• 터널과지하공간
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• 제33권3호
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• pp.109-125
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• 2023

고준위방사성폐기물처분장은 공학적/천연 방벽 등을 통해 처분장의 안전성을 확보한다. 이러한 안전 수단은 다양한 방법을 통해 장/단기적 성능을 평가하고 검증되어야 한다. 한국원자력연구원은 원내에 위치한 지하연구시설인 KURT를 이용해 다양한 현장 실증실험을 수행해왔다. 선행 시험 종료 후, 개선된 형태의 실증실험인 K-COIN을 수행하기 위해 개념 설계안을 도출하고 상세 실험계획을 수립 중이다. KURT 내부에 K-COIN 실험부지 선정을 위한 예비 부지조사를 수행하였다. 연구 모듈(research gallery, RG) 세 구역에 약 20 m 심도의 시추공 총 15개를 시추하여 시추코어를 확보하고 암석 실내시험에 적합한 구간을 선정하여 무결암 시험편을 준비하였다. 준비된 시험편을 사용하여 물리적 특성 측정, 단축압축시험, 간접인장시험, 삼축압축시험을 수행했으며 이를 통해 무결암의 비중, 공극률, 탄성파 속도, 단축압축강도, 탄성계수, 포아송비, 간접인장강도, 점착력, 내부 마찰각을 측정하였다. 간단한 통계 처리를 수행한 결과, 시추 구역과 심도(상부 0~10 m, 하부 10~20 m)에 따른 무결암 물성의 차이는 크지 않은 것으로 확인되었다. 가장 대표적인 암석 물성인 단축압축강도를 바탕으로 판단하면, 모든 시추 구역과 심도에서 매우 강한 암석으로 분류되어 모든 후보 지역에서 역학적인 안전성을 확보한 것으로 판단된다.

• 한국광물학회지
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• 제23권2호
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• pp.107-115
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• 2010

한국원자력연구원 지하처분연구시설의 지하심부에 생존하는 미생물을 이용하여 용존우라늄의 제거 및 광물화에 대한 실험을 실시하였다. 미생물은 철환원박테리아와 황산염환원박테리아로 구분하여 개별적으로 실험을 실시하였으며, 실험 후 X-선 회절분석 및 주사전자현미경을 이용하여 생성광물을 확인하였고 용액상의 농도 변화는 유도결합플라즈마분석기를 이용하여 분석하였다. 철환원박테리아에서는 우라늄과 철이온이 공존할 때, 우라늄보다는 철이온이 선택적으로 환원과정에 참여하였으며, 결과적으로 우라늄의 환원 및 제거가 거의 이루어지지 못하였다. 하지만, 망간이 포함된 조건에서는 상당량의 우라늄 제거 효과가 나타났다. 황산염환원박테리아에서는 철과 망간이 공존할 때, 철이 선택적으로 황과 결합하여 맥키나와이트(FeS)라는 황화광물을 형성하였으며, 망간으로 구성된 황화광물은 만들어지지 않았다. 하지만, 망간이 공존하는 경우에 우라늄의 제거는 훨씬 효과적이었는데, 이는 황화광물에 불순물로 포함된 망간이 우라늄의 흡착 및 포획에 큰 영향을 미치기 때문인 것으로 판단된다.

• 방사성폐기물학회지
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• 제8권4호
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• pp.293-301
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• 2010

