Interpretation of Migration of Radionuclides in a Rock Fracture Using a Particle Tracking Method

입자추적법을 사용한 암반균열에서 핵종이동 해석

A particle tracking scheme was developed in order to model radionuclide transport through a tortuous flow Held in a rock fracture. The particle tacking method may be used effectively in a heterogeneous flow field such as rock fracture. The parallel plate representation of the single fracture fails to recognize the spatial heterogeneity in the fracture aperture and thus seems inadequate in describing fluid movement through a real fracture. The heterogeneous flow field une modeled by a variable aperture channel model after characterizing aperture distribution by a hydraulic test. To support the validation of radionuclide transport models, a radionuclide migration experiment was performed in a natural fracture of granite. $^3$$H_2O$ and $^{131}$ I are used as tracers. Simulated results were in agreement with experimental result and therefore support the validity of the transport model. Residence time distributions display multipeak curves caused by the fast arrival of solutes traveling along preferential fracture channels and by the much slower arrival of solutes following tortous routes through the fracture. Results from the modelling of the transport of nonsorbing tracer through the fracture show that diffusion into the interconnected pore space in the rock mass has a significant effect on retardation.

지하처분된 방사성핵종의 이동 해석방식으로서 입자추적법을 도입하였다. 입자추적법은 암반균열대와 같은 흐름장이 불균일하고 복잡할 때 물질이동을 모사할 수 있는 방법이다. 암반층에서 방사성핵종은 주로 암반사이에 발달한 균열을 따라 이동하는데, 초기연구자들은 균열틈을 평행판 사이의 간격으로 가정하였으나, 실제 균열은 이보다 복잡다양해서 실제 물질 이동과는 상당한 오차가 존재하였다. 이 논문에서는 이를 극복하기 위해 가변균열폭 국부통로모형을 도입하여, 균열대 내부는 2차원적인 균열폭의 분포를 가지며, 핵종은 균열내에서 상대적으로 큰 균열폭을 따라 이동이 주로 일어나는 국부이동이 라는 점을 제시하였다. 또한 개발한 이동모델의 타당성 입증차원에서 자연균열을 가진 화강암을 사용하여 방사성 핵종 이동 실험을 수행하였다. 추적자로서 지하수와 같은 이동특성을 가진 삼중수소와 요오드를 사용하였다. 화강암 균열대 특성을 파악하기 위해 균열이 있는 윗 암석면에 11개의 시추공을뚫고 수리전도 시험을 수행하였다. 실험자료와 전산모사치를 비교해 본 결과, 가변균열폭국부통로 개념에 물질이동모델로 입자추적법을 결합한 모델이 암반균열에서 핵종이동 해석방법으로 유용하였다. 또한 핵종은 균열 내에서 상대 적으로 큰 국부통로를 따라 주로 이동하며, 이동방향과 직각인 암반매질내로 확산도 상당한 비율로 일어났다.