Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.16
no.3
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pp.339-346
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2018
A geological repository system consists of a disposal canister with packed spent fuel, buffer material, backfill material, and intact rock. The buffer is indispensable to assure the disposal safety of high-level radioactive waste. Since the heat generated from spent nuclear fuel in a disposal canister is released to the surrounding buffer materials, the thermal properties of the buffer material are very important in determining the entire disposal safety. Especially, since thermal expansion can cause thermal stress to the intact rock mass in the near-field, it is very important to evaluate thermal expansion characteristics of bentonite buffer materials. Therefore, this paper presents a thermal expansion coefficient prediction model of the Gyeongju bentonite buffer materials which is a Ca-bentonite produced in South Korea. The linear thermal expansion coefficient was measured considering heating rate, dry density and temperature variation using dilatometer equipment. Thermal expansion coefficient values of the Gyeongju bentonite buffer materials were $4.0{\sim}6.0{\times}10^{-6}/^{\circ}C$. Based on the experimental results, a non-linear regression model to predict the thermal expansion coefficient was suggested and fitted according to the dry density.
Thermo-hydro-chemico-mechanical evolution of the radioactive waste repository and surrounding geological media is one of the key issues for the radioactive waste disposal. This article describes not only the basic context for the site selection but also a reasonable strategy for the repository related research based on the results of the French repository project carried out by ANDRA (National radioactive waste management agency). To have some alternatives for the determination of a preferable depth and geological media, it would be recommendable to establish a database system. The curing process of the fractures or microfissures in the EDZ (Excavation Disturbed Zone) during operation time has to be examined considering the evolution of the EDZ and the reversibility of the repository. It is prerequisite to carry out a feasibility study and to validate the design concept and design parameters in a properly constructed underground research laboratory (URL) in Korea.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.5
no.4
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pp.323-338
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2007
For the assessment of the performance and safety of a deep underground radioactive repository system, the thermal, hydraulic, mechanical, and chemical behaviors and their coupling should be studied. In order to analyze the THMC coupling behavior more effectively, which requires complex mathematical models and modelling techniques, DECOVALEX international cooperation project was launched in 1992. Since its beginning, four major stages of the project were successfully completed and THMC modelling techniques for various conditions could be developed. In this study, the current status and major achievements from the project were reviewed and possible benefits of the participation to the project were discussed.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.17
no.1
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pp.29-36
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2019
High-level radioactive waste (HLW) such as spent fuel is inevitably produced when nuclear power plants are operated. A geological repository has been considered as one of the most adequate options for the disposal of HLW, and it will be constructed in host rock at a depth of 500~1,000 meters below ground level with the concept of an engineered barrier system (EBS) and a natural barrier system. The compacted bentonite buffer is one of the most important components of the EBS. As the compacted bentonite buffer is located between disposal canisters with spent fuel and the host rock, it can restrain the release of radionuclides and protect canisters from the inflow of groundwater. Because of inflow of groundwater into the compacted bentonite buffer, it is essential to investigate soil-water characteristic curves (SWCC) of the compacted bentonite buffer in order to evaluate the entire safety performance of the EBS. Therefore, this paper conducted laboratory experiments to analyze the SWCC for a Korean Ca-type compacted bentonite buffer considering dry density, confined or unconfined condition, and drying or wetting path. There was no significant difference of SWCC considering dry density under unconfined condition. Furthermore, it was found that there was higher water suction in unconfined condition that in confined condition, and higher water suction during drying path than during wetting path.
There are Common aspects between the underground oil storage cavern and the radioactive waste disposal facility. Both facilities use appropriately the intrinsic natural berrier characteristics of the rock mass and additionally the engineered barrier system for the long term safety. The geological structures and their hydrogeological characteristics in a faactured rock mass act a major role in the safety and performance of the underground oil storage facility through the design, construction and the operation stages. Because the fracture system distributed in a fractured rock block is complicated owing to their own geometrical and hydrogeological attributes, the hydrogeological perforrmrnce of the facility would depend mainly upon the understandings of their characteristics. This study reviews the uncertainties and key issues which have to be considered to analyse the groundwater flow system in a fractured rock mass and proposes the techniques applicable to characterize the hydrogeological parameter.
Hwang, Youngtaek;Ko, Nak-Youl;Choi, Jong Won;Jo, Seong-Seock
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.10
no.4
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pp.295-303
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2012
Based on the data observed and analyzed on a groundwater flow system in the KURT (KAERI Underground Research Tunnel) site, the transport of radionuclides, which were assumed to be released at the supposed position, was calculated on the time-domain. A groundwater pathway from the release position to the surface was identified by simulating the groundwater flow model with the hydrogeological characteristics measured from the field tests in the KURT site. The elapsed time when the radionuclides moved through the pathway is evaluated using TDRW (Time Domain Random Walk) method for simulating the transport on the time-domain. Some retention mechanisms, such as radioactive decay, equilibrium sorption, and matrix diffusion, as well as the advection-dispersion were selected as the factors to influence on the elapsed time. From the simulation results, the effects of the sorption and matrix diffusion, determined by the properties of the radionuclides and underground media, on the transport of the radionuclides were analyzed and a decay chain of the radionuclides was also examined. The radionuclide ratio of the mass discharge into the surface environment to the mass released from the supposed repository did not exceed $10^{-3}$, and it decreased when the matrix diffusion were considered. The method used in this study could be used in preparing the data on radionuclide transport for a safety assessment of a geological disposal facility because the method could evaluate the travel time of the radionuclides considering the transport retention mechanism.