한국원자력연구원 내에 위치하는 방사성폐기물지하처분연구시설의 터널 내 벽면의 지반변위 및 온도 변화를 실시간으로 감시할 수 있는 시스템을 구축하였다. 이 시스템은 광섬유케이블(Optical Fiber Cable)의 Brillouin 산란현상을 이용하는 분포개념의 온도 및 변형율 측정기법(Distributed Temperature and Strain Sensor: DTSS)을 적용하는 기술이다. 2년여 동안 감시한 결과 터널 벽면 쇼크리트 표면에서 균열 등과 관련한 뚜렷한 벽면 변위 징후는 발견되지 않았다. 다만, 시간이 경과함에 따라 터널 내에서 지하수 누출 지점을 중심으로 벽면에서 변형의 누적 크기가 증대되어가는 경향을 보이나 그 크기는 미약하고 완만하게 진행함을 확인하였다. 계속적인 지하수에 의한 포화-습윤-건조 등의 현상이 반복되는 구간이나 포화상태에 있는 구간은 점진적으로 영향이 커질 것으로 예상된다. 광섬유센서케이블을 이용한 분포 개념의 측정 및 분석기술은 구조물의 특성에 따라 선택적 탄력적 적용이 가능하다. 변형률의 계측 범위는 $20{\mu}{\varepsilon}{\sim}28,000{\mu}{\varepsilon}$ 크기까지 변위 계측이 가능하다. 변형률의 해상도는 0.01mm로서 최소 매 1m 간격, 온도는 $0.01^{\circ}C$ 해상도를 가지고 최소 0.5m 간격으로 감시가 가능하다. 기존의 특정지점 계측방법(Point Sensing)과는 확연하게 차별된다. 현재까지 운영한 결과 본 감시시스템은 방사성폐기물 처분시설 등 공동과 사면의 장기감시시스템으로 적용 가능성을 확인하였다.

• 자원환경지질
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• 제50권2호
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• pp.117-128
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• 2017

고준위방사성폐기물 심지층 처분 대상 암종으로 고려되는 화강암에서 방사성핵종의 장기 거동 특성을 이해하기 위한 연구의 일환으로 KURT(KAERI Underground Research Tunnel) 화강암에 존재하는 U-Th 함유광물의 산출특성 및 존재형태 대한 연구를 수행하였다. KURT의 화강암은 주로 석영, 장석류와 운모류로 구성되며, 그 외에 저어콘 및 희토류원소를 함유하는 모나자이트, 바스트네사이트 등이 확인된다. 또한 견운모, 미사장석, 녹니석과 같은 이차광물과 함께 석영맥과 방해석맥 등이 관찰되는데 이는 후기 열수작용에 의한 영향으로 추정된다. U-Th 함유광물은 대부분 $30{\mu}m$ 이하로 석영 및 장석류, 운모류의 경계에서 확인된다. EPMA 정량분석 결과, U-Th 함유광물의 74.2 ~ 96.5%가 $UO_2$ (3.39 ~ 33.19 wt.%), $ThO_2$(41.61 ~ 50.24 wt.%), $SiO_2$ (15.43 ~ 18.60 wt.%) 등으로 구성된 것으로 확인된다. EPMA 분석결과를 이용한 화학구조식 계산결과, U-Th 함유광물은 규산염 광물로 토라이트(thorite), 우라노토라이트(uranothorite)인 것으로 판단된다. U-Th 함유 규산염 광물은 화강암과 페그마타이트 및 열수작용에 의해 형성된다. 따라서 마그마의 분화에 의해 형성된 KURT 화강암은 후기 열수에 의해 변질 및 교대작용이 수반되었을 것으로 판단된다. U-Th 함유 규산염 광물은 열수에 기인한 온도, 압력, pH 등의 변수들과 지화학적 요인에 의해 재결정 작용을 일으킨 것으로 추정된다. 또한 재결정 과정 동안 반복적인 용해/침전에 의해 우라늄과 토륨의 농집량 변화에 따라 토라이트, 우라노토라이트 광물들이 형성된 것으로 판단된다.

