Amendment to the October 29, 1993 implementation plan for the Department of Energy programmatic spent nuclear fuel management and Idaho National Engineering Laboratory environmental restoration and waste management programs environmental impact statement : May 9, 1994.

Mode of access: Internet.

Department of Energy programmatic spent nuclear fuel management and Idaho National Engineering Laboratory environmental restoration and waste management programs : record of decision /

"May 30, 1995"--Letter of transmittal.

Major factors affecting burn-up of nuclear fuel elements /

Uranium oxide has been reduced by carbon under vacuum at 2250°C, to yield a product consisting of dendritic uranium carbide in a matrix of uranium.

Commercial nuclear power.

"DOE/EIA-0438."

The Illinois Spent Nuclear Fuel and High-Level Waste Inspection and Escort Program /

"5/99"--Colophon.

Illinois spent nuclear fuel transportation.

Mode of access: Internet.

Chemical reactions at nuclear fuel-clad interfaces

This thesis presents a study of the chemical reactions that may occur at the fuel- clad interfaces of fuel elements used in advanced gas-coooled reactors (A.G.R.) The initial investigation involved a study of the inner surfaces of irradiated stainless steel clad and evidence was obtained to show that fission products, in particular tellerium, were associated with reaction products on these surfaces. An accelerated rate of oxidation was observed on the inner surfaces of a failed A.G.R. fuel pin. It is believed that fission product caesium was responsible for this enhancement. A fundamental study of the reaction between 20%Cr/25%Ni/niobium stabilised stainless steel and tellerium was then undertaken over the range 350 - 850 degrees C. Reaction occurred with increasing rapidity over this range and long term exposure at ≤ 750 degrees resulted in intergranular attack of the stainless steel and chromium depletion. The reaction on unoxidised steel surfaces involved the formation of an initial iron-nickel-tellerium layer which subsequently transformed to a chromium telluride product during continued exposure. The thermodynamic stabilities of the steel tellurides were determined to be chromium telluride > nickel telluride > iron telluride. Oxidation of the stainless steel surface prior to tellerium exposure inhibited the reaction. However reaction did occur in regions where the oxide layer had either cracked or spalled.

CHARACTERIZATION AND THERMAL-HYDRAULIC MODELING OF ENGINEERED BARRIERS FOR A CANADIAN DEEP GEOLOGICAL REPOSITORY FOR USED NUCLEAR FUEL

Within Canada there are more than 2.5 million bundles of spent nuclear fuel with another approximately 2 million bundles to be generated in the future. Canada, and every country around the world that has taken a decision on management of spent nuclear fuel, has decided on long-term containment and isolation of the fuel within a deep geological repository. At depth, a deep geological repository consists of a network of placement rooms where the bundles will be located within a multi-layered system that incorporates engineered and natural barriers. The barriers will be placed in a complex thermal-hydraulic-mechanical-chemical-biological (THMCB) environment. A large database of material properties for all components in the repository are required to construct representative models. Within the repository, the sealing materials will experience elevated temperatures due to the thermal gradient produced by radioactive decay heat from the waste inside the container. Furthermore, high porewater pressure due to the depth of repository along with possibility of elevated salinity of groundwater would cause the bentonite-based materials to be under transient hydraulic conditions. Therefore it is crucial to characterize the sealing materials over a wide range of thermal-hydraulic conditions. A comprehensive experimental program has been conducted to measure properties (mainly focused on thermal properties) of all sealing materials involved in Mark II concept at plausible thermal-hydraulic conditions. The thermal response of Canada’s concept for a deep geological repository has been modelled using experimentally measured thermal properties. Plausible scenarios are defined and the effects of these scenarios are examined on the container surface temperature as well as the surrounding geosphere to assess whether they meet design criteria for the cases studied. The thermal response shows that if all the materials even being at dried condition, repository still performs acceptably as long as sealing materials remain in contact.

Ultrasonic Spectral Analysis for Nuclear Fuel Characterization

Ceramic materials have been widely used for various purposes in many different industries due to certain characteristics, such as high melting point and high resistance to corrosion. Concerning the areas of applications, automobile, aeronautics, naval and even nuclear, the characteristics of these materials should be strictly controlled. In the nuclear area, ceramics are of great importance once they are the nuclear fuel pellets and must have, among other features, a well controlled porosity due to mechanical strength and thermal conductivity required by the application. Generally, the techniques used to characterize nuclear fuel are destructive and require costly equipment and facilities. This paper aims to present a nondestructive technique for ceramic characterization using ultrasound. This technique differs from other ultrasonic techniques because it uses ultrasonic pulse in frequency domain instead of time domain, associating the characteristics of the analyzed material with its frequency spectrum. In the present work, 40 Alumina (Al2O3) ceramic pellets with porosities ranging from 5% to 37%, in absolute terms measured by Archimedes technique, were tested. It can be observed that the frequency spectrum of each pellet varies according to its respective porosity and microstructure, allowing a fast and non-destructive association of the same characteristics with the same spectra pellets.

