameters, and model constants. The analysis shows that, in the case of annular MOX -1 fuel, calculation results for thermal performance vary widely depending on the selection of model constants for fission gas release (FGR). On the contrary, the thermal performance of solid MOX - 3 fuel does not depend on the choice of FGR constants to a large extent as MOX-I, because the fuel temperature is very high in the MOX-3 irrespective of the choice of FGR constants and hence the capacity of grain boundaries to retain gas atoms is not large enough to accommodate the number of gas atoms reaching the grain boundaries. It is planned that when the data on microstructure and thermal conductivity for each type of MOX fuel are available, new analysis will be made using these information. In addition, FGR model constants will be derived from the measured fuel centerline temperature, rod internal pressure and other related data.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.21
no.5
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pp.561-564
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2001
The cladding area of HANARO Research Reactor fuel rods should be checked not to have any defects larger than the size required at QA documents by using eddy torrent testing method doting fabrication process. To apply eddy current testing inspection to the fuel rods, encircling differential probes and standard specimen were designed and fabricated. The impedance of the fabricated probes was measured with impedance analyzer in order to cheek that the probe has a suitable impedance for the inspection frequency, and with this probe and MIZ-40A eddy current equipment, the detectability of this probes was investigated. The developed probes could detect artificial notch with 2mm length 10% depth of cladding thickness in cladding area. In addition, the probe was successfully applied to detect the defects in cladding area doting fabrication of the research reactor rods.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.38
no.4
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pp.443-449
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2014
To check the characteristics of nuclear fuels during an irradiation test, the nuclear fuel rod needs to be disassembled from the test rig located in the pool of the research reactor. Then, the disassembled fuel rod is delivered to the hot cell for intermediate examination. A fuel rod that passes the intermediate examination is delivered to the reactor pool to be reassembled into the test rig. The irradiation test is resumed with the reassembled test rig. Because nuclear fuel rods irradiated by neutrons are highly radioactive, all the disassembly and reassembly processes should be carried out in the pool of the research reactor to prevent operators being exposed to radiation. In particular, because a test rig is 5.4-m long and the reactor pool of HANARO is 6-m deep, special tools need to be developed for performing the disassembly and reassembly processes. In this study, a new assembly design of nuclear fuel rods for intermediate examination is introduced. Furthermore, tools for treating the irradiated fuel rod assembly are introduced, and their performance is verified by an out pile test.
Kim, Han-Soo;Jong, Chang-Yong;Lee, Byung-Ho;Oh, Jae-Yong;Koo, Yang-Hyun
Nuclear Engineering and Technology
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v.42
no.5
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pp.576-581
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2010
KAERI (Korea Atomic Energy Research Institute) fabricated MOX (Mixed Oxide) fuel pellets as a cooperation project with PSI (Paul Scherrer Institut) for an irradiation test in the Halden reactor. The MOX pellets were fitted into fuel rods that included instrumentation for measurement in IFE (Institutt for Energiteknikk). The fuel rods were assembled into the test rig and irradiated in the Halden reactor up to 50 MWd/kgHM. The irradiated fuel rods were transported to the IFE, where ceramography was carried out. The fuel rods were cut transversely at the relatively higher burn-up locations and then the radial cross sections were observed. Micrographs were analyzed using an image analysis program and grain sizes along the radial direction were measured by the linear intercept method. Radial cracks in the irradiated MOX were observed that were generally circumferentially closed at the pellet periphery and open in the hot central region. A circumferential crack was formed along the boundary between the dark central and the outer regions. The inner surface of the cladding was covered with an oxide layer. Pu-rich spots were observed in the outer region of the fuel pellets. The spots were surrounded by many small pores and contained some big pores inside. Metallic fission product precipitates were observed mainly in the central region and in the inside of the Pu spots. The average areal fractions of the metallic precipitates at the radial cross section were 0.41% for rod 6 and 0.32% for rod 3. In the periphery, pore density smaller than 2 ${\mu}m$ was higher than that of the other regions. The grain growth occurred from 10 ${\mu}m$ to 12 ${\mu}m$ in the central region of rod 6 during irradiation.
The measurement and calculation of neutronic parameters in nuclear research reactors has an important influence on control and safety of the nuclear reactor. The power peaking factors, reactivity coefficients and kinetic parameters are the most important neutronic parameter for determining the state of the reactor. The position of the control shim safety rods in the core configuration affects these parameters. The main purpose of this work is to use the MTR_PC package to evaluate the effect of the partially insertion of the control rod on the neutronic parameters at the operating core of the Tehran Research Reactor. The simulation results show that by increasing the insertion of control rods (bank) in the core, the absolute values of power peaking factor, reactivity coefficients and effective delayed neutron fraction increased and only prompt neutron life time decreased. In addition, the results show that the changes of moderator temperature coefficients value versus the control rods positions are very significant. The average value of moderator temperature coefficients increase about 98% in the range of 0-70% insertion of control rods.
H. S. Kang;K. N. Song;Kim, H. K.;K. H. Yoon;Y. H. Jung
Nuclear Engineering and Technology
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v.33
no.1
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pp.73-82
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2001
Pressurized water reactor(PWR) fuel rods. which are continuously supported by a spring system called a spacer grid(SG), are exposed to reactor coolant at a flow velocity of up to 6-8 m/s. It is known that the vibration of 3 fuel rod is generated by the coolant flow, a so-called flow-induced-vibration(FIV), and the relative motion induced by the FIV between the fuel rod and the SG can wear away the surface of the fuel rod, which occasionally leads to its fretting failure. It is, therefore, important to understand the vibration characteristics of the fuel rod and reflect that in its design. In this paper, vibration analyses of the fuel rod with two different SGs were performed using both analytical and experimental methods. Updating of the finite element(FE) model using the measured data was performed in order to enhance confidence in the FE model of fuel rods supported by an SG. It was found that the modal parameters are very sensitive to the spring constant of the SG.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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