• Nuclear Engineering and Technology
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• 제42권3호
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• pp.237-248
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• 2010

The safety of metal cask and concrete cask storage technology has been verified by CRIEPI through several research programs on demonstrative testing for the interim storage of spent fuel. The results have been reflected in the safety requirements for dry casks issued by NISA/METI (Nuclear and Industrial Safety Agency, Ministry of Economy, Trade and Industry) of the Japanese government. On top of that, spent fuel integrity has been studied by the Japan Nuclear Energy Safety Organization (JNES). This paper reviews these research programs. Future issues include the long-term integrity of cask components and high burn-up spent fuel.

• 방사성폐기물학회지
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• 제14권1호
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• pp.35-44
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• 2016

Leading national R&D project to design a PWR spent nuclear fuel interim dry storage system that has been under development since mid-2009, which consists of a dual purpose metal cask and concrete storage cask. To ensure the safe operation of dry storage systems in foreign countries, major confinement monitoring techniques currently consist of pressure and temperature measurement. In the case of a dual purpose metal cask, a pressure sensor is installed in the interspace of bolted double lid(primary and secondary lid) in order to measure pressure. A concrete storage cask is a canister based system made of double/redundant welded lid to ensure confinement integrity. For this reason, confinement monitoring method is real time temperature measurement by thermocouple placed in the air flow(air intake and exit) of the concrete structure(over pack and module). The use of various monitoring technologies and operating experiences for the interim dry storage system over the last decades in foreign countries were analyzed. On the basis of the analysis above, development of the confinement monitoring technology that can be used optimally in our system will be available in the near future.

• 방사성폐기물학회지
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• 제15권4호
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• pp.391-402
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• 2017

한국원자력환경공단에서는 국내 경수로 원전에서 발생된 사용후핵연료를 건식으로 저장할 수 있는 콘크리트 용기를 개발하였다. 본 저장용기는 사용후핵연료가 건식환경에서 장기간 저장되는 동안 용기 및 사용후핵연료의 건전성이 유지되며, 방사선량률이 저장시설의 설계기준을 초과하지 않도록 설계되어야 한다. 특히, 저장시설은 정상 및 사고조건에서 적절한 방사선 방호를 위한 차폐설계가 이루어져야 한다. 이를 위해 본 연구에서는 미국 10CFR72 및 10CFR20의 기술기준과 NRC의 표준 심사지침 NUREG-1536에서 제시한 평가방법에 따라 건식저장조건하에서 단일 콘크리트용기 및 $2{\times}10$ 용기배열조건의 선량율을 평가하였다. 평가결과, 일반인에 대한 연간선량 한도인 0.25 mSv를 만족하는 통제구역 경계까지의 거리는 약 230 m로 도출되었다. 콘크리트 저장용기의 설계사고는 $2{\times}10$ 배열의 저장시설에서 한 개의 저장용기가 이송 중 전도사고가 발생하여 용기의 바닥면이 통제구역 경계로 향하는 상황으로 가정하였다. 전도된 저장용기의 바닥면으로 부터 100 m 및 230 m 지점에서 각각 12.81 mSv 및 1.28 mSv로 평가되었다. 본 연구를 통해 건식저장조건에서 콘크리트 저장용기 및 저장시설은 적절하게 평가된 통제구역경계까지의 거리가 확보된다면 방사선적 안전성이 유지됨을 확인할 수 있었다. 본 평가결과만으로 건식환경의 저장용기(시설) 설계에 직접 적용하기는 어렵겠으나, 향후 '국가 고준위폐기물 관리 전략'에 근거한 원전내 저장시설 또는 중간저장 시설의 설계 및 운영에 유용한 자료가 될 것으로 사료된다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제46권1호
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• pp.73-80
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• 2014

A concrete cask is an option for spent nuclear fuel interim storage. A concrete cask usually consists of a metallic canister which confines the spent nuclear fuel assemblies and a concrete overpack. When the overpack undergoes a missile impact, which might be caused by a tornado or an aircraft crash, it should sustain an acceptable level of structural integrity so that its radiation shielding capability and the retrievability of the canister are maintained. A missile impact against a concrete overpack produces two damage modes, local damage and global damage. In conventional approaches [1], those two damage modes are decoupled and evaluated separately. The local damage of concrete is usually evaluated by empirical formulas, while the global damage is evaluated by finite element analysis. However, this decoupled approach may lead to a very conservative estimation of both damages. In this research, finite element analysis with material failure models and element erosion is applied to the evaluation of local and global damage of concrete overpacks under high speed missile impacts. Two types of concrete overpacks with different configurations are considered. The numerical simulation results are compared with test results, and it is shown that the finite element analysis predicts both local and global damage qualitatively well, but the quantitative accuracy of the results are highly dependent on the fine-tuning of material and failure parameters.

• 한국전산유체공학회지
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• 제21권4호
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• pp.33-39
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• 2016

Generally, thermal analysis of spent fuel storage cask has been conducted using the porous media and effective thermal conductivity model to simplify the structural complexity of spent fuel assemblies. As the fuel assembly is composed of two regions; active fuel region corresponding to UO2 pellets and unactive fuel region corresponding to the top and bottom nozzle, the heat transfer performance can be influenced depending on porous media application at these regions. In this study, numerical analysis on concrete storage cask of spent fuel was performed to investigate heat transfer effects for two cases; one was porous media application only to active fuel region(case 1) and the other one was porous media to whole length of fuel assembly(case 2). Using computational fluid dynamics code, the three dimensional, 1/4 symmetry model was constructed. For two cases, maximum temperatures for each component were evaluated below the allowable limits. For the case 1, maximum temperatures for fuel cladding, neutron absorber and baskets inside the canister were slightly higher than those for the case 2. In particular, even though the helium flows with low velocity due to buoyant forces occurred at the top and bottom of unactive fuel region, treating only active fuel region as the porous media was ineffective in respect of the heat removal performance of concrete storage cask, implying a conservative result.

