Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/34293
Type: Dissertação
Title: Spent fuel pool analysis for a pwr using different nuclear fuels
Other Titles: Piscina de armazenamento para reator PWR com diferentes combustíveis nucleares
Authors: Jéssica Achilles Pimentel
First Advisor: Maria Auxiliadora Fortini Veloso
First Co-advisor: Claubia Pereira Bezerra Lima
First Referee: Carlos Eduardo Velasquez Cabreira
Second Referee: Graiciany de Paula Barros
Third Referee: Jean Anderson Dias Salomé
Abstract: A spent fuel pool (SFP) of a typical Pressurized Water Reactor (PWR) was evaluated considering six types of fuels: standard PWR fuel, MOX, (Th-U)O2-16%, (Th-U)O2-19.5%, (TRU-Th)O2 and (TRU-U)O2 fuels. The following benchmarks: MOX and UO2 Phase IV-B Burn-up Credit Criticality Benchmark as well as Thorium Pin Cell Burnup Benchmark were validated using SCALE 6.0 code with KENO-VI transport code in the CSAS6 sequence. Then, the dimensions of the modeled fuel assembly from the benchmark were used to evaluate burnup and depletion studies. The six fuel assemblies were submitted to a burnup of 16 GWd/teHM with three operating cycles consisting of 420 days full power over 3.61 years. Considering the core refueling configuration, a supercell model was adopted to validate the MOX and UO2 fuels benchmark. The assemblies and supercells were irradiated in a PWR core and after irradiation, the fuel assemblies and supercells were inserted in the pool. Three different geometric arrangements considering the core refueling configuration for assemblies were designed into the pool. It was required to find the minimum pitch distance that would optimize the assemblies’ disposition in the SFP keeping the system under the upper criticality limit. Based on the criticality analyses, radioactivity, decay heat as well as inhalation and ingestion radiotoxicity were also studied over 50 years in the pool. After that, the delayed neutron fraction for each assembly and supercell were compared using the NEWT code. The kinf evolution and the delayed neutron fraction (DNF) for all fuels’ assemblies and supercells were evaluated during the burnup and compared with the standard UO2. It was shown that in no case the pool needed to be resized. The results also show that the DNF of the assemblies using reprocessed fuel is smaller than the standard fuel, which is due to the 239Pu presence and the 233U production, which contribute to the low values obtained for delayed fission neutron fraction. These lower values of DNF suggest that reactors fueled with (TRU-Th)O2 or (TRU-U)O2 assemblies are harder to control. In contrast, the use of UO2-supercells in combination with other types of fuels can provide the burnup extension especially when transuranic fuels are used.
Abstract: Uma piscina de combustível irradiado (SFP) de um reator de água pressurizada (PWR) foi avaliada considerando seis tipos de combustíveis: combustível padrão PWR, MOX, (Th-U)O2-16%, (ThU)O2-19,5%, (TRU-Th)O2 e (TRU-U)O2. Os seguintes benchmarks: Phase IV-B Burn-up Credit Criticality benchmark bem como o Thorium Pin Cell Burnup Benchmark foram validados usando o código SCALE 6.0 com código de transporte KENO-VI na sequência CSAS6. Em seguida, as dimensões do elemento combustível do benchmark foram usadas para avaliar os estudos de queima e evolução do combustível. Os seis elementos combustíveis foram submetidos a uma queima de 16 GWd/teHM com três ciclos de operação consistindo em 420 dias com potência total durante 3,61 anos. Considerando a configuração de recarga do núcleo, adotou-se um modelo de supercélula para validar o MOX e UO2 benchmark. As supercélulas também foram irradiadas em um núcleo PWR e após a irradiação, foram inseridas na piscina de combustível irradiado. Três diferentes arranjos geométricos que levam em consideração a configuração de recarga para os elementos combustíveis foram projetados dentro da piscina. Foi necessário encontrar a distância mínima (pitch) que otimizaria a disposição dos elementos na piscina, mantendo o sistema sob o limite superior de criticalidade. Com base nas análises de criticalidade, a radioatividade, o calor de decaimento, bem como a radiotoxicidade por inalação e por ingestão também foram estudados ao longo de 50 anos dentro da piscina. Depois disso, a fração de nêutrons atrasados de cada elemento combustível e supercélula foi estudada usando o código NEWT e comparada com o combustível padrão UO2. Foi demonstrado que, em nenhum caso, a piscina precisaria ser redimensionada. Os resultados mostram ainda que a fração de nêutrons atrasados (DNF) dos elementos combustíveis que usam material reprocessado é menor que o combustível padrão, o que se deve à presença de 239Pu e à produção de 233U, contribuindo para os baixos valores obtidos para a fração de nêutrons atrasados. Esses valores mais baixos de DNF sugerem que os reatores que utilizam elementos combustíveis de (TRU-Th)O2 ou (TRU-U)O2 são mais difíceis de serem controlados. Em contraste, o uso das supercélulas de UO2 juntamente com outros tipos de combustíveis favorece a extensão da queima, principalmente quando combustíveis transurânicos são utilizados, viabilizando assim o uso dos mesmos no núcleo do PWR.
Subject: Engenharia nuclear
Combustíveis nucleares
Criticalidade (Engenharia nuclear)
Radioatividade
Reatores de água pressurizada
Tório
language: eng
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA NUCLEAR
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Ciências e Técnicas Nucleares
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/34293
Issue Date: 26-Aug-2019
Appears in Collections:Dissertações de Mestrado

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