Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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1997.05a
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pp.21-26
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1997
Recently, thorium is receiving increasing attention as an important fertile material for the expanding nuclear power programs around the world. The superior nuclear and physical properties of thorium-based fuels could lead to very low fuel cycle cost and make thorium reactors economically attractive. In addition, the use of thorium in reactors would permit more efficient utilization of low cost uranium reserves and reduction nuclear wastes. In this work, the nuclear characteristics of a new type thorium fueled reactor (Radkowsky Thorium Reactor) consisting seed-blanket assemblies are addressed and compared with those typical assemblies of a PWR (CE type). Also, an assessment on several advantages of thorium fueled reactors is provided. All these results are based on the HELIOS code calculation.
Park, Jungkyu;Farfan, Eduardo B.;Enriquez, Christian
Nuclear Engineering and Technology
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v.50
no.5
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pp.731-737
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2018
In this research paper, the thermal transport in thorium dioxide is investigated by using nonequilibrium molecular dynamics. The thermal conductivity of bulk thorium dioxide was measured to be 20.8 W/m-K, confirming reported values, and the phonon mean free path was estimated to be between 7 and 8.5 nm at 300 K. It was observed that the thermal conductivity of thorium dioxide shows a strong dependency on temperature; the highest thermal conductivity was estimated to be 77.3 W/m-K at 100 K, and the lowest thermal conductivity was estimated to be 4.3 W/m-K at 1200 K. In addition, by simulating thorium dioxide structures with different lengths at different temperatures, it was identified that short wavelength phonons dominate thermal transport in thorium dioxide at high temperatures, resulting in decreased intrinsic phonon mean free paths and minimal effect of boundary scattering while long wavelength phonons dominate the thermal transport in thorium dioxide at low temperatures.
Dolak, I.;Karakaplan, M.;Ziyadanogullar, B.;Ziyadanogullari, R.
Bulletin of the Korean Chemical Society
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v.32
no.5
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pp.1564-1568
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2011
A solvent extraction separation, preconcentration and determination of thorium with a new crown, 2-ethyl-N-benzyl-4,7,10,13,16-pentaoxa-1-azacyclooctadecane (MACE), is described in the study. The amount of thorium in the aqueous phase and organic phase was determined by Inductively Coupled Plasma-Optical Emission Spectroscopy and Ultraviolet-Visible, respectively. Thorium loaded organic phase was quantitatively stripped in a stage by using 1.0 M $HNO_3$. Thorium was effectively extracted with MACE in the pH range of 6-7 to produce a 3:2 complex ratio in the chloroform. A highly sensitive and rapid spectrophotometric method was described for determination of trace amounts of thorium with MACE. The effective molar absorption coefficient at 281 nm is $1.98{\times}10^3\;mol^{-1}cm^{-1}$, and the system complies with Beer's law in the range from 0.464 to 2.32 ${\mu}gm\;L^{-1}$ of thorium. Thorium was also determined in standard and environmental samples.
Nur Anis Zulaikha Kamarudin;Aznan Fazli Ismail;Mohamad Hairie Rabir;Khoo Kok Siong
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.7
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pp.2641-2649
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2024
Effective management of slightly used nuclear fuel (SUNF) is crucial for both technical and public acceptance reasons. SUNF management, radiotoxicity risk, and associated financial investment and technological capabilities are major concerns in nuclear power production. Reducing the volume of SUNF can simplify its management, and one possible solution is utilizing small modular reactors (SMR) and advanced fuel designs like those with thorium. This research focuses on studying the neutronic performance and radionuclide inventory of three different thorium fuel configurations. The mass of fissile material in thorium-based fuel significantly impacts Kinf, burn-up, and neutron energy spectrum. Compared to uranium, thorium as a fuel produces far fewer transuranic elements and less long-lived fission products (LLFPs) at the end of the core cycle (EOC). However, certain fission product elements produced from thorium-based fuel exhibit higher radioactivity at the beginning of the core cycle (BOC). Physical separation of thorium and uranium in the fuel block, like seed-and-blanket units (SBU) and duplex fuel designs, generate less radioactive waste with lower radioactivity and longer cycle lengths than homogeneous or mixed thorium-uranium fuel. Furthermore, the SBU and duplex feel designs exhibit comparable neutron spectra, leading to negligible differences in SUNF production between the two.
Aziman, Eli Syafiqah;Ismail, Aznan Fazli;Muttalib, Nabilla Abdul;Hanifah, Muhammad Syafiq
Nuclear Engineering and Technology
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v.53
no.9
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pp.2926-2936
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2021
Rare-earth (RE) industries generate a massive amount of radioactive residue containing high thorium concentrations. Due to the fact that thorium is considered a non-economic element, large volume of these RE processed residues are commonly disposed of without treatment. It is essential to study an appropriate treatment that could reduce the volume of waste for final disposition. To this end, this research investigates the applicability of carbon-based adsorbent in separating thorium from aqueous phase sulphate is obtained from the cracking and leaching process of solid rare-earth by-product residue. Adsorption of thorium from the aqueous phase sulphate by carbon-based electrodes was investigated through electrosorption experiments conducted at a duration of 180 minutes with a positive potential variable range of +0.2V to +0.6V (vs. Ag/AgCl). Through this research, the specific capacity obtained was equivalent to 1.0 to 5.14 mg-Th/g-Carbon. Furthermore, electrosorption of thorium ions from aqueous phase sulphate is found to be most favorable at a higher positive potential of +0.6V (vs. Ag/AgCl). This study's findings elucidate the removal of thorium from the rare-earth residue by carbon-based electrodes and simultaneously its potential to reduce disposal waste of untreated residue.