• 방사성폐기물학회지
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• 제2권1호
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• pp.13-22
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• 2004

This study presents the thermal analyses of a spent fuel dry storage cask under normal and off-normal conditions. The environmental temperature is assumed to be 15 $^{\circ}C$ under the normal condition. The off-normal condition has an environmental temperature of 38 $^{\circ}C$. An additional off-normal condition is considered as a partial blockage of the air inlet ducts. Two of the four air inlet ducts are assumed to be completely blocked. The significant thermal design feature of the storage cask is the air flow path used to remove the decay heat from the spent fuel. Natural circulation of the air inside the cask allows the concrete and fuel cladding temperatures to be maintained below the allowable values. The finite volume computational fluid dynamics code FLUENT was used for the thermal analysis. The maximum temperatures of the fuel rod and concrete overpack were lower than the allowable values under the normal and off-normal conditions.

• 방사성폐기물학회지
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• 제16권2호
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• pp.271-279
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• 2018

국내 경수로형 원전의 사용후핵연료 소내 습식저장 용량의 포화에 대비하기 위해 정부 주도로 2009년부터 2016년까지 7년에 걸쳐 국내 여건에 적합한 수송/저장시스템을 개발하였다. 시스템은 운반과 저장을 겸할 수 있는 금속겸용용기와 저장전용인 콘크리트 저장용기로 효율적인 기술개발을 위해 관련 산학연의 특성과 경험을 적극 활용하여 국내고유 모델을 개발하였고 특허 등록을 추진하여 기술의 독립성도 확보하였다. 현재까지 확보한 다수의 특허 및 기술을 산업계에 개방하여 국내 수요에 대처하고자 2016년과 2017년 두 차례에 걸쳐 기술이전도 추진하였다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제26권1호
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• pp.71-78
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• 2014

사용후핵연료의 중간저장시설인 콘크리트 캐스크(cask)는 해안부근에 입지할 가능성이 크기 때문에 염해에 대한 문제가 크게 우려된다. 그리고 염해에 의한 철근의 부식 및 균열발생은 철근콘크리트구조물의 방사선 차폐기능뿐 아니라 구조성능 저하의 주요 원인이기 때문에 염해에 대한 평가는 매우 중요한 사항이다. 특히 염해환경과 함께 콘크리트 캐스크 내부에서는 사용후핵연료의 발열에 의해 $60^{\circ}C$정도의 고온 환경이 예상되기 때문에 고온에서의 염해에 대한 검토가 요구되지만, 기존 콘크리트 구조물의 염해평가에서는 온도에 대한 영향이 전혀 고려되어 있지 않아 고온에서 염해에 노출된 철근콘크리트구조물들의 내구설계 및 수명예측을 위해 참고할 만한 자료가 거의 없다. 이 연구에서는 다양한 온도환경에서의 염수(NaCl)침지시험을 통해 콘크리트의 염화물이온 확산계수를 측정하고 염화물이온 확산계수와 온도의 관계를 규명하고자 하였다. 실험 결과, 콘크리트의 염화물이온 확산계수는 온도의 증가에 따라 현저히 증대하여 고온환경에서의 염해 발생가능성이 매우 큰 것으로 조사되었다. 또한 크리트의 염화물이온 확산계수는 물시멘트(W/C)비가 낮아질수록 감소하였고, 이 경향은 온도가 증가(고온환경)하여도 동일하게 나타났다. 염화물이온 확산계수의 온도의존성은 아레니우스식(Arrhenius equation)으로 나타내어졌고 회귀분석 결과, 확산계수의 대수 값은 절대온도의 역수와 선형관계를 나타내었다. 또한 온도의존성을 나타내는 활성화에너지(activation energy)는 물시멘트(W/C)비가 낮을수록 높게 나타났다.

• 방사성폐기물학회지
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• 제15권1호
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• pp.91-99
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• 2017

국내에서 개발중인 콘크리트 저장용기는 방사성 물질의 격납 건전성을 유지하기 위하여 내부에 캐니스터를 포함하고 있다. 본 논문에서는 콘크리트 저장용기 내부 캐니스터의 뚜껑 용접시, 용접시간 저감과 이에 따른 캐니스터 용접부의 구조적 건전성을 확보하기 위한 방안으로, 정상, 비정상 및 사고조건에서 캐니스터 용접부 균열을 진전시키는 하중에 의해 발생되는 균열 깊이를 분석하여, 용접부의 최대 허용결함깊이를 평가하였다. 정상, 비정상 및 사고조건에서의 구조해석은 범용 유한요소해석 프로그램인 ABAQUS를 사용하였으며, 허용결함깊이는 ASME B&PV Code Section XI에 따라 막응력과 조합하중에 대해 평가하였다. 평가결과 콘크리트 저장용기의 캐니스터 용접부의 허용결함깊이는 18.75 mm로 평가되었으며, 이는 NUREG-1536에서 권고하고 있는 임계결함깊이를 만족하고 있는 것으로 나타났다.

• 한국지진공학회:학술대회논문집
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• 한국지진공학회 2005년도 학술발표회 논문집
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• pp.55-61
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• 2005

The seismic response tests of a spent fuel dry storage cask model of 1/8 scale are performed for an typical 1940 Elcentro earthquake. This paper focuses on the seismic response test data generation to check the overturing possibility of a storage cask and the slipping displacement on concrete slab bed. A simplified cask model is used to take into account the variations in seismic load magnitude and cask/bed interface friction. The test results show that the model gives an overturning response for an extreme condition.