• 터널과지하공간
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• 제31권5호
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• pp.333-359
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• 2021

고준위방사성폐기물 처분시스템에서는 처분용기 인근에서 용기 금속 물질의 부식 등 여러 이유로 인해 수소, 라돈 등의 기체가 발생할 수 있다. 기체 발생 속도가 투수계수가 낮은 벤토나이트 완충재 공극에서의 기체 확산 속도보다 커질 경우, 형성된 기체가 축적된다. 기체 압력이 증가하여 유입 압력에 도달하면 완충재 내부로 기체의 팽창 흐름 및 이류가 발생하게 된다. 기체의 급격한 팽창 흐름 발생 시 방사성 핵종이 완충재 외부로 유출될 가능성이 있으므로, 처분시설의 설계 과정에서 점토 기반 물질에서의 기체 유동의 영향성 및 공학적방벽의 건전성을 평가하기 위해 기체 이동 현상에 대한 거동 특성을 명확하게 규명할 필요가 있다. 전세계적으로 벤토나이트 완충재 내 기체 이동 현상 규명을 위한 실험적 연구와 이를 모사할 수 있는 전산 수치 모델 개발 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 기술보고에서는 현재까지 수행된 기체 주입 시험 및 전산 수치모델 관련 주요연구를 소개하고 향후 기체 이동 현상 규명을 위한 연구 수행 방향에 대해 정리하였다.

• 한국지구과학회지
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• 제44권6호
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• pp.629-642
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• 2023

국내 중·저준위 방사성폐기물은 영구적 격리를 위해 처분장에 매립하고 있으며 그 위치는 경주에 있다. 이러한 방사성폐기물의 영구적인 격리를 위한 처분시설은 공학적 방벽과 자연 방벽으로 구성되어 있으며 자연 방벽을 특성을 파악하기 위하여 한국원자력환경공단에서는 2006년부터 부지특성조사를 수행하였고, 이후 부지감시 및 조사계획에 따른 감시를 수행하여 부지특성의 변화를 지속적으로 확인하고 있다. 중저준위 방폐장의 수리지화학적 환경은 자연 방벽의 평가를 위해 중요한 요소로 손꼽히고 있으나 동해와 가까운 경주의 지역적 특성상 해수의 영향을 반드시 고려해야 한다. 따라서 본 연구에서는 처분 부지의 지하수 관정 7개 및 관정의 심도별 수질 자료를 취합해 지하수 자료 총 30개를 해수 2개소와 비교 분석하여 수리지화학적 환경을 해석하였다. 분석 자료는 수질 10개 항목(온도, EC, HCO₃, Na, K, Ca, Mg, Cl, SO₄, SiO₂)을 2017년 3분기부터 2022년 3분기까지 총 5년간 20회의 자료를 활용하였다. 특히, EC, HCO₃, Na, Cl의 농도 변화를 통해 연구 지역의 배경 농도 및 관정의 구간별 해수의 영향을 파악하였으며, 시계열 군집 분석을 통해 담수, 기수, 해수의 분류를 시도하였다. 그 결과, 기존의 모니터링 방법으로는 확인하지 못한 부지내 수리지화학적 변화를 제시하였다.

• 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.

• 대한환경공학회지
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• 제37권8호
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• pp.465-471
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• 2015

불포화대 암반 단열에서 방사성 핵종인 $^3H$, $^{90}Sr$ and $^{99}Tc$의 흡착실험이 진행되었다. 천층처분시설의 인공방벽을 통과해 누출된 방사성 핵종은 빗물이나 공극수에 의해 불포화대 암반 단열을 통하여 지하수로 도달하게 된다. 그러므로 처분장의 장기간 안전점검을 위해, 불포화대 암반 단열을 통한 방사성 핵종의 거동을 연구하는 것이 중요하다. 천층처분주변에서 채취된 불포화대 암반 단열 샘플을 이용하여 X-ray microtomography 분석을 수행하였고, 회분식 흡착실험을 이용하여 방사성 핵종인 $^3H$, $^{90}Sr$ and $^{99}Tc$의 흡착실험이 진행되었다. 암반 단열의 충전물질로 불석광물 및 점토광물 존재 시 중흡착성 핵종인 $^{90}Sr$의 흡착 분배계수 값이 충전물질이 존재하지 않을 때 보다 높게 나타내었다. 본 연구를 통해, 암반 단열 특성화 및 방사성 핵종의 흡착분배계수를 구했으며, 불포화대 암반 단열을 통한 핵종의 거동이 지연됨을 이해할 수 있었다.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2011년도 정기 학술대회
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• pp.404-405
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• 2011

