• 터널과지하공간
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• 제31권6호
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• pp.561-577
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• 2021

고준위방사성폐기물 심층처분장 내 압축 벤토나이트 완충재는 지하수 유입으로 인해 포화되어 팽윤하고, 이때 발생하는 팽윤압으로 인해 벤토나이트가 처분공 주변 암반 균열 내로 침투하게 된다. 침투한 벤토나이트는 지하수 흐름에 노출되어 공학적방벽 외부로 침식될 수 있고, 이러한 벤토나이트 완충재의 침식 및 질량 유실은 공학적방벽의 물리적 건전성에 악영향을 미칠 수 있다. 따라서 심층처분시스템의 장기 건전성을 평가하기 위해 지하수 유입과 완충재의 암반 균열 침투에 따른 완충재와 근계암반 사이의 상호작용이 평가되어야 한다. 본 연구에서는 유사정적 공진주 시험기를 이용하여 벤토나이트 완충재의 암반 균열 침투가 근계암반의 역학적 거동에 미치는 영향을 실험적으로 평가하였다. 국내 심층처분장의 완충재 재료로 고려되는 경주 벤토나이트와 한국원자력연구원의 지하처분연구시설에서 채취한 화강암 디스크를 이용해 완충재 충전물이 포함된 등가연속체 절리 암반 시편을 모사하였고, 수직응력 및 포화여부에 따른 탄성파 속도 변화를 측정하여 절리면의 절리수직강성 및 절리전단강성 변화를 유추하였다. 본 연구에서 수행한 실내실험 결과는 향후 불연속면을 고려한 처분시스템 성능평가 해석의 입력변수로 사용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 터널과지하공간
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• 제33권6호
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• pp.435-444
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• 2023

핀란드에서는 고준위방사성폐기물 심층처분시스템 공학적방벽의 구성요소인 뒤채움재에 대해 기존 건설허가 신청 시 적용한 블록/펠렛 방식을 과립형 방식으로 변경하여 운영허가를 신청한 바 있다. 이에 따라 뒤채움에 대한 설계개념 수립을 위해 기존 뒤채움 방식의 문제점 및 대안 설계의 개선점을 확인하여 국내 적용성을 검토할 필요가 있다. 이에 본 논문에서는 우선적으로 핀란드 심층처분시설 인허가 과정에서 처분터널 뒤채움 방식 변경과 관련하여 수행된 주요 연구사례를 검토하여 블록/펠렛 뒤채움 방식 적용 시 예상되는 문제점을 확인하였다. 또한, 이를 바탕으로 뒤채움 방식에 대해 기술적 및 운영적 측면에서 고려되어야 하는 요소항목을 도출한 후 2가지 방식에 대한 비교·평가를 수행하여 설계 변경의 종합적 우위성을 규명하였다. 이와 같은 결과는 향후 국내 고유 심층처분시설 개발과정에서 최적 설계안을 도출하기 위한 기술적 근거자료로 활용할 수 있을 것으로 예상된다. 단, 뒤채움 방식 선정을 위해 필수적으로 고려되어야 하는 세부 요소항목에 대해 추가 기술자료를 확보하여 적용 가능성을 사전에 검토해야 한다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제35권7호
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• pp.41-50
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• 2019

국내 고준위폐기물처분장 공학적방벽(EBS)의 일부가 되는 완충재로 경주 벤토나이트가 우선적으로 고려되고 있다. 압축벤토나이트는 지하수침투로 인한 팽윤압과 처분용기에서 발산되는 열응력을 경험한다. 따라서 EBS의 성능평가를 위해서 역학적 물성의 산정이 중요하다. 본 논문은 탄성파를 이용하여 경주 압축벤토나이트의 변형특성 측정을 목표로 하였다. 두 개의 $1.59g/cm^3$와 $1.75g/cm^3$의 건조밀도를 가지는 압축벤토나이트 시편을 제작하였고, 자유단-자유단 공진주시험을 수행하여 구속압축파속도와 비구속압축파속도를 측정하였다. 측정된 압축파속도를 이용하여 미소변형에서의 탄성계수($E_{max}$), 구속탄성계수($M_{max}$), 감쇠비($D_{min}$), 포아송비를 측정하였다. 그 결과로 경주 압축벤토나이트의 변형특성을 산정 제시하여 선행연구 결과들과 비교 분석하였다.

