• 방사성폐기물학회지
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• 제21권1호
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• pp.23-41
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• 2023

Coupled thermo-hydraulic-mechanical (THM) processes are essential for the long-term performance of deep geological disposal of high-level radioactive waste. In this study, a numerical sensitivity analysis was performed to analyze the effect of rock properties on THM responses after the execution of the heater test at the Kamaishi mine in Japan. The TOUGH-FLAC simulator was applied for the numerical simulation assuming a continuum model for coupled THM analysis. The rock properties included in the sensitivity study were the Young's modulus, permeability, thermal conductivity, and thermal expansion coefficients of crystalline rock, rock salt, and clay. The responses, i.e., temperature, water content, displacement, and stress, were measured at monitoring points in the buffer and near-field rock mass during the simulations. The thermal conductivity had an overarching impact on THM responses. The influence of Young's modulus was evident in the mechanical behavior, whereas that of permeability was noticed through the change in the temperature and water content. The difference in the THM responses of the three rock type models implies the importance of the appropriate characterization of rock mass properties with regard to the performance assessment of the deep geological disposal of high-level radioactive waste.

• 방사성폐기물학회지
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• 제15권4호
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• pp.333-341
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• 2017

원자력 발전 이후에 누적되는 사용후핵연료를 해소하기 위한 다양한 연구가 시도되고 있으며, 특히 건식으로 사용후핵연료를 재활용하는 파이로 공정이 주목되고 있다. 파이로 공정의 공학규모 실증을 위하여 대형 공정셀을 구비한 PRIDE 시설이 구축되었다. 파이로 공정에 사용되는 용융염의 화학반응성을 고려하여, 공정셀 내부는 아르곤 분위기를 유지한다. 결과적으로, 작업자가 공정셀 내부에 진입할 수 없으며, 공정셀 내부에 설치된 모든 공정장치는 원격수단에 의해 공정셀 밖에서 원격조작을 통해 수행한다. 따라서, 공정셀에 설치되는 공정장치는, 설계단계에서 부터 원격작업을 고려하여 설계되어야 하며, 공정셀에 반입하기 전에 원격으로 작동이 가능한지 철저히 검증하여야 한다. 만약, 공정셀에 반입되어 작동하는 단계에서 문제가 발생하는 경우, 장치를 반출하여 수정한 후 재반입하기까지 많은 비용과 시간을 허비하게 된다. 공정장치의 원격성 검증을 위하여, 물리적인 목업을 사용할 뿐 아니라, 설계단계에서 3D 모델을 활용한 가상 검증이 가능하다. 본 연구는, 가상공간에 PRIDE 공정셀을 구성하고, 설계된 공정장치 3D 모델을 입력하여, 원격조작성을 검증하기 위한 PRIDE 3D 시뮬레이터 개발에 관한 것이다. 실제 PRIDE 공정셀의 형상과 공정셀에 설치되는 원격운전 및 유지보수 장치의 움직임을 가상공간에 구현하고, 공정장치의 3D 모델을 실제 설치할 장소에 위치할 수 있도록 하였다. PRIDE 공정셀에 설치될 전해공정장치의 전극교체 작업을 시뮬레이션 시나리오로 설정하여, 개발된 PRIDE 3D 시뮬레이터의 사용성을 검증하고자 하였다. 8단계로 이루어진 원격작업 시나리오를 구성하여, 각 단계의 원격작업을 성공적으로 모사함으로써, PRIDE 공정셀의 원격성 평가를 성공적으로 수행하였다.

• 방사성폐기물학회지
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• 제17권2호
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• pp.183-202
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• 2019

고준위방사성폐기물의 처분터널 및 처분공 간격을 결정하고 처분시스템의 성능을 평가하기 위해서는 열-수리-역학적인 복합 거동 변화에 대한 이해가 반드시 필요하고 이를 반영하여 해석해야만 한다. 하지만 한국형 기준 처분시스템에서의 처분터널 및 처분공 간격을 결정하기 위해 수행된 기존의 연구들은 이러한 복합거동 특성을 반영하지 않고 열 해석 결과만을 근거로 처분시스템을 설계하였다. 따라서 본 연구에서는 열-수리-역학적인 복합거동 특성을 반영하여 한국형 기준 처분시스템의 성능을 TOUGH2-MP/FLAC3D를 이용하여 평가하였다. 고준위방사성폐기물이 처분된 이후 방사성 붕괴열에 의해 처분시스템의 온도는 급격히 증가하다가 붕괴열의 감소로 온도는 서서히 감소하였으며, 해석 기간 1,000년 동안 벤토나이트 완충재의 최고 온도는 설계 기준인 $100^{\circ}C$ 이하로 유지되는 것으로 나타났다. 처분용기와 벤토나이트 완충재의 계면에서의 최고 온도는 약 3.21년이 지난 시점에 용기의 중간 지점에서 약 $96.2^{\circ}C$로 나타났으며, 암반에서의 최고 온도는 폐쇄 후 약 17년이 지난 시점에서 약 $68.2^{\circ}C$로 계산되었다. 처분용기 부근 벤토나이트 완충재는 처분 초기에 온도 변화에 따른 건조현상이 발생하여 포화도가 감소하지만, 시간이 지남에 따라 주변 암반으로부터의 지하수 유입에 의해 포화도가 증가하는 것으로 계산되었다. 이후, 벤토나이트 완충재 및 뒷채움재 모두 약 266년 이후 완전히 포화되는 것으로 계산되었다. 처분시스템에서의 온도 변화에 따른 열응력 그리고 벤토나이트 완충재 및 뒷채움재의 팽윤압으로 인한 응력 변화가 처분장 주변 암반에 미치는 영향을 평가하고자 수치해석에서 계산된 응력을 스폴링 강도(spalling strength)와 Mohr-coulomb 파괴 기준식과 비교하였다. 계산 결과 일축압축강도와 스폴링 강도에 도달하지 않는 것으로 나타나 처분시스템이 스폴링에 의한 파괴는 나타나지 않을 것으로 판단되며, Mohr-coulomb 파괴 기준 역시 충족하는 것으로 나타났다. 본 연구에서 사용된 수치해석 코드와 방법론은 다양한 조건에서의 한국형 기준 처분시스템에 대한 성능평가뿐만 아니라, 복층 처분시스템에 대한 설계와 성능평가에 활용될 수 있을 것으로 판단된다.