Selenium has been identified as an element of interest for the safety assessment of a deep geological repository (DGR) for used nuclear fuel. In Canada, groundwaters at DGR depths in sedimentary rocks have been observed to have a high ionic strength. This paper examines the sorption behavior of Se(-II) onto illite, MX-80 bentonite, Queenston shale, and argillaceous limestone in Na-Ca-Cl solutions of varying ionic strength (0.1-6 mol/kgw (m)) and across a pH range of 4-9. Little ionic strength dependence for Se(-II) sorption onto all solids was observed except that sorption at high ionic strength (6 m) was generally slightly lower than sorption at low ionic strength (0.1 m). Illite and MX-80 exhibited the expected results for anion sorption, while shale and limestone exhibited more constant sorption across the pH range tested. A non-electrostatic surface complexation model successfully predicted sorption of Se(-II) onto illite and MX-80 using the formation of an inner-sphere surface complex and an outer-sphere surface complex. Optimized values for the formation reactions of these surface species were proposed.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.20
no.4
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pp.501-510
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2022
The nuclear criticality analyses considering burnup credit were performed for a spent nuclear fuel (SNF) disposal cell consisting of bentonite buffer and two different types of SNF disposal canister: the KBS-3 canister and small standardized transportation, aging and disposal (STAD) canister. Firstly, the KBS-3 & STAD canister containing four SNFs of the initial enrichment of 4.0wt% 235U and discharge burnup of 45,000 MWD/MTU were modelled. The keff values for the cooling times of 40, 50, and 60 years of SNFs were calculated to be 0.79108, 0.78803, and 0.78484 & 0.76149, 0.75683, and 0.75444, respectively. Secondly, the KBS-3 & STAD canister with four SNFs of 4.5wt% and 55,000 MWD/MTU were modelled. The keff values for the cooling times of 40, 50, and 60 years were 0.78067, 0.77581, and 0.77335 & 0.75024, 0.74647, and 0.74420, respectively. Therefore, all cases met the performance criterion with respect to the keff value, 0.95. The STAD canister had the lower keff values than KBS-3. The neutron absorber plates in the STAD canister significantly affected the reduction in keff values although the distance among the SNFs in the STAD canister was considerably shorter than that in the KBS-3 canister.
Copper canisters are commonly employed to contain HLW for the long-term, making it crucial to understand how corrosion affects the canister. This study conducted a comparative analysis of two widely used calculation methods for modeling canister corrosion within a 3-D DGR domain. The first method, termed transport-limited corrosion, assumes an immediate sulfide-copper reaction and has been traditionally used due to its conservative nature. The second method, known as the potential-limited corrosion, considers coupled redox reactions at the canister surface and computes corrosion rates through anodic current density. From the results, we found that the edge of the canister geometry and the omission of electrochemical kinetics impose critical limitations with the transport-limited corrosion method. These limitations include the singularity problem, excessive sensitivity to the curvature of the canister's edge, and an inability to evaluate the distribution of corrosion rate over the canister surface as a function of the sulfide concentration. On the other hand, the potential-limited corrosion method avoided the limitations found in the other method. Since the factors relating to these limitations are critical to the design and optimization of the copper disposal canister, careful consideration when selecting appropriate calculation methods for corrosion will be required.
In the licensing application for the deep geological disposal system of high-level radioactive waste in Finland, the disposal tunnel backfilling has been changed from the block/pellet (for the construction) to the granular type (for the operation). Accordingly, for establishing the design concept for backfilling, it is necessary to examine applicability to the domestic facility through analyzing problems of the existing method and improvements in the alternative design. In this paper, we first reviewed the principal studies conducted for changing the backfill method in the licensing process of the Finnish facility, and identified the expected problems in applying the block/pellet backfill method. In addition, we derived the evaluation factors to be considered in terms of technical and operational aspects for the backfilling solution, and then conducted a comparative analysis for two types of backfill methods. This analysis confirmed the overall superiority of the design change. It is expected that these results could be utilized as the technical basis for deriving the optimum design plan in development process of the Korean-specific deep disposal facility. However, applicability should be reviewed in advance based on the latest technical data for the detailed evaluation factors that must be considered for selecting the backfilling method.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.12
no.3
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pp.191-198
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2014
Using results of groundwater flow system modeling for a hypothetical deep geological repository site, a distribution of groundwater flow rates at the disposal depth was analyzed and a method of applying this distribution to a safety assessment for a disposal of radioactive wastes was suggested. The distribution of groundwater flow rates was produced by hydraulic heads simulated from regional and local scale groundwater flow models for the hypothetical disposal site. The flow rates at the locations where deposition holes would be located were estimated. These rates were normalized by the maximum of the flow rates in order to probabilistically illustrate a possibility of canister failures at the deposition holes. From the normalized distribution, probabilistic expectations for mass discharges of radionuclides released from the canisters assumed to be failed were calculated and compared with those deterministically estimated under the assumption that the canisters at the same deposition holes were definitely failed. The suggested method can be contributed to constructing a methodology for safety assessment of a geological repository by reflecting natural conditions of a disposal site in more detail.
