• 한국지반공학회논문집
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• 제37권10호
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• pp.5-11
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• 2021

압축 벤토나이트 완충재는 원자력발전소에서 발생하는 고준위폐기물을 처리하기 위한 공학적방벽시스템의 가장 중요한 요소 중 하나이다. 압축 벤토나이트 완충재는 외부 하중이나 지하수 침투로부터 처분 용기를 보호하기에, 열-수리-역학적인 요구 조건을 충족하여야 한다. 이러한 완충재의 열-수리 물성에 관한 연구는 많이 진행되어 왔지만, 역학 물성 규명에 관한 연구는 많이 부족한 실정이다. 이러한 이유로, 본 연구에서는 건조밀도와 함수비에 따른 다양한 국내 압축 벤토나이트 시료를 조성하여 이에 대한 일축압축강도시험을 실시하였으며, 일축압축강도, 탄성계수, 그리고 포아송비를 도출하였다. 압축 벤토나이트의 일축압축강도와 탄성계수는 건조밀도에 따라 증가하였으며, 포아송비는 건조밀도가 증가할수록 약간 감소하는 것으로 나타났다. 일축압축강도, 탄성계수 및 포아송비는 건조밀도와 큰 상관 관계를 보였으나, 함수비와는 특별한 상관성을 나타내지는 않았다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제34권1호
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• pp.90-103
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• 2002

The thermal and mechanical properties of compacted bentonite and bentonite-sand mixture were collected from the literatures and compiled. The thermal conductivity of bentonite is found to increase almost linearly with increasing dry density and water content of the bentonite. The specific heat can also be expressed as a function of water ontent, and the coefficient of thermal expansion is almost independent on the dry density. The logarithm of unconfined compressive strength and Young’s modulus of elasticity increase linearly with increasing dry density, and in the case of constant dry density, it can be fitted to a second order polynomial of water content. Also the unconfined compressive strength and Young’s modulus of elasticity of the bentonite-sand mixture decreases with increasing sand content. The Poisson’s ratio remains constant at the dry density higher than 1.6 Mg/m$_3$, and the shear strength increases with increasing dry density.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제31권6호
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• pp.39-50
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• 1999

The physicochemical, mineralogical, hydraulic, swelling and mechanical properties of a domestic bentonite for use as the buffer material in a high-level waste repository have been measured. The bentonite is identified to be a Ca-bentonite, and the hydraulic conductivity of the compacted bentonite with the dry density higher than 1.4 Mg/㎥ is lower than 10$^{-11}$ m/s When the dry densities are 1.4 to 1.8 Mg/㎥, the swelling pressures are in the range of 6.6 to 143.5 kg/$\textrm{cm}^2$. The unconfined compressive strength is about 94 kg/$\textrm{cm}^2$, and the coefficient of volume change and the coefficient of consolidation are in the range of 0.O0249 to 0.02142 $m^2$/MN and 0.018 to 0.115$m^2$/year, respectively.

• 방사성폐기물학회지
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• 제16권3호
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• pp.339-346
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• 2018

고준위폐기물을 처분하기 위한 심층처분시스템의 구성 요소로는 처분용기, 완충재, 뒷채움 및 근계 암반이 있다. 이 중 완충재는 심층 처분시스템에 있어 필수적인 요소이다. 처분용기에서 발생하는 고온의 열량은 완충재로 전파되기에 완충재의 열적 특성은 처분시스템의 안정성 평가에 상당히 중요하다고 할 수 있다. 특히, 고온의 열량은 완충재의 열적 팽창을 야기하여 근계 암반에 열응력을 야기할 수 있기에 완충재의 열팽창 특성 규명은 반드시 필요하다고 할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 국내 경주산 압축 벤토나이트 완충재(KJ-II)에 대한 열팽창 거동 특성을 실내 실험을 통해 분석하고 선형 열팽창계수에 대한 추정 모델을 제시하고자 하였다. 압축 벤토나이트 완충재의 선형 열팽창계수는 딜라토미터 장비를 이용하여 승온속도, 건조밀도, 온도 범위에 따라 측정되었으며 선형 열팽창계수 값은 대략 $4.0{\sim}6.0{\times}10^{-6}/^{\circ}C$ 로 측정되었다. 또한 실험 데이터를 토대로 비선형 회귀분석 방법을 이용하여 건조밀도에 따른 경주 압축 벤토나이트 완충재의 선형 열팽창계수를 추정할 수 있는 모델을 제시하였다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제56권5호
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• pp.1854-1862
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• 2024

