Reference concepts for the disposal of spent nuclear fuel and the current status of underground rock laboratory were studied. An analysis to simulate the deep disposal of spent nuclear fuel in saturated rock mass was conducted. Main input parameters for numerical study were determined based on the KBS-3 concept. A series of results showed that the temperature distribution around a cavern reached the maximum value at about 10 years after the emplacement of spent fuel. The maximum temperature at the surface of canister was more than about 12$0^{\circ}C$ at about 4 years. This temperature was not much higher than the temperature criteria to meet the performance criteria of an artificial barrier in the KBS-3 concept. The maximum upward displacement due to the heat generation of spent fuel was about 0.9cm at about 10 years after the emplacement of spent fuel. It turned out that the vertical displacement became smaller with the decrease in heat generation of a canister. The quantity of groundwater inflow into a disposal tunnel increased by about 1.6 times at 20 years after the emplacement of spent fuel with the increase of pore pressure around a cavern.
Since plutonium accounts for 40-50% of the power produced by uranium fuels, spent fuel contains only residual plutonium. Management of this plutonium is one of the aspects influencing the choice of a fuel cycle back-end option: reprocessing, direct disposal or wait-and-see. Different grades and qualities of plutonium exist depending from their specific generation conditions; all are valuable fissile material. Safeguard authorities watch the inventories of civil plutonium, but access to those data is restricted. Independent evaluations have led to an estimated current inventory of 220t plutonium in total (spent fuel, separated civil plutonium and military plutonium). If used as MOX fuel, it would be sufficient to feed all the PWRs and BWRs worldwide during 7 years or to deploy a FBR park corresponding to 150% of today' s installed nuclear capacity worldwide, which could then be exploited for centuries with the current stockpile of depleted and spent uranium. The energy potential of plutonium deteriorates with storage time of spent fuel and of separated plutonium, due to the decay of $^{241}Pu$, the best fissile isotope, into americium, a neutron absorber. The loss of fissile value of plutonium is more pronounced for usage in LWRs than in FBR. However, keeping the current plutonium inventory for an expected future deployment of FBRs is counterproductive. Recycling plutonium reduce the required volume for final disposal in an underground repository and the cost of final disposal. However, the benefits of utilizing an energy resource and of reducing final disposal liabilities are not the only aspects that determine the choice of a back-end policy.
Nuclear energy sources are indispensable in cost effectively achieving carbon neutral economy, where public opinion is critical to adoption as the consequences of nuclear accident can be catastrophic. In this context, discussion on spent nuclear fuel is a prerequisite to expanding nuclear energy, as it leads to the issue of radioactive waste disposal. Given the dearth of study on spent nuclear fuel public acceptance, we use text mining and big data analysis on the news article and public comments data on Naver news portal to identify the Korean public opinion on spent nuclear fuel. We identify that the Korean public is more interested in the nuclear energy policy than spent nuclear fuel itself and that the alternative energy sources affect the position towards spent nuclear fuel. We recommend relating spent nuclear fuel issue with nuclear energy policy and environmental issues of alternative energy sources to further promote spent nuclear fuel.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.18
no.spc
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pp.21-36
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2020
With respect to spent nuclear fuels, disposal containers and bentonite buffer blocks in deep geological disposal systems are the primary engineered barrier elements that are required to isolate radioactive toxicity for a long period of time and delay the leakage of radio nuclides such that they do not affect human and natural environments. Therefore, the thermal stability of the bentonite buffer and structural integrity of the disposal container are essential factors for maintaining the safety of a deep geological disposal system. The most important requirement in the design of such a system involves ensuring that the temperature of the buffer does not exceed 100℃ because of the decay heat emitted from high-level wastes loaded in the disposal container. In addition, the disposal containers should maintain structural integrity under loads, such as hydraulic pressure, at an underground depth of 500 m and swelling pressure of the bentonite buffer. In this study, we analyzed the thermal stability and structural integrity in a deep geological disposal environment of the improved deep geological disposal systems for domestic light-water and heavy-water reactor types of spent nuclear fuels, which were considered to be subject to direct disposal. The results of the thermal stability and structural integrity assessments indicated that the improved disposal systems for each type of spent nuclear fuel satisfied the temperature limit requirement (< 100℃) of the disposal system, and the disposal containers were observed to maintain their integrity with a safety ratio of 2.0 or higher in the environment of deep disposal.