• 터널과지하공간
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• 제21권4호
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• pp.264-273
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• 2011

고준위폐기물처분장에서 벤토나이트완충재는 공학적방벽의 중요한 구성요소 중 하나이다. 벤토나이트완충재는 방사성폐기물로부터의 붕괴열, 주위 암반으로부터의 지하수 유입, 고밀도로 압축된 벤토나이트 자체의 높은 팽윤압에 의해 큰 영향을 받는다. 그러므로 벤토나이트완충재의 열-수리-역학적 특성 이해와 평가모델의 입력데이터 확보는 고준위폐기물처분장의 성능 및 안전성 평가를 위해서 선행되어야 할 중요한 과제이다. 본 논문에서는 우리나라 고준위폐기물처분장 완충재 후보물질을 대상으로 지금까지 수행된 열-수리-역학적 특성을 분석하고, 기준벤토나이트완충재 조건을 설정하여, 이 조건에 부합되는 벤토나이트완충재의 열-수리-역학적 특성치를 제시하였다.

• 터널과지하공간
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• 제23권2호
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• pp.141-149
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• 2013

경수로 사용 후 핵연료의 파이로 공정 처리를 통해 예상되는 고준위폐기물 처분시스템을 대상으로 열적 성능평가를 수행하였다. 처분방식으로 수평 처분터널 처분시스템을 고려하였다. 수평 처분터널 간격 25 미터와 처분공 간격 2미터를 대상으로 평가하였다. 세라믹폐기물 수평 처분터널 주변의 다양한 위치에 대해 장기간 동안 열 해석을 통하여 온도 변화를 해석하였다. 열 해석은 ABAQUS 프로그램을 이용하였다. 열 해석 결과에 의하면 처분시스템 중 어느 부분에서도 최고 온도가 $100^{\circ}$를 넘지 않아, 열적 성능 기준을 만족하였다. 열 해석 결과에 따르면, 처분시스템 중앙에 위치한 처분용기 주변이 외곽에 위치한 것의 주변보다 최고 온도 기준으로 약 $3^{\circ}$정도 높았다. 이것은 처분시스템 설계시 가능한 외곽에 위치한 처분용기가 많도록 설계하는 것이 처분밀도를 향상시킬 수 있음을 시사하였다.

• 방사성폐기물학회지
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• 제14권2호
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• pp.135-147
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• 2016

심지층 처분시스템에서 완충재는 지하수 유입으로부터 처분용기를 보호하고, 방사성 핵종 유출을 저지하기 위한 중요한 방벽의 하나이다. 이에 완충재는 장기 건전성, 낮은 수리전도도, 낮은 유기물의 함량, 높은 핵종저지능, 높은 팽윤성, 높은 열전도도 등 기술적 요건을 충족시켜야 하며 이는 정량적 분석결과를 바탕으로 결정될 수 있다. 국내의 경우 한국원자력연구원에서는 1997년부터 경주지역에서 생산되는 벤토나이트를 완충재 후보물질로 연구를 지속하고 있다. 본 논문에서는 최근 동일 지역에서 생산된 벤토나이트(KJ-II)의 7가지 물리적 및 화학적 특성을 평가하였다. 분석 결과, 국내산 벤토나이트의 몬모릴로나이트 함량은 약 65% 정도이며, 벤토나이트는 Ca형 벤토나이트이다. 본 논문을 통해 완충재 후보물질의 성능평가 항목과 분석 방법에 대한 기준을 제시하고자 하였다.

• 방사성폐기물학회지
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• 제15권3호
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• pp.219-230
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• 2017

본 연구는 경주 중 저준위처분장 2단계 표층처분시설의 폐쇄 후 안전성에 대한 불확실성을 예측 평가하기 위하여 수행되었다. 다중덮개와 처분고의 건전/열화를 고려한 총4가지의 시나리오를 도출하여 강우침투 시 예상되는 처분시설 내부의 유체 이동을 모사하였다. 강우 조건은 총 30년(1985~2014) 간의 월평균 데이터를 적용하였으며, 시뮬레이션 기간은 제도적 관리기간인 300년으로 설정하였다. 처분덮개와 처분고 콘크리트 모두 건전성을 유지하는 조건의 기본 시나리오 평가 결과, 처분시설 내부의 처분고를 완전히 포화시키지 못하는 것을 확인할 수 있었다. 다중 덮개층을 구성하는 8개 층의 각 매질의 모세관 압력과 투과도 차이로 인하여 다중 덮개층이 효과적으로 차수 배수 역할을 하는 것으로 나타났다.