Metal waste generated from the pyroprocessing of 10 MtU of spent fuel was classified by comparing the specific activity of a relevant radionuclide with the limit value of the specific activity specified in the Korean acceptance criteria for a lowand intermediate-level waste repository. A Korean Optimized Fuel Assembly design with a 17${\times}$17 array, an initial enrichment of 4.5 weight-percent, discharge burn-up of 55 GWD/MtU, and a 10-year cooling time was considered. Initially, the mass and volume of each structural component of the assembly were calculated in detail, and a source term analysis was subsequently performed using ORIGEN-S for these components. An activation cross-section library generated by the KENO-VI/ORIGEN-S module was utilized for top-end and bottom-end pieces. As a result, an Inconel grid plate, a SUS plenum spring, a SUS guide tube subpart, SUS top-end and bottom-end pieces, and an Inconel top-end leaf spring were determined to be unacceptable for the Gyeongju low- and intermediate-level waste repository, as these waste products exceeded the acceptance criteria. In contrast, a Zircaloy grid plate and guide tube can be placed in the Gyeongju repository. Non-contaminated Zircaloy cladding occupying 76% of the metal waste was found to have a lower level of specific activity than the limit value. However, Zircaloy cladding contaminated by fission products and actinides during the decladding process of pyroprocessing was revealed to have 52 and 2 times higher specific activity levels than the limit values for alpha and $^{90}Sr$, respectively. Finally, it was found that 88.7% of the metal waste from the 17${\times}$17 Korean Optimized Fuel Assembly design should be disposed of in a deep geological repository. Therefore, it can be summarized that separation technology with a higher decontamination factor for transuranics and strontium should be developed for the efficient management of metal waste resulting from pyroprocessing.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.17
no.3
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pp.339-346
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2019
Based on the $8^{th}$ Basic Plan for Electric Power Demand and Supply, an estimation has been made for inventories and characteristics of spent fuel (SF) to be generated from existing and planned nuclear power plants. The characteristics under consideration in this study are dimensions, fuel array, $^{235}U$ enrichment, discharge burnup, and cooling time for each fuel assembly. These are essentially needed for designing a disposal facility for SFs. It appears that the anticipated quantity by the end of 2082 is about 62,500 assemblies for PWR SFs. The inventories of Westinghouse-type and Korean-type SFs were revealed to be 60% and 40%, respectively as of the end of 2018. The proportion of SFs with initial $^{235}U$ enrichment below 4.5 weight percent (wt%) was shown to be approximately 90% in total as of the end of 2018. As of 2077, more than 97% of SFs generated from Westinghouse-type nuclear reactors were shown to have cooling time of over 50 years. As of 2125, more than 98% of SFs generated from Korean-type nuclear reactors were shown to have cooling time of over 45 years. Based on these results, for the efficient design of a disposal system, it is reasonable to adopt two types of reference spent fuel. SF of KSFA with $^{235}U$ enrichment of 4.5 wt%, discharge burnup of 55 GWd/tU, and cooling time of 50 years was determined as reference fuel for Westinghouse-type SFs; SF of PLUS7 with $^{235}U$ enrichment of 4.5 wt%, discharge burnup of 55 GWd/tU, and cooling time of 45 years was determined as reference fuel for Korean-type SFs.
Park, Seunghun;Yoon, Seok;Kwon, Sangki;Kim, Geon-Young
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.18
no.2
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pp.133-141
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2020
A geological repository comprises a natural barrier and an engineered barrier system. Its design components consist of canisters, buffers, backfill, and near-field rock. Among the engineered barrier system components, bentonite buffers minimize the groundwater flow from near-field rock and prevent the release of nuclide. Investigation of the hydraulic conductivity of the buffer to groundwater flow is an important factor in the performance evaluation of the stability and integrity of the engineered barrier of the repository. In this study, saturated hydraulic conductivity tests were performed using Gyeongju bentonite at various dry densities and temperatures, and a hydraulic conductivity prediction model was developed through multiple regression analysis using the 120 result sets of hydraulic conductivity. The test results showed that the hydraulic conductivity tends to decrease as the dry density increases. In addition, the hydraulic conductivity increased with increasing temperature. The multiple regression analysis results showed that the coefficient of determination (R2) of the hydraulic conductivity prediction equation was as high as 0.93. The hydraulic conductivity prediction equation presented in this study could be used for the design of engineered barrier systems.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.24
no.6
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pp.451-464
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2022
The high-level nuclear waste repository is a deep geological disposal system exposed to complex environmental conditions such as high temperature, radiation, and ground-water due to handling spent nuclear fuel. Continuous exposure can lead to cracking and deterioration of the structure over time. On the other hand, the high-level nuclear waste repository requires an ultra-long life expectancy. Thus long-term structural health monitoring is essential. Various sensors such as an accelerometer, earth pressure gauge, and displacement meter can be used to monitor the health of a structure, and a piezoelectric sensor is generally used. Therefore, it is necessary to develop a highly durable sensor based on the durability assessment of the piezoelectric sensor. This study designed an accelerated life test for durability assessment and life prediction of the piezoelectric sensor. Based on the literature review, the number of accelerated stress levels for a single stress factor, and the number of samples for each level were selected. The failure mode and mechanism of the piezoelectric sensor that can occur in the environmental conditions of the high-level waste repository were analyzed. In addition, two methods were proposed to investigate the maximum harsh condition for the temperature stress factor. The reliable operating limit of the piezoelectric sensor was derived, and a reasonable accelerated stress level was set for the accelerated life test. The suggested methods contain economical and practical ideas and can be widely used in designing accelerated life tests of piezoelectric sensors.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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