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.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.20
no.3
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pp.365-369
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2022
Operating and decommissioning nuclear power plants generates radioactive waste. This radioactive waste can be categorized into several different levels, for example, low, intermediate, and high, according to the regulations. Currently, low and intermediate-level waste are stored in conventional 200-liter drums to be disposed. However, in Korea, the disposal of intermediate-level radioactive waste is virtually impossible as there are no available facilities. Furthermore, large-sized intermediate-level radioactive waste, such as reactor internals from decommissioning, need to be segmented into smaller sizes so they can be adequately stored in the conventional drums. This segmentation process requires additional costs and also produces secondary waste. Therefore, this paper suggests repurposing the no-longer-used spent nuclear fuel casks. The casks are larger in size than the conventional drums, thus requiring less segmentation of waste. Furthermore, the safety requirements of the spent nuclear fuel casks are severer than those of the drums. Hence, repurposed spent nuclear fuel casks could better address potential risks such as dropping, submerging, or a fire. In addition, the spent nuclear fuel casks need to be disposed in compliance with the regulations for low level radioactive waste. This cost may be avoided by repurposing the casks.
Youngjoo Kwon;Shinuk Kang;Park, Jongwon;Chulhyung Kang
Journal of Mechanical Science and Technology
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v.15
no.3
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pp.327-338
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2001
This paper presents the results of a structural analysis to determine design variables such as the inner basket array type, and thicknesses of the outer shell, and lid and bottom of a spent nuclear fuel disposal canister. The canister construction type introduced here is a solid structure with a cast iron insert and a corrosion resistant overpack, which is designed for the spent nuclear fuel disposal in a deep repository in the crystalline bedrock, entailing an evenly distributed load of hydrostatic pressure from the groundwater and high swelling pressure from the bentonite buffer. Hence, the canister must be designed to withstand these high pressure loads. Many design variables may affect the structural strength of the canister. In this study, among those variables, the array type of inner baskets and thicknesses of outer shell and lid and bottom are attempted to be determined through a linear structural analysis. Canister types studied hear are one for the pressurized water reactor (PWR) fuel and another for the Canadian deuterium and uranium reactor (CANDU) fuel.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.20
no.2
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pp.231-241
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2022
Several countries, including Korea, are considering the direct disposal of spent nuclear fuels. The radiological safety assessment results published after a geological repository closure indicate that the instant release is the main radiation source rather than the congruent release. Three Safety Case reports recently published were reviewed and the IRF values of seven long-lived radionuclides, including relevant experimental results, were compared. According to the literature review, the IRF values of both the CANDU and low burnup PWR spent fuel have been experimentally measured and used reasonably. In particular, the IRF values of volatile long-lived nuclides, such as 129I and 135Cs, were estimated from the FGR value. Because experimental leaching data regarding high burnup spent nuclear fuels are extremely scarce, a mathematical modelling approach proposed by Johnson and McGinnes was successfully applied to the domestic high burnup PWR spent nuclear fuel to derive the IRF values of iodine and cesium. The best estimate of the IRF was 5.5% at a discharge burnup of 55 GWd tHM-1.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.20
no.4
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pp.469-488
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2022
Technology for high-level-waste disposal employing a multibarrier concept using engineered and natural barrier in stable bedrock at 300-1,000 m depth is being commercialized as a safe, long-term isolation method for high-level waste, including spent nuclear fuel. Managing heat generated from waste is important for improving disposal efficiency; thus, research on efficient heat management is required. In this study, thermal management methods to maximize disposal efficiency in terms of the disposal area required were developed. They efficiently use the land in an environment, such as Korea, where the land area is small and the amount of waste is large. The thermal effects of engineered barriers and natural barriers in a high-level waste disposal repository were analyzed. The research status of thermal management for the main bedrocks of the repository, such as crystalline, clay, salt, and other rocks, were reviewed. Based on a characteristics analysis of various heat management approaches, the spent nuclear fuel cooling time, buffer bentonite thermal conductivity, and disposal container size were chosen as efficient heat management methods applicable in Korea. For each method, thermal analyses of the disposal repository were performed. Based on the results, the disposal efficiency was evaluated preliminarily. Necessary future research is suggested.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.21
no.4
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pp.517-529
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2023
The objectives of this paper are: (1) to conduct the thermal analyses of the disposal cell using COMSOL Multiphysics; (2) to determine whether the design of the disposal cell satisfies the thermal design requirement; and (3) to evaluate the effect of design modifications on the temperature of the disposal cell. Specifically, the analysis incorporated a heterogeneous model of 236 fuel rod heat sources of spent nuclear fuel (SNF) to improve the reality of the modeling. In the reference case, the design, featuring 8 m between deposition holes and 30 m between deposition tunnels for 40 years of the SNF cooling time, did not meet the design requirement. For the first modified case, the designs with 9 m and 10 m between the deposition holes for the cooling time of 40 years and five spacings for 50 and 60 years were found to meet the requirement. For the second modified case, the designs with 35 m and 40 m between the deposition tunnels for 40 years, 25 m to 40 m for 50 years and five spacings for 60 years also met the requirement. This study contributes to the advancement of the thermal analysis technique of a disposal cell.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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