Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.16
no.4
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pp.479-490
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2018
The granite melting concept, which was suggested by Gibb's group for the closing of a deep borehole, was experimentally checked for KURT granite. The granite melting experiments were performed in two pressure conditions of atmospheric melting with certain inorganic additives and high pressure melting formed by water vaporization. The results of atmospheric tests showed that KURT granite started to melt at a lower temperature of $1,000^{\circ}C$ with NaOH addition and that needle shaped crystals were formed around partially melted crystals. In high pressure tests, vapor pressure was increased by adding water with maximum pressure of about 400 bars. KURT granite was partially melted at $1,000^{\circ}C$ when vapor pressure was low. However, it was not melted at vapor pressures higher than 200 bars. Therefore, it was determined that high pressure with a small amount of water vapor more effectively decreased the melting point of granite. Meanwhile, high temperature and high pressure vapor caused severe corrosion of the reactor wall.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.20
no.3
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pp.279-296
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2022
The fundamental characteristics of groundwater colloids, such as composition, concentration, size, and stability, were analyzed using granitic groundwater samples taken from the KAERI Underground Research Tunnel (KURT) site by such analytical methods as inductively coupled plasma-mass spectrometry, field emission-transmission electron microscopy, a liquid chromatography-organic carbon detector, and dynamic light scattering technique. The results show that the KURT groundwater colloids are mainly composed of clay minerals, calcite, metal (Fe) oxide, and organic matter. The size and concentration of the groundwater colloids were 10-250 nm and 33-64 ㎍·L-1, respectively. These values are similar to those from other studies performed in granitic groundwater. The groundwater colloids were found to be moderately stable under the groundwater conditions of the KURT site. Consequently, the groundwater colloids in the fractured granite system of the KURT site can form stable radiocolloids and increase the mobility of radionuclides if they associate with radionuclides released from a radioactive waste repository. The results provide basic data for evaluating the effects of groundwater colloids on radionuclide migration in fractured granite rock, which is necessary for the safety assessment of a high-level radioactive waste repository.
Occurrence characteristics and existing forms of U-Th containing minerals in KURT (KAERI Underground Research Tunnel) granite are investigated to understand long-term behavior of radionuclides in granite considered as a candidate rock for the geological disposal of high-level radioactive waste. KURT granite primarily consists of quartz, feldspar and mica. zircon, REE(Rare Earth Element)-containing monazite and bastnaesite are also identified. Besides, secondary minerals such as sericite, microcline and chlorite including quartz vein and calcite vein are observed. These minerals are presumed to be accompanied by a post-hydrothermal process. U-Th containing minerals are mainly observed at the boundaries of quartz, feldspar and mica, mostly less than $30{\mu}m$ in size. Quantitative analysis results using EPMA (Electron Probe Micro-Analyzer) show that 74.2 ~ 96.5% of the U-Th containing minerals consist of $UO_2$ (3.39 ~ 33.19 wt.%), $ThO_2$ (41.61 ~ 50.24 wt.%) and $SiO_2$ (15.43 ~ 18.60 wt.%). Chemical structure of the minerals calculated using EPMA quantitative analysis shows that the U-Th minerals are silicate minerals determined as thorite and uranothorite. The U-Th containing silicate minerals are formed by a magmatic and hydrothermal process. Therefore, KURT granite formed by a magmatic differentiation is accompanied by an alteration and replacement owing to a hydrothermal process. U-Th containing silicate minerals in KURT granite are estimated to be recrystallized by geochemical factors and parameters such as temperature, pressure and pH owing to the hydrothermal process. By repeated dissolution/precipitation during the recrystallization process, U-Th containing silicate minerals such as thorite and uranothorite are formed according to the variation in the concentrated amount of U and Th.
In deep geological disposal of high-level radioactive waste, the surrounding rock at the immediate vicinity of the deposition hole may experience localized changes in permeability due to in-situ stress at depth, swelling pressure from resaturated bentonite buffer, and the heat generated from the decay of radioactive isotopes. In this study, experimental data on changes in permeability of granite, a promising candidate rock type in South Korea, were obtained by applying various confining pressures and temperature conditions expected in the actual disposal environment. By conducting the permeability test on KURT granite specimens under three or more hydrostatic pressure conditions, the relation in which the permeability decreases exponentially as the confining pressure increases was derived. The temperature-induced changes in permeability were found to be negligible at temperatures below the expected maximum of 90℃. In addition, by establishing a relation in which the initial permeability is proportional to the power of the initial porosity, it was possible to estimate permeability value for granite with a specific porosity under a certain confining pressure.
