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Licensed Unlicensed Requires Authentication Published by De Gruyter March 30, 2021

Impact of control rod insertion during burnup on PWR fuel assembly isotopic composition

Einfluss des Einfahrens des Steuerstabs auf die Isotopenzusammensetzung eines DWR-Brennelements
R. M. Refeat and H. K. Louis
From the journal Kerntechnik

Abstract

Criticality analysis of spent fuel assumes that the fuel material is unburned which means that it is in its most reactive condition. In fact, this is not the real situation for fuel as it is burned during reactor operation causing reduction in the reactivity. Considering the reduction in reactivity during spent fuel calculations is the Burn-up Credit concept (BUC). In addition, the control rods radial and axial positions have an effect on the reactivity which can be considered in the criticality safety analysis. This paper studies the effect of burnup and control rods (CRs) movement on reactivity and isotopes inventory. Calculations are carried out in two phases, first kinf is calculated for different burnup profiles with control rods are either fully withdrawn or fully inserted. In the second phase keff is calculated for different control rods insertion levels. For both phases, burnup calculations are performed for a UO2 assembly then multiplication factor calculations of burned UO2 assemblies in cold state are done. The burnup calculations are performed using MCNP6 code and ENDF/B-VII library for different burnup levels up to 45 GWd/tU. The results obtained can be taken in consideration in criticality safety analysis performed for the spent fuel to improve the economic efficiency for manufacture, storage and transportation of fissile materials.

Abstract

Bei der Kritikalitätsanalyse von abgebranntem Brennstoff wird davon ausgegangen, dass das Brennstoffmaterial unverbrannt ist, was bedeutet, dass es sich in seinem reaktivsten Zustand befindet. Tatsächlich ist dies nicht die reale Situation für den Brennstoff, da er während des Reaktorbetriebs verbrannt wird, was zu einer Reduzierung der Reaktivität führt. Die Berücksichtigung der Verringerung der Reaktivität bei der Berechnung des abgebrannten Brennstoffs ist Grundlage des Burn-up Credit Konzeptes (BUC). Zusätzlich haben die radialen und axialen Positionen der Steuerstäbe einen Einfluss auf die Reaktivität, der in der Kritikalitätssicherheitsanalyse berücksichtigt werden kann. In dieser Arbeit wird die Auswirkung des Abbrands und der Bewegung der Steuerstäbe (CRs) auf die Reaktivität und das Isotopeninventar untersucht. Die Berechnungen werden in zwei Phasen durchgeführt, zuerst wird kinf für verschiedene Abbrandprofile mit entweder vollständig herausgezogenen oder vollständig eingeführten Steuerstäben berechnet. In der zweiten Phase wird keff für verschiedene Einschubniveaus von Steuerstäben berechnet. Für beide Phasen werden Abbrandberechnungen für eine UO2- Baugruppe durchgeführt, dann werden Multiplikationsfaktorberechnungen von abgebrannten UO2-Baugruppen im kalten Zustand durchgeführt. Die Abbrandberechnungen werden mit dem MCNP6-Code und der ENDF/B-VII-Bibliothek für verschiedene Abbrandniveaus bis zu 45 GWd/tU durchgeführt. Die Ergebnisse können bei der Kritikalitätssicherheitsanalyse für den abgebrannten Brennstoff berücksichtigt werden, um die Wirtschaftlichkeit der Herstellung, der Lagerung und des Transports spaltbarer Materialien zu verbessern.

References

1 Guoshun Y.; et al.: Introduction of Burn-up Credit in Nuclear Criticality Safety Analysis. International Symposium on Safety Science and Engineering (ISSSE-2012) China (2012)Search in Google Scholar

2 Gauld, I. C.; Ryman, J. C.: Nuclide Importance to Criticality Safety, Decay Heating, and Source Terms Related to Transport and Interim Storage of High-Burnup LWR Fuel. NUREG/CR-6700 ORNL/TM-2000/284 (2001)10.2172/799527Search in Google Scholar

3 Burn-up Credit Criticality Studies, Benchmark Analyses for Pressurised Water Reactors. NEA/NSC/R(2016)1, OECD Nuclear Energy Agency (2016)Search in Google Scholar

4 Goorley, T.; et al.: Initial MCNP 6 Release Overview, LA-UR-11 – 07082. Los Alamos National Laboratory (2011)Search in Google Scholar

5 Chadwick, M. B.; et.al.: ENDF/B-VII.1 Nuclear Data for Science and Technology: Cross Sections, Covariance, Fission Product Yields and Decay Data. (2011)Search in Google Scholar

6 Barreau, A.: Burn-up Credit Criticality Benchmark Phase II-D PWR-UO2 Assembly Study of Control Rod Effects on Spent Fuel Composition. ISBN 92 –64 –02316-X, OECD 2006-NEA No. 6227 (2006)Search in Google Scholar

Received: 2019-07-15
Published Online: 2021-03-30
Published in Print: 2021-04-30

© 2021 Walter de Gruyter GmbH, Berlin/Boston

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