Desenvolvimento e validação de metodologia analítica para quantificação de urânio em compostos do ciclo do combustível nuclear por espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR)

Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear)

Kehittyneiden ydinpolttoainekiertojen ympäristövaikutusten ja taloudellisuuden arviointia

Kaikkein yleisin käytössä oleva ydinpolttoainekierto on nykyisin avoin, jossa käytetty ydinpolttoaine loppusijoitetaan suoraan ilman jälleenkäsittelyä. Nykyisin kehitteillä olevat uuden sukupolven ydinreaktorit ovat kuitenkin pääosin suunniteltu osittain tai kokonaan suljetuille ydinpolttoainekierroille, jossa käytetty polttoaine jälleenkäsitellään ja osa materiaaleista kierrätetään. Tämän työn tavoitteena oli arvioida näitä kehittyneitä ydinpolttoainekiertoja ympäristövaikutusten ja taloudellisuuden suhteen. Työn yleisluonteista vertailua varten valittiin neljä erilaista kehittynyttä polttoainekiertoskenaariota, joita verrattiin avoimeen polttoainekiertoon erilaisten parametrien avulla. Parametreinä käytettiin muun muassa uraanin kulutusta, loppusijoitettavan jätteen määrää, aktiivisuutta ja lämmöntuottoa sekä käytönaikaisten radioaktiivisten päästöjen määrää. Yleislounteisen arvioinnin lisäksi työssä tarkasteltiin polttoainekiertoa myös Suomen näkökulmasta. Nykyistä polttoainekiertoa verrattiin kahteen erilaiseen tulevaisuuden versioon. Kestävän kehityksen osalta kehittyneet polttoainekierrot vähensivät ympäristövaikutusten määrää avoimeen polttoainekiertoon verrattuna. Kehittyneiden polttoainekiertojen kustannukset olivat avoimen polttoainekierron kustannuksia suuremmat. Kokonaiskustannuksissa ero oli kaikilla vertailuskenaarioilla alle 20 %, mutta polttoainekiertokustannuksissa kustannusten kasvu oli välillä 27-45 % riippuen skenaariosta. Suomen tapauksessa tulokset olivat hyvin samankaltaisia. Uraanin kulutus ja loppusijoitettavan jätteen määrä väheni kehittyneempien polttoainekiertojen johdosta. Polttoainekiertokustannukset nousivat noin puolitoistakertaisiksi, mutta vaikutus kokonaiskustannuksiin oli vain noin 10 %. Johtopäätöksenä voidaan todeta, ettäydinpolttoainekierron ympäristövaikutuksia on mahdollista vähentää osittain tai kokonaan suljettujen polttoainekiertojen avulla. Vaikka polttoainekierron kustannukset kasvavat, niiden vaikutus ydinsähkön kokonaiskustannuksiin ei ole niin merkittävä.

Suomen ydinpolttoainekierto

Suomessa on nykyisin käytössä avoimen ydinpolttoainekierron politiikka missä käytetty polttoaine loppusijoitetaan suoraan ilman jälleenkäsittelyä. Nykyisin kehitteillä olevat uuden sukupolven ydinreaktorit ovat kuitenkin pääosin suunniteltu osittain tai kokonaan suljetuille polttoainekierroille, joissa käytetty polttoaine jälleenkäsitellään ja osa materiaaleista kierrätetään. Tässä tutkimusraportissa on tarkoitus arvioida Suomen ydinvoimakapasiteetin ja ydinpolttoainekierron kehitystä tulevina vuosikymmeninä sekä arvioida käytetyn polttoaineen jälleenkäsittelyn, kierrätyksen ja nopeiden reaktoreiden käyttöönoton vaikutusta muun muassa uraanin kulutukseen, syntyvän käytetyn polttoaineen määrään sekä polttoainekierron taloudellisuuteen. Lisäksi työssä arvioidaan Talvivaaran ja Soklin sivutuotteena saatavan uraanin riittävyyttä Suomen uraanintarpeen kattamiseksi. Työssä arvioitiin ensin oletuksien ja nykyisen tilanteen avulla Suomen ydinvoimakapasiteetin kehitys tuleville vuosille. Perustuen tähän kehitykseen nykyistä polttoainekiertoa verrattiin tämän jälkeen kahteen kehittyneempään polttoainekiertoversioon, joissa käytetty polttoaine jälleenkäsitellään, plutonium kierrätetään uudelleen polttoaineeksi ja osa termisistä reaktoreista korvataan nopeilla. Polttoainekiertoversioiden massavirtojen määrittämisessä käytettiin apuna kansainvälisen atomienergiajärjestön kehittämää Nuclear Fuel Cycle Simulation System -ohjelmaa. Nykyisellä polttoainekierrolla uraanintarve oli laskelmien perusteella noin 100 tuhatta tonnia vuoteen 2100 mennessä. Jälleenkäsittelyn ja plutoniumin kierrätyksen avulla uraanin tarve saatiin pudotettua noin 75 tuhanteen tonniin. Korvaamalla puolet ydinvoimakapasiteetista nopeilla reaktoreilla vuosina 2074 ja 2080 vähentäisi uraanintarvetta edelleen noin 66 tuhanteen tonniin. Kerääntyneen käytetyn polttoaineen määräksi arvioitiin nykyisen kaltaisella polttoainekierrolla noin 11900 tonnia vuoteen 2100 mennessä. Nopeiden reaktoreiden käyttöönoton myötä kerääntyneen käytetyn polttoaineen määrä vähenisi edelleen noin 11200 tonniin vuoteen 2100 mennessä. Talvivaaran ja Soklin uraanintuotanto riittäisi laskelmien mukaan kattamaan Suomen uraanintarpeen nykyisellä polttoainekierrolla vuoteen 2070 asti ja kehittyneemmillä polttoainekierroilla vuosiin 2089 ja 2106 asti riippuen polttoainekierrosta. Polttoainekierron kustannukset nousivat polttoaineen jälleenkäsittelyn ja kierrätyksen myötä noin 50-67 % suuremmiksi nykyiseen polttoainekiertoon verrattuna. Investointi- sekä käyttö- ja kunnossapitokustannuksien erot olivat eri versioiden välillä pienet, mistä johtuen myös kokonaiskustannuksien erot jäivät pieniksi.