• 터널과지하공간
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• 제32권6호
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• pp.397-410
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• 2022

불연속면 분포, 수정 암질 지수 KURT, 적용성 평가방사성폐기물처분장은 장기간에 걸쳐 그 안전성이 보장되어야 하며, 따라서 정밀한 수준의 안정성 평가가 수행되어야 한다. 처분장 부지의 불연속면 특성 평가는 공학적방벽과 천연방벽을 포함한 처분장의 안전한 설계에 있어 매우 중요한 요소이다. 암반 불연속면은 역학적으로는 연약면으로 작용하며 수리적으로는 지하수 유동의 통로가 되기 때문에 그 분포와 특성에 대한 정밀한 조사가 요구된다. 다양한 불연속면 특성화 방안 중 암질지수(RQD)는 그 편이성으로 인해 널리 적용되어왔으나, 방향성이 있고, 측정 기준 길이의 영향을 받는 등 적용상의 한계가 있기 때문에, 이를 보완한 형태의 수정 암질지수들이 제안되어왔다. 본 논문은 KURT 주변 암반의 불연속면 정보를 활용하여 수정 암질지수들의 적용성을 평가하고, 동시에 해당 암반의 불연속면 특성을 평가하여 향후 연구에 활용할 수 있는 기반자료를 생성하기 위해 작성되었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제37권4호
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• pp.19-26
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• 2021

원자력발전소에서 발생되는 고준위폐기물은 지하 수백 미터 깊이의 암반에 처분된다. 이러한 고준위폐기물은 인체에 유해하기에 공학적방벽시스템에 의해 안전하게 처분되어야 하며, 공학적방벽시스템은 처분용기, 뒤채움재, 완충재 등으로 구성된다. 고준위폐기물처분장에 이러한 공학적방벽시스템의 구성요소를 설치하게 되면, 처분용기 및 완충재 사이, 완충재와 자연 암반 사이 등에 갭이 존재하게 된다. 이러한 갭의 존재로 인해 공학적방벽재의 차수능과 열전달 효율이 떨어질 수 있기에, 갭 공간의 크기 및 갭채움재 특성 평가 등의 연구가 반드시 필요하다고 할 수 있다. 해외에 비해 국내 처분시스템을 고려한 갭 공간 및 갭채움재에 대한 연구는 아직 진행되고 있지 않는 상황이기에, 본 연구에서는 수치해석을 통해 국내 처분시스템을 고려한 갭 공간이 공기로 채워져 있는 조건하에서 갭의 크기에 따른 벤토나이트 완충재의 첨두 온도를 도출하였다. 처분용기와 완충재 사이의 갭 공간이 완충재의 첨두 온도에 미치는 영향은 미미하였으나, 완충재와 자연 암반 사이의 갭 공간에 따른 완충재의 첨두 온도는 최고 약 40%의 차이를 나타냈다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제36권10호
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• pp.33-39
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• 2020

심층 처분 방식은 고준위폐기물을 처분하기 위한 가장 적합한 대안으로 고려되어지고 있다. 고준위폐기물은 공학적방벽시스템에 의해 지하 500~1,000m 깊이의 암반층에 처분된다. 공학적방벽시스템의 구성 요소로는 처분용기, 완충재, 뒷채움재 및 갭채움재가 있다. 이 중 벤토나이트 완충재는 지하수 유입으로부터 처분용기를 보호하고, 방사성 핵종 유출을 저지하는 역할을 하기에 심층 처분시스템에 있어 매우 중요하다고 할 수 있다. 초기에는 처분용기로부터 발생하는 고온의 열량으로 인해 완충재의 포화도는 감소하지만, 그 후 주변 암반으로부터 유입되는 지하수로 인해 완충재의 포화도는 증가한다. 이렇듯 완충재의 불포화 거동 특성은 공학적방벽의 전체 안전성을 좌우할 수 있는 중요한 입력자료이다. 국내의 경우 경주에서 생산되는 벤토나이트가 완충재의 주요 후보물질로 고려될 수 있는데 국내 벤토나이트 완충재의 온도를 고려한 불포화 거동 특성에 대한 연구는 매우 미진한 상황이다. 따라서 본 연구에서는 국내 압축 벤토나이트 완충재의 온도 증가에 따라 함수비가 일정한 조건에서의 함수특성곡선을 도출하였으며, 시험 값과 온도가 고려된 수정 van-Genuchten 모델 값과의 상대오차는 약 2%를 나타냈다.