The WIPP (Waste Isolation Pilot Plant), located 42km east of Carlsbad, New Mexico (NM), in bedded salt 655m below the surface, is a mined repository constructed by the US DOE for the permanent disposal of transuranic (TRU) wastes generated by activities related to defence of the US since 1970. Its historical disposal operation began in March 1999 following receipt of a final permit from the State of NM after a positive certification decision for the WIPP was issued by the EPA in 1998, as the first licensed facility in the US for the deep geologic disposal of radioactive wastes. The CCA (Compliance Certification Application) for the WIPP that the DOE submitted to the EPA in 1966 was supported by an extensive performance assessment (PA) carried out by Sandia National Laboratories (SNL), with so-called 1996 PA. Even though such PA methodologies could be greatly different from the way we consider for HLW disposal in Korea largely due to quite different geologic formations in which repository are likely to be located, a review on lots of works done through the WIPP PA studies could be the most important lessons that we can learn from in view of current situation in Korea where an initial phase of conceptual studies on HLW disposal has been just started. The objective of this art report is an overview of the methodology used in the recent WIPP PA to support the US DOE WIPP CCA and some relevant results completed by SNL.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.22
no.5
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pp.381-390
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2009
In this paper, a complementary analysis for the structural safety evaluation of the spent nuclear fuel disposal canister developed for the Canadian Deuterium and Uranium(CANDU) reactor for about 10,000 years long term deposition at a 500m deep granitic bedrock repository has been performed. However this developed structural model of the spent nuclear fuel disposal canister which has 33 spent nuclear fuel baskets and whose diameter is 122cm is too heavy to handle without any structural safety problem. Hence a lighter structural model of the spent nuclear fuel disposal canister which is easy to handle has been required to develop very much. There are two methods to reduce the weight of the CANDU canister model. The one is to alleviate severe design conditions such as external loads and safety factor. The other is to optimize the cross section shape of the canister by reducing the spent nuclear fuel basket number. Hence, in this paper a complementary analysis to alleviate such severe design conditions is carried out and simultaneously structural analyses to optimize the cross section shape of the canister by reducing the spent nuclear fuel basket number below 33 are carried out by varying the external load and the canister diameter for the reduction of the canister weight. The complementary analysis results show that the diameter of canister can be shortened below 122cm to reduce the weight of the spent nuclear fuel disposal canister.
In the countries operating nuclear reactors, the development of high-level radioactive waste(HLW) disposal technique is considered as an urgent and important issue for sustainable utilization of nuclear energy. In Korea, in which a low and intermediate radioactive waste repository is already operating, the construction of an underground research laboratory for in situ validation studies became a matter of interest with increasing concerns on the management of HLW. In order to construct and to operate an underground HLW repository safely in deep underground, the stability of rock mass should be guaranteed. As an important factor on rock stability, excavation damaged zone (EDZ) has been studied in many underground research laboratories in foreign countries. For accurate evaluation of the characteristics and effects of EDZ under disposal condition, it is required to use reliable investigation method based on the analysis of previous studies in similar conditions. In this study, status of foreign underground research laboratories in other countries, approaches for investigation the characteristics, size, and effect of EDZ, and major findings from the researches were surveyed and reported. This will help the accomplishment of domestic researches for developing HLW management techniques in underground research laboratory.
For the first step to develop a reference disposal container of spent fuel to be used in a deep geological repository, this paper examined safe dimensions of the disposal container on the points of nuclear criticality and radiation safety and mechanical structural safety and provided basic information for dimensioning the container and configuration of the container components, and establishing the favorable and safe disposal conditions. When the safety factor for stress due to the external loads (hydrostatic and swelling pressure) is taken as 2.0, the safe diameter of the filler material to provide enough container strength under the assumed external loads is found to be 112cm with 13cm spacing between inner baskets in PWR container. Also the thickness of the thinner section between the fuel basket and the surface of the cast insert is determined to be 150 mm. Regarding these dimensions of the container, the PWR fuel container is sketched to accommodate 4 square assemblies or 297 CANDU fuel 297 bundles (33 circle tubes x 9 stacks). However the top and bottom parts need to be checked again through the detail radiation shielding analysis with respects to the emplacement position and handling processes of the disposal container.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.20
no.4
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pp.427-433
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2007
A structural model of the spent nuclear fuel disposal canister for the pressurized water reactor(PWR) for about 10,000 years long term deposition at a 500m deep granitic bedrock repository has been developed. However this developed structural model of the spent nuclear fuel disposal canister is too heavy to handle without any structural safety problem. Hence a lighter structural model of the spent nuclear fuel disposal canister which is easy to handle has been tried to develop very much. One of the reasons which made the structural model heavy is considered to be due to the severe adaptation of the design conditions like external loads and safety factor etc. to the canister design. Hence a complementary analysis to alleviate such severe design conditions is required for the reduction of the canister weight. In this study, a complementary structural analysis for the spent nuclear fuel disposal canister is carried out changing the design conditions such as external loads and safety factors to recalculate the design parameters like diameter and thickness etc. of the canister. The complementary analysis results shows that the diameter of canister can be shortened from 122cm to 102cm to reduce the weight of the spent nuclear fuel disposal canister.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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