원전구조물의 방사성 폐기물 처분시설의 경우 지하수에 해수가 유입되어 콘크리트에 염소이온 침투가 발생할 수 있으며, 콘크리트 내부에 존재하는 인장철근의 부식에 의한 내구성 저하 및 수명 단축이 주된 문제가 된다. 본 논문에서는 원전콘크리트 구조물에서의 확산에 의한 염소이온 침투에 대한 수학적 모델을 제시하였다. 콘크리트 중의 염소이온의 침투는 콘크리트의 노출환경, 습윤상태에 따라 확산(Diffusion), 대류(Absorption), 전기적 이동(Migration)에 의해 발생한다. 이러한 조건을 모두 고려하여 제시한 방정식에 의해 염소이온의 침투를 예측할 수 있다.

• 한국방사성폐기물학회:학술대회논문집
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• 한국방사성폐기물학회 2004년도 학술논문집
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• pp.72-80
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• 2004

국내의 가동 중지된 우라늄 변환시설의 해체 시 다량의 우라늄으로 오염되어 있는 금속성 폐기물의 재활용 또는 자체처분을 위한 제염기술로 중성염 전해액을 사용하는 전해제염 공정의 적용성을 평가하기 위하여 우라늄 변환시설 내부설비의 주 구성 재료인 SUS-304 및 Inconel-600에 대한 전기화학적 용해거동 연구를 수행하였다. 이를 위하여 중성염 전해질의 형태, 전해질의 농도, 전류밀도, 처리시간과 같은 전해제염 조건들이 금속 재료의 용해에 미치는 영향을 평가하였다. 모의 시편을 사용한 비방사성 전해용해 실험 결과를 근거로 실제 우라늄 변환시설로부터 인출한 $UO_2$, AUC (ammonium uranyl carbonate) 및 ADU (ammonium diuranate) 오염시편에 대해 $Na_2SO_4$및 $NaNO_3$ 중성염 용액에서 전해 제염실험을 수행하였으며, 오염물의 종류 및 오염 준위의 대소와는 관계없이 모든 시편에 대하여 10분 이내의 짧은 시간 내에 자체처분 기준치 이하로 $\beta$ 방사능 준위를 감소시킴으로써 본 중성염 전해제염이 매우 성공적임을 확인하였다.

• 방사성폐기물학회지
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• 제17권1호
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• pp.121-126
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• 2019

원자력발전소 해체과정에서 방사화 재고량에 대한 평가는 방사선 환경에 정보를 제공함으로써 해체 계획을 수립하는데 중요한 정보를 제공한다. 원자로 운전 정지 후 원자로 및 관계시설에서의 축적된 방사능은 노심 구조물, 반사체 및 차폐체 등의 구조재가 중성자 조사에 의해 방사화된것이다. 방사화생성물 중 $^{36}Cl$ 과 $^{41}Ca$ 은 반감기와 화학적 물리학적 특성에 의해 해체 처분 관점에서 매우 중요한 핵종이며 이에 따라 본 연구에서는 차폐 콘크리트 내 생성량을 평가하였다. MCNPX 코드를 사용하여 중성자속과 반응단면적을 계산하였으며 이 결과를 토대로 ORIGEN2 코드를 사용하여 방사화생성물의 양을 평가하였다.

• 방사성폐기물학회지
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• 제13권1호
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• pp.35-43
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• 2015

선행핵연료 주기관련 시설의 해체/복원 시 방사능으로 오염된 다량의 자갈폐기물이 발생할 수 있다. 하지만 현재 방사성 오염 자갈을 제염하기 위한 기초자료가 부족하므로, 본 연구에서는 토양세척법을 응용하여 방사능 오염 자갈을 제염하는데 필요한 기초실험을 수행하였다. 효율적인 제염을 위하여 제염제를 비교하여 선정하였는데, 우라늄으로 오염된 자갈의 제염제로는 증류수나 계면활성제보다 0.1 M의 질산을 사용하였을 때 제염이 잘 되었다. 또한, 제염효율을 높이고 제염시간을 단축하기 위하여 우라늄 오염 자갈을 파쇄/분쇄한 후 세척한 결과, 입자의 크기가 작으면 작을수록 제염효율이 높고 자체처분허용농도를 만족하는 것으로 나타났다.