• 화약ㆍ발파
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• 제26권2호
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• pp.11-19
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• 2008

지하구조물의 굴착을 위한 발파 충격과 굴착후 응력의 재분포에 의해 발생하는 암반 손상대(Excavation Damaged Zone, EDZ)의 발생은 구조물의 장기적 안정성 경제성 안전성에 영향을 미친다. 본 연구에서는 조절발파기법으로 굴착된 한국원자력연구원 내 지하처분연구시설에서 굴착 후 발생하는 손상대 규모 및 특성을 측정, 분석하였으며 이를 모델링에 적용하여 손상대가 터널의 역학적, 수리적 거동에 미치는 영향을 평가하고자 하였다. KURT에서의 손상대 현장시험을 통해 1.5m의 손상구간을 확인할 수 있었으며 Goodman jack 시험과 실험실 암석실험을 통해 암반의 물성은 발파전 물성에 비해 대체적으로 50% 정도 변화함을 알 수 있었다. 이러한 암반 손상대 크기와 물성변화를 모델링에 적용하여 수리-역학적 연동해석을 실시하였다. 손상받지 않은 구간에 비해 손상대의 변형계수는 50%감소하며 수리전도도는 1 order증가하는 것으로 가정하였다. 해석 결과 손싱대를 고려하는 경우 변위는 증가하고 응력은 감소하며 지하수 유입량은 약 20% 정도 증가하는 것으로 나타났다.

• 방사성폐기물학회지
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• 제4권4호
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• pp.321-328
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• 2006

한국원자력연구소 내 부지에 건설된 지하처분연구시설(KURT, KAERI Underground Research Tunnel)에 대한 기초적인 광물 풍화 및 지화학적 특성을 살펴보았다. 분석 대상 시료는 건설 과정중에 노출된 암석에 대해서 화학적 풍화에 따른 암석의 미시적인 변화를 현미경 및 화학성분 분석 등을 통해 관찰하였다. 풍화가 진행된 화강암의 경우 암석을 구성하고 있는 광물들 주변에 미세하고 작은 균열들이 발달하였다. 특히, 장석 광물의 풍화가 특징적으로 관찰되었고 광물 용해에 따른 Ca 성분의 선택적 용출 현상이 심하였다. 또한, $Fe^{2+}$를 함유한 흑운모의 용해에 의한 $Fe^{2+}$성분의 용출에 의해 주변 광물의 미세균열에 이차생성물로 철산화물 침전이 두드러졌다. 광물내부로 부터 발생된 미세균열은 풍화가 진행되면서 점차 그 규모가 커지고 grain boundary를 따라 매우 먼 거리까지 확장되는 특성을 보여 주었다. 신선한 암석 이 풍화됨에 따라 암석 내에 존재하거나 용출된 화학 성분들은 이러한 미세 균열들을 통해 새로운 이차광물 생성에 관여하거나 그들과 상호 반응하면서 이동하는 것으로 추정된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제22권4호
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• pp.419-434
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• 2020

본 연구에서는 처분장의 장기 건전성 평가모델을 확보하기 위해 한국원자력연구원 내 지하처분연구시설의 화강암을 대상으로 심층 처분복합환경을 모사한 암석시편의 Mazars 손상모델 상수를 측정하였다. 이를 위하여 실제 처분장 특성을 고려한 3가지 온도(15℃, 45℃, 75℃)와 건조/포화 조건에서 일축압축강도 및 간접인장강도 실험을 수행하였다. 최대유효인장변형률, A_t, B_t, A_c, B_c 등 주요 파라미터들은 콘크리트 대상으로 연구된 참고문헌의 값들과 차이를 보였으며 이는 암석과 콘크리트 시료의 탄성계수 차이 때문으로 판단된다. 시험결과 시료의 포화로 인해 B_t와 B_c의 값은 증가하였다. 또한 온도증가로 인해 최대 유효인장변형률과 B_t는 증가하였고 B_c는 감소하는 것을 확인하였다. 본 연구를 통해 도출된 손상모델은 한국원자력연구원 내에서 현재 개발 중인 Coupled Thermo-Hydro-Mechanical Damage 수치해석의 손상모델로 이용될 계획이다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제53권5호
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• pp.1511-1518
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• 2021

