This article presents clean core criticality calculations and control rod worth calculations for TRIGA (Training, Research, Isotope production-General Atomics) Mark II research reactor benchmark cores using Winfrith Improved Multi-group Scheme-D/4 (WIMS-D/4) and Program for Reactor In-core Analysis using Diffusion Equation (PRIDE) codes. Cores 133 and 134 were analyzed in 2-D (r, ${\theta}$) and 3-D (r, ${\theta}$, z), using WIMS-D/4 and PRIDE codes. Moreover, the influence of cross-section data was also studied using various libraries based on Evaluated Nuclear Data File (ENDF/B-VI.8 and VII.0), Joint Evaluated Fission and Fusion File (JEFF-3.1), Japanese Evaluated Nuclear Data Library (JENDL-3.2), and Joint Evaluated File (JEF-2.2) nuclear data. The simulation results showed that the multiplication factor calculated for all these data libraries is within 1% of the experimental results. The reactivity worth of the control rods of core 134 was also calculated with different homogenization approaches. A comparison was made with experimental and reported Monte Carlo results, and it was found that, using proper homogenization of absorber regions and surrounding fuel regions, the results obtained with PRIDE code are significantly improved.
Numerical computations of radioactivities and decay energies in a spent fuel have been carried out for designing of a hot cell. Optimum wall and window thicknesses that can preserve spent fuel rods for experimental purposes are estimated with burnup rate of 33,000 MWD/T(U) which is nearly maximum from a pressurized water reactor such as the Go-Ri Unit 1. Before putting the spent fuels into a hot cell, it is assumed for thickness estimates of shield materials that they are cooled in a storage tay for several lime intervals. Considered are various types of shield materials through which changing the distances from a source to an observation point is also made.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.35
no.2
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pp.201-206
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2011
A spacer grid assembly is one of the most important structural components of the nuclear fuel assembly of a pressurized water reactor (PWR), and it affects the performance of the fuel assembly. The primary design requirement is that the mechanical integrity of the fuel rod should be maintained by the spacer grid assembly during the operation of the reactor. It was known that fretting damage to the fuel rod can be reduced by adjusting the relative moving displacement between the fuel rod and its support. In this study, we used the finite element method to evaluate the characteristics of a sliding support designed to reduce fretting damage of fuel rods.
Nasrazadani, Zahra;Salimi, Raana;Askari, Afrooz;Khorsandi, Jamshid;Mirvakili, Mohammad;Mashayekh, Mohammad
Nuclear Engineering and Technology
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v.49
no.1
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pp.1-5
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2017
The heavy water zero power reactor (HWZPR), which is a critical assembly with a maximum power of 100 W, can be used in different lattice pitches. The last change of core configuration was from a lattice pitch of 18-20 cm. Based on regulations, prior to the first operation of the reactor, a new core was simulated with MCNP (Monte Carlo N-Particle)-4C and WIMS (Winfrith Improved Multigroup Scheme)-CITATON codes. To investigate the criticality of this core, the effective multiplication factor ($K_{eff}$) versus heavy water level, and the critical water level were calculated. Then, for safety considerations, the reactivity worth of $D_2O$, the reactivity worth of safety and control rods, and temperature reactivity coefficients for the fuel and the moderator, were calculated. The results show that the relevant criteria in the safety analysis report were satisfied in the new core. Therefore, with the permission of the reactor safety committee, the first criticality operation was conducted, and important physical parameters were measured experimentally. The results were compared with the corresponding values in the original core.
Thermal hydraulic (TH) analysis of nuclear power reactors is utmost important. In this way, the numerical codes that preparing TH data in reactor core are essential. In this paper, a subchannel analysis of a Russian pressurized water reactor (WWER1000) core with enhanced numerical code is carried out. For this, in fluid domain, the mass, axial and lateral momentum and energy conservation equations for desired control volume are solved, numerically. In the solid domain, the cylindrical heat transfer equation for calculation of radial temperature profile in fuel, gap and clad with finite difference and finite element solvers are considered. The dependence of material properties to fuel burnup with Calza-Bini fuel-gap model is implemented. This model is coupled with Isotope Generation and Depletion Code (ORIGEN2.1). The possibility of central hole consideration in fuel pellet is another advantage of this work. In addition, subchannel to subchannel and subchannel to rod connection data in hexagonal fuel assembly geometry could be prepared, automatically. For a demonstration of code capability, the steady state TH analysis of a the WWER1000 core is compromised with Thermal-hydraulic analysis code (COBRA-EN). By thermal hydraulic parameters averaging Fuel Assembly-to-Fuel Assembly method, the one sixth (symmetry) of the Boushehr Nuclear Power Plant (BNPP) core with regular subchannels are modeled. Comparison between the results of the work and COBRA-EN demonstrates some advantages of the presented code. Using the code the thermal modeling of the fuel rods with considering the fission gas generation would be possible. In addition, this code is compatible with neutronic codes for coupling. This method is faster and more accurate for symmetrical simulation of the core with acceptable results.