• 터널과지하공간
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• 제29권6호
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• pp.439-455
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• 2019

완충재는 심지층 고준위 방사성 폐기물 저장소의 주요 구성 요소이다. 벤토나이트는 높은 열전도율과 낮은 수리투과성의 특성으로 완충재의 핵심 구성 요소로 다수의 국가에서 채택되었다. 심층 처분은 지하수 유입을 일으키고 이는 완충재 및 뒷채움재의 팽윤압을 초래한다. 완충재에서 발생하는 고압의 팽윤압은 처분용기에 영향을 줄 수 있기에 정밀한 완충재의 팽윤압 예측은 안전한 처분 시스템 구축에 있어서 필수적이다. 따라서 본 연구에서는 MX-80 벤토나이트의 수리역학적 거동에 대한 팽윤압 예측 모델을 세우고, 그 결과를 토대로 민감도 분석을 시행하였다.

• 방사성폐기물학회지
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• 제10권1호
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• pp.63-75
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• 2012

사용후핵연료 심지층처분장 부지선정과 최종 처분장부지의 처분적합성을 평가하는 업무는 시행-착오를 줄이고 기술적 신뢰성 확보와 합리적이고 효율적인 업무수행을 추구하여야 한다. 이에 선행하여, 우리나라에 적용 가능한 처분장부지의 지질환경 요건 설정을 위한 기본방향과 개별 인자의 처분적합성지표를 가능한 한 정량화하여 설정하고 업무에 적용하여야 한다. 사용후핵연료 처분장부지 선정과 최종처분장 부지의 안전성확보를 위한 처분요건과 관련하여 IAEA 및 OECD 회원국들과 처분연구 및 상용사업 수행 관련 선진국가들의 사례를 바탕으로 요건 별로 구분하여 현황을 분석하였다. 여기서는 사용후핵연료 처분장 부지로서 암석 암반이 갖추어야 할 충분 혹은 선호요건에 대한 이해 제고와 관련 세부 기술지침을 도출하는데 기여하고자 하였다. 이를 토대로 어떠한 암석 암반이 상대적으로 보다 유리한 조건을 가지는 선호요건으로 제시해야 하는지, 그리고 충분요건과 선호요건을 적용하여 후보부지 조사 선별평가 기간 동안 부지선정업무에 반영하고 평가하고 결정하여야 하는 방법론을 도출할 수 있도록 기본 골격을 제시하였다. 또한 처분안전성 확보를 위해 필요한 기본적인 사항을 검토하고 서술하였다. 본 논문에서 기술한 항목들은 처분안전성 확보를 위한 처분요건의 기술지침 구성 체계, 처분안전성 확보개념, 다중방벽 기능 조건, 천연방벽의 지질환경 기본요건, 그리고 우리나라에 적용 가능한 처분장부지 지질환경 기본요건(안) 등으로 구성된다. 우리나라의 사용후핵연료 심지층처분장 부지의 위치에 관한 사업자 기술지침 요건으로 제안하였다. 이와 관련하여 충분요건과 선호요건으로, 화산활동, 지진활동, 단층운동 융기 침강 운동 및 기후 해수면변동 등 장기지질안정성 요건을 비롯한 15개 충분요건과 48개 선호요건을 제안하였다. 이들 요건은 우리나라의 지질환경 특성을 충분히 반영하여 후속되는 각 부문별 특성에 적합한 정량적인 기술 기준 및 지침으로 개발되어야 할 것이다. 정량적 기술지침의 도출은 상용 처분장부지 선별평가과정 및 처분장 부지적합성평가 과정으로부터 확립될 수 있을 것이다. 또한 다양한 부문별 안전사례(safety case) 작성 혹은 연구용 지하처분연구시설 (underground research laboratory: URL)을 이용한 처분시스템의 실증과정 등을 통하여 객관적이고 신뢰성있는 정량적인 지침들이 확립될 수 있을 것이다.