Water boiling time in a spent fuel pool with adiabatic and non- adiabatic boundary conditions

Abstract

The Spent Fuel Pool (SFP) of Angra II, from Brazil, has received standard spent fuel (SF) assemblies of Uranium dioxide (UO2) discharged from Pressurized Water Reactors (PWR) of the Nuclear Power Plants (NPP) of Angra since the beginning of its operation. However, in case of using Mixed Oxide (MOX) or Thorium-based fuels, it would require further thermal studies of wet storage. It includes the determination of the water boiling time (Tb) of the SFP in case of breakdown of its external cooling system (ECS). This work presents studies of Tb of a simulated SFP storing mixed SF discharged from PWRs. The types of mixed SF studied include MOX plus UO2, oxide of thorium/uranium (U-Th)O2 plus UO2, and oxide of Thorium/transuranic (TRU-Th)O2 plus UO2. The simulations were implemented in CFX Ansys considering the top of the SFP as either adiabatic or non-adiabatic wall. Tb is considerably higher when the non-adiabatic boundary condition is used.

O Pool de Combustível Irradiado (SFP) de Angra II, do Brasil, recebeu desde o início de sua operação conjuntos padrão de combustível queimado (SF) de dióxido de urânio (UO2) descarregado de Reatores de Água Pressurizada (PWR) das Usinas Nucleares (PNPP) de Angra. Entretanto, em caso de utilização de combustíveis à base de óxido misto (MOX) ou de tório, seriam necessários mais estudos térmicos de armazenamento úmido. Inclui a determinação do tempo de ebulição da água (Tb) do SFP em caso de falha de seu sistema de resfriamento externo (ECS). Este trabalho apresenta estudos de Tb de um SFP simulado que armazena SF misturado descarregado de PWRs. Os tipos de SF mistos estudados incluem MOX mais UO2, óxido de tório/urânio (U-Th)O2 mais UO2, e óxido de tório/transurânico (TRU-Th)O2 mais UO2. As simulações foram implementadas no CFX Ansys considerando o topo do SFP como adiabático ou parede nãoadiabática. Tb é consideravelmente maior quando a condição de limite não-adiabático é utilizada.