An integral computer code has been developed for a mechanical and thermal design and performance analysis of an oxide fuel rod in a pressurized water reactor. The code designated as FROD 1.0 takes into account the phenomena of radial power depression within the pellet, cracking, densification and swelling of the pellet, fission gas release, clad creep, pellet-clad contact, heat transfer to coolant and buildup of corrosion layers on the clad surface. The FROD 1.0 code yields two-dimensional temperature distributions, dimensional changes, stresses, and internal pressure of a fuel rod as a function of irradiation time within a reasonable computation time. The code may also be used for the analyses of oxide fuel rods in other thermal reactors. As an application of FROD 1.0 the behavior of fuel rod loaded in the first core of Go-ri Nuclear Power Plant Unit 1 is predicted for the two power histories corresponding to steady state operation and Codition II of the ANS Classification. The results are compared with the design criteria described in the Final Safety Analysis Report and a discrepancy between these two values is discussed herein.
The corrosion behavior of KOFA cladding which is a standard Zircaloy-4 manufactured by Westinghouse Specialty Metal Plant according to the Siemens/KWU's HCW (Highly Cold Worked) standard Zircaloy-4 specification was analyzed using the oxide measurement data of KOFA fuel irradiated in Kori-2 nuclear power plant. Analysis of the measured KOFA cladding oxidation showed that oxidation of KOFA cladding was lower than the design prediction based upon Siemens/KWU's HCW standard Zircaloy-4 cladding. Although the measured fuel rods have relatively low burnup and oxidation and the amount of the measured data are small, analysis of manufacturing and in-reactor operation conditions of KOFA cladding indicates that the differences in the manufacturing processes and chemical composition of the Siemens/KWU's HCW (Highly Cold Worked) standard Zircaloy-4 and KOFA cladding may have somewhat contributed to lower corrosion of KOFA cladding than the expected.
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.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.8
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pp.1623-1630
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2002
Recently, much attention is imposed on the design of the fuel assemblies in the Pressurized Light Water Reactor (PWR). Spacer grid is one of the main structural components in a fuel assembly. It supports fuel rods, guides cooling water, and maintains a coolable geometry from the external impact loads. In this research, a new shape of the spacer grid is designed by the axiomatic approach. The Independence axiom is utilized for the design. For conceptual design, functional requirements (FRs) are defined and corresponding design parameters (DPs) are found to satisfy FRs in sequence. Overall configuration and shapes are determined in this process. Detail design is carried out based on the result of the axiomatic design. For the detail design, the system performances are evaluated by using linear and nonlinear finite element analysis. The dimensions are determined by optimization. Some commercial codes are utilized for the analysis and design.
AgInCd alloy is widely used as neutron absorber in nuclear reactors. However, the AgInCd control rods may fail during service due to the irradiation swelling. In the present study, a calculational method is proposed to calculate the composition change of the AgInCd absorber. Calculated results show that neutron fluence has significant impact on the chemical compositions. Ag and In contents gradually decrease while Cd and Sn conversely increases from the center to the rim of AgInCd absorber due to the depression of neutron flux. The composition change at the surface is higher almost two times than that at the center. Based on the calculated compositions, six simulated AgInCdSn alloys were prepared and examined. With the increase of Cd and Sn, the simulated AgInCdSn alloys transform from a single fcc phase into the mixed fcc and hcp phases, and finally into the single hcp phase. The atomic volume of the hcp phase is obviously larger than the fcc phase. The fcc-hcp transformation results in considerable volume swelling of the AgInCd absorber. Moreover, the lattice parameters of the fcc and hcp phases gradually increase with Cd and Sn contents, which also can induce small volume swelling.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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