Bahri, Che Nor Aniza Che Zainul;Ismail, Aznan Fazli;Majid, Amran Ab.
Nuclear Engineering and Technology
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v.51
no.3
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pp.792-799
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2019
The present study aims to investigate the fluorination of thorium oxide ($ThO_2$) by ammonium hydrogen difluoride ($NH_4HF_2$). Fluorination was performed at room temperature by mixing $ThO_2$ and $NH_4HF_2$ at different molar ratios, which was then left to react for 20 days. Next, the mixtures were analyzed using X-ray diffraction (XRD) at the intervals of 5, 10, 15, and 20 days, followed by the heating of the mixtures at $450-750^{\circ}C$ with argon gas flow. The characterization of $ThF_4$ was established using X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy-dispersion X-ray spectroscopy (SEM-EDX). In this study, ammonium thorium fluoride was synthesized through the fluorination of $ThO_2$ at room temperature. The optimum molar ratio in synthesizing ammonium thorium fluoride was 1.0:5.5 ($ThO_2:NH_4HF_2$) with 5 days reaction time. In addition, the heating of ammonium thorium fluoride at $450^{\circ}C$ was sufficient to produce $ThF_4$. Overall, this study proved that $NH_4HF_2$ is one of the fluorination agents that is capable of synthesizing $ThF_4$.
Ion exchange procedure was studied for the separation of thorium from the acidic solution obtained by means of decomposition of monazite with alkali solution. Present cation exchange method consists of adsorption of cations from the sample solution (ca. 0.6N HCl acidic) onto Amberlite IR-120 resin, elution of all of the rare earth cations with 700 ml. of 2N Hydrochloric acid, and recovery of the thorium by elution with 200ml. of 6N sulfaric acid. Thorium recovery by the ion-exchange method mentioned above, was quantitative, and it is concluded that this ion-exchange method may be used not only for industrial separation of thorium from rare earths but also for quantitative determination of thorium with relative error, ${\pm}1.0.$.
The research carried out on thorium-based fuels indicates that these fuels can be considered as economic alternatives with improved physical properties and proliferation resistance issues. In the current study, neutronic assessment of $UO_2$ in comparison with two $(Th-^{233}U)O_2$, and $(Th-^{235}U)O_2$ thorium-based fuel loads in a heavy water research reactor has been proposed. The obtained computational data showed both thorium-based fuels caused less negative temperature reactivity coefficients for the modeled research reactor in comparison with $UO_2$ fuel loading. By contrast, $^{235}U$-containing thorium-based fuel and $^{235}U$-containing thorium-based fuel loadings in the thermal core did not drastically reduce the effective delayed neutron fractions and delayed neutron fractions compared to $UO_2$ fuel. A provided higher conversion factor and lower transuranic production in the research core fed by the thorium-based fuels make the fuel favorable in achieving higher cycle length and less dangerous and costly nuclear disposals.
The production of nuclear energy from thorium which is non-fissile material was a main issue until the middle of 1970's, because of the thorium's abundance as energy resources, its capability of breeding fissile material U233, and the reduction of long-lived actinides. However, to use thorium as nuclear fuel, some obstacles such as the necessities of external neutron source and long-term neutron irradiation for effective breeding, and the production of high radioactive isotopes in the course of thorium breeding cycle should be overcome. The difficulties to resolve these cons of thorium cycle became the reason of interruption of the related researches in the middle of 1970's. But in the 21st century, the change of societal perspective regarding nuclear energy and the appearance of accelerator-driven nuclear reactor shift those cons into pros and rehabilitate the study of thorium. The high activity of thorium cycle turned out to be a good option as higher resistance and easier detectibility of nuclear proliferation and the employment of subcritical accelerator-driven reactor as external neutron sources is considered to enhance the nuclear safety. In this study we compare the thorium cycle with the currently-used uranium cycle and analyze the technical status and perspective of thorium researches which use accelerator-driven reactors.
The Contents of uranium and thorium in radioactive ores produced in Korea were determined by gamma-ray spectrometry utilizing Ge (Li) diode detector. Both methods, namely, gamma-ray spectrometries of activated samples and non-activated samples, were tested and compared for their accuracies and rapidness in determination of contents. Also the useful-ness of application of Ge(Li) diode detector to the determination of uranium and thorium contents in ores was discussed in detail.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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