This study aims to investigate the strain-dependent-deformation property of Gyeongju bentonite buffer material. A series of unconfined compressive tests were performed with cylindrical specimens prepared at varying dry densities (𝜌_d = 1.58 g/cm³ to 1.74 g/cm³) using cold isostatic pressing technique. It is found that as 𝜌_d increase, the unconfined compressive strength (q_u), failure strain, and elastic modulus (E) of Gyeongju compacted bentonite (GCB) increases. Normalized elastic modulus (E_sec/E_max) degradation curves of GCB specimens are fitted using Ramberg-Osgood model and the elastic threshold strain (𝜀_e,th) is determined through the fitted curves. The strain-dependency of E and Poisson's ratio (v) of GCB were observed. E and v were measured constant below 𝜀_e,th of 0.14 %. Then, E decreases while v increases after exceeding the strain threshold. The E_sec/E_max degradation curves of GCB in this study suggests wider linear range and higher linearity than those of sedimentary clay in previous study. On top of that, the influence of 𝜌_d is observed on E_sec/E_max degradation curves of GCB, showing a slight increase in 𝜀_e,th with increase in 𝜌_d. Furthermore, an empirical model of q_u with 𝜌_d and a correlation model between q_u and E are proposed for Gyeongju bentonite buffer materials.

• 방사성폐기물학회지
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• 제19권4호
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• pp.469-477
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• 2021

Safe storage of spent nuclear fuel in deep underground repositories necessitates an understanding of the long-term alteration of metal canisters and buffer materials. A small-scale laboratory alteration test was performed on metal (Cu or Fe) chips embedded in compacted bentonite blocks placed in anaerobic water for 1 year. Lactate, sulfate, and bacteria were separately added to the water to promote biochemical reactions in the system. The bentonite blocks immersed in the water were dismantled after 1 year, showing that their alteration was insignificant. However, the Cu chip exhibited some microscopic etch pits on its surface, wherein a slight sulfur component was detected. Overall, the Fe chip was more corroded than the Cu chip under the same conditions. The secondary phase of the Fe chip was locally found as carbonate materials, such as siderite (FeCO₃) and calcite ((Ca, Fe)CO₃). These secondary products can imply that the local carbonate occurrence on the Fe chip may be initiated and developed by an evolution (alteration) of bentonite and a diffusive provision of biogenic CO₂ gas. These laboratory scale results suggest that the actual long-term alteration of metal canisters/bentonite blocks in the engineered barrier could be possible by microbial activities.

• 방사성폐기물학회지
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• 제11권1호
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• pp.11-21
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• 2013

현재 고준위 방사성 폐기물 심층 처분 시스템에서 기본 완충재 물질로서 건조밀도 1.6 g/$cm^3$의 경주산 칼슘 벤토나이트를 사용하고 있으나, 열전도도가 낮은 단점이 있다. 따라서 본 연구에서는 기준 완충재의 열전도율을 0.8 W/mK에서 1.0 W/mK로 향상시키기 위한 목적으로 다양한 첨가제를 다양한 혼합 방법을 통해 배합하고 열전도도를 측정하였다. 첨가제는 CNT(Cabon Nano Tube), Graphite, Alumina, CuO 및 $Fe_2O_3$ 등을 사용하였다. 혼합 방법의 경우, 핸드 믹서기를 통한 건식혼합, 습식 Milling 혼합, 건식 Ball Mill 혼합 등을 실시하였다. Ball Mill 혼합의 경우가 가장 균일하게 혼합되었기 때문에, 값의 편차가 가장 적었고 열전도도 증가율이 가장 좋았다. 지금까지 수행된 시험에서 소량의 고열전도 물질의 첨가로 경주산 칼슘 벤토나이트의 열전도도를 1.0 W/mK 수준으로 용이하게 증가시킬 수 있음을 실험적으로 확인할 수 있었다. 결론적으로, 본 연구에서 제시된 열전도 향상 방법은, 첨가제 혼합이 벤토나이트의 기본 성질인 팽윤압과 수리전도도에 미치는 영향까지 제시된다면, 국내 고준위폐기물 처분장의 개념 설계에 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.