In most countries, the thermal criteria for the engineered barrier system (EBS) is set to below 100 ℃ due to the possible illitization in the buffer, which will likely be detrimental to the performance and safety of the repository. On the other hand, if the thermal criteria for the EBS increases, the disposal density and the cost-effectiveness for the high-level radioactive wastes will dramatically increase. Thus, fundamentals on the thermal behavior of the buffer under the elevated temperatures is of crucial importance. Yet, the behaviors at the elevated temperatures of the bentonite under groundwater-saturated conditions have not been reported to-date. Here, we have developed an in-situ synchrotron-based method for the thermal behavior study of the buffer under the elevated temperatures (25-250 ℃), investigated dspacings of the montmorillonite in the Korean bentonite (i.e., Ca-type) at dry and KURT (KAERI Underground Research Tunnel) groundwater-saturated conditions (KJ-ii-dry and KJ-ii-wet), and compared the behaviors with that of MX-80 (i.e., Na-type, MX-80-wet). The hydration states analyzed show tri-, bi-, and mono-hydrated at 25, 120, and 250 ℃, respectively for KJ-ii-wet, whereas tri-, mono-, and de-hydrated at 25, 150, and 250 ℃, respectively for MX-80-wet. The Korean bentonite starts losing the interlayered water at lower temperatures; however, holds them better at higher temperatures as compared with MX-80.

• 터널과지하공간
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• 제31권3호
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• pp.167-183
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• 2021

고준위방사성폐기물 처분장의 장기 안전성 확보를 위해서는 공학적방벽 및 천연방벽 내에서 발생하는 복잡한 열-수리-역학-화학적(THMC) 복합거동 해석에 대한 이해가 필수적이다. 특히 고준위방사성폐기물에서 발생하는 열로 인해 암반 및 완충재 내의 지하수에서 압력 증가 및 상변화가 발생하게 되며, 지하수의 유입으로 인해 공학적방벽 내 포화도가 변화하게 된다. 또한 포화도의 변화는 완충재 내에서의 열전달 및 다상 유동 특성에 영향을 미치게 된다. 따라서 복합거동 특성의 복잡성으로 인해 수치해석은 처분시스템에서의 THMC 복합거동 평가와 예측 및 안전성 평가에 있어 강점을 지니고 있으며, DECOVALEX 국제공동연구는 THMC 복합거동에 대한 이해도 증진 및 해석기법 검증을 목적으로 1992년부터 시작되었다. 국내에서는 2008년부터 한국원자력연구원이 지속적으로 참여하여 연구를 수행하고 있으며, 본 기술보고에서는 현재 진행 중인 DECOVALEX-2023의 주요 연구내용을 국내 암반 및 지반공학자들에게 소개하였다.

• 터널과지하공간
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• 제23권4호
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• pp.297-307
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• 2013

본 연구에서는 시추공히터시험의 실측 결과를 FEM 해석코드인 ABAQUS ver 6.10을 이용하여 열 해석을 수행하였다. 현장시험 전 암석 코아에 대한 실내 실험을 통해 결정된 열, 역학적 암반물성과 실험구간 내 대기특성을 해석 초기조건으로 입력하였다. 현장시험과 열 해석의 결과를 비교했을 때, 히터로부터 0.9 m 이격된 C3 관측공의 온도는 상당히 유사한 패턴과 수치(약 $1.3^{\circ}C$ 차이)를 보였으나, A와 B 관측공의 현장시험 결과와는 최대 $15^{\circ}C{\sim}20^{\circ}C$가량의 큰 차이를 나타냈다. 이러한 결과의 이유를 찾고자 A1과 B1 관측공을 대상으로 over-coring을 실시하였다. 육안으로 시추된 코어를 확인한 결과, 센서의 위치, 개수는 문제가 없었지만, 관측공내 시멘트의 주입 상태가 불량하였다.