Park, Seunghun;Kim, Jin-Seop;Kim, Geon Young;Kwon, Sangki
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.21
no.4
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pp.501-518
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2019
The rock properties measured under in-situ geological condition can be used to increase the reliability in numerical simulations with regard to the long-term performance of a high-level waste repository. In this study, the change in mechanical properties of KURT (Korea atomic energy research institute Underground Research Tunnel) granite was evaluated under the simulated THM (Thermo-Hydro-Mechanical) coupled condition due to a deep geological formation in the disposal repository. The rock properties such as uniaxial compression strength, indirect tensile strength, elastic modulus and Poisson's ratio were measured under the coupled test conditions (M, HM, TM, THM). It was found that the mechanical properties of KURT granite is more susceptible to the change in saturation rather than temperature within the test condition of this study. The changes in uniaxial compression strength and indirect tensile strength from the rock samples of dried or saturated conditions showed the maximum relative error of about 20% and 13% respectively under the constant temperature condition. Therefore, it is necessary to use the material properties of rock measured under the coupled THM condition as input parameters for the numerical simulation of long-term performance assessment of a disposal repository
The objective of this study is to evaluate the stress thresholds in crack development and the corrected fracture toughness of KURT granite under dry and saturated conditions. The stress thresholds were identified by calculation of inelastic volumetric strain from an uniaxial compression test. The corrected fracture toughness was estimated by using the Level II method (Chevron Bend specimen), suggested by ISRM (1988), in which non-linear behaviors of rock was taken into account. Average crack initiation stress(σci) and crack damage stress(σcd) under a dry condition were 91.1 MPa and 128.7 MPa. While, average crack initiation stress(σci) and crack damage stress(σcd) under a saturated condition were 58.2 MPa and 68.2 MPa. The crack initiation stress and crack damage stress of saturated ones decreased 36% and 47% respectively compared to those of dry specimens. A decrease in crack damage stress is relatively larger than that of crack initiation stress under a saturated condition. This indicates that the unstable crack growth can be more easily generated because of the saturation effect of water compared to the dry condition. The average corrected fracture toughness of KURT granite was 0.811 MPa·m0.5. While, the fracture toughness of saturated KURT granite(KCB) was 0.620 MPa·m0.5. The corrected fracture toughness of rock in saturated condition decreases by 23.5% compared to that in dry condition. It is found that the resistance to crack propagation decreases under the saturated geological condition.
The first step in improving our understanding of uncertainties suclt as rock mass strength parameters and deformation modulus in rock masses around high-level radioactive waste disposal repositories, for improved safety, is to study the process of crack development in intact rock. Therefore, in this study, the fracture process and crack development were examined in samples of KURT granite taken from the KAERI Underground Research Tunnel (KURT), based on acoustic emission (AE) and moment tensor analysis. The results show that crack initiation, coalescence, and unstable crack occurred at rock uniaxial compressive strengths of 0.45, 0.73, and 0.84, respectively. In addition, moment tensor analysis indicated that during the early stage of loading, tensile cracks were predominant. With increasing applied stress, the number of shear cracks gradually increased. When the applied stress exceeded the stress level required for crack damage, unstable shear cracks which directly result in failure of the rock were generated along the failure plane.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.4
no.4
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pp.321-328
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2006
A basic research was conducted on the mineral weathering and geochemical characteristics in the KURT (KAERI Underground Research Tunnel), which was recently constructed at a site in KAERI. Some rock samples exposed during the KURT construction were examined using a microscope and chemical analysis for some micro-changes of the rocks caused by the chemical weathering. The weathered granite has some small and fine cracks around the rock-forming minerals. In particular, there are a characteristic weathering of feldspar mineral and a preferential leaching of Ca component from the mineral dissolution. In addition, by the dissolution of biotite containing $Fe^{2+}$ component there were iron-oxides precipitates as secondary products into the microcracks of around minerals. The results also show that the micro-cracks initiated from the mineral interior are extended and connected into the larger cracks along the grain boundary with the progress of the weathering. Thus, it is considered that some chemicals dissolved from the fresh rock would be involved in the formation of secondary minerals and migrate interacting with them.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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