Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.21
no.1
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pp.43-53
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2023
Sulfide concentrations critically affect worker safety and the integrities of underground facilities, such as deep geological repositories for spent nuclear fuel. Sulfide is highly sensitive to oxygen, which can oxidize sulfide to sulfate. This can hinder precise measurement of the sulfide concentration. Hence, a literature review was conducted, which revealed that two methods are commonly used: the methylene blue and sulfide ion-selective electrode (ISE) methods. Inductively coupled plasma optical emission spectroscopy (ICP-OES) was used for comparison with the two methods. The sulfide ISE method was found to be superior as it yielded results with a higher degree of accuracy and involved fewer procedures for quantification of the sulfide concentration in solution. ICP-OES results can be distorted significantly when sulfide is present in solution owing to the formation of H2S gas in the ICP-OES nebulizer. Therefore, the ICP-OES must be used with caution when quantifying underground water to prevent any distortion in the measured results. The results also suggest important measures to avoid problems when using ICP-OES for site selection. Furthermore, the sulfide ISE method is useful in determining sulfide concentrations in the field to predict the lifetime of disposal canisters of spent nuclear fuel in deep geological repositories and other industries.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.5
no.3
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pp.229-238
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2007
In this paper, structural design requirements and safety evaluation criteria of the spent nuclear fuel disposal canister are studied for deep geological deposition. Since the spent nuclear fuel disposal canister emits high temperature heats and much radiation, its careful treatment is required. For that, a long term(usually 10,000 years) safe repository for the spent nuclear fuel disposal canister should be secured. Usually this repository is expected to locate at a depth of 500m underground. The canister which is designed for the spent nuclear fuel disposal in a deep repository in the crystalline bedrock is a solid structure with cast iron insert, corrosion resistant overpack and lid and bottom, and entails an evenly distributed load of hydrostatic pressure from underground water and high pressure from swelling of bentonite buffer. Hence, the canister must be designed to withstand these high pressure loads. If the canister is not designed for all possible external loads combinations, structural defects such as plastic deformations, cracks, and buckling etc. may occur in the canister during depositing it in the deep repository. Therefore, various structural analyses must be performed to predict these structural problems like plastic deformations, cracks, and buckling. Structural safety evaluation criteria of the canister are studied and defined for the validity of the canister design prior to the structural analysis of the canister. And structural design requirements(variables) which affect the structural safety evaluation criteria should be discussed and defined clearly. Hence this paper presents the structural design requirements(variables) and safety evaluation criteria of the spent nuclear fuel disposal canister.
Kim, Taehyun;Lee, Changsoo;Kim, Jung-Woo;Kang, Sinhang;Kwon, Saeha;Kim, Kwang-Il;Park, Jung-Wook;Park, Chan-Hee;Kim, Jin-Seop
Tunnel and Underground Space
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v.31
no.3
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pp.167-183
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2021
It is essential to understand the complex thermo-hydro-mechanical-chemical (THMC) coupled behavior in the engineered barrier system and natural barrier system to secure the high-level radioactive waste repository's long-term safety. The heat from the high-level radioactive waste induces thermal pressurization and vaporization of groundwater in the repository system. Groundwater inflow affects the saturation variation in the engineered barrier system, and the saturation change influences the heat transfer and multi-phase flow characteristics in the buffer. Due to the complexity of the coupled behavior, a numerical simulation is a valuable tool to predict and evaluate the THMC interaction effect on the disposal system and safety assessment. To enhance the knowledge of THMC coupled interaction and validate modeling techniques in geological systems. DECOVALEX, an international cooperation project, was initiated in 1992, and KAERI has participated in the projects since 2008 in Korea. In this study, we introduced the main contents of all tasks in the DECOVALEX-2023, the current DECOVALEX phase, to the rock mechanics and geotechnical researchers in Korea.
Bentonite is widely recognized and utilized as a buffer material in high-level radioactive waste repositories, mainly due to its favorable characteristics such as swelling capability and low permeability. Bentonite buffers play an important role in ensuring the safe disposal of radioactive waste by providing a low permeability barrier and effectively preventing the migration of radionuclides into the surrounding rock. However, the long-term performance of bentonite buffers still remains a subject of ongoing research, and one of the main concerns is the erosion of the buffer induced by swelling and groundwater flow. The erosion of the bentonite buffer can significantly impact repository safety by compromising the integrity of buffer and leading to the formation of colloids that may facilitate the transport of radionuclides through groundwater, consequently elevating the risk of radionuclide migration. Therefore, it is very important to numerically quantify the erosion of bentonite buffer to evaluate the long-term performance of bentonite buffer, which is crucial for the safety assessment of high-level radioactive waste disposal. In this technical note, Two-region model is introduced, a proposed model to simulate the erosion behavior of bentonite based on a dynamic bentonite diffusion model, and quantitative evaluation is conducted for the bentonite buffer erosion with this model.
Choi, Seungbeom;Kihm, You Hong;Kim, Eungyeong;Cheon, Dae-Sung
Tunnel and Underground Space
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v.30
no.2
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pp.136-148
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2020
Nuclear power plants have been operated in Korea since 1978, thus the high-level radioactive waste (HLW) produced from the plants has been accumulated accordingly. Hence, it is urgent to secure a final repository for HLW disposal, however, siting process should be preceded, which usually takes long time, as it requires broad and precise investigation. The investigation is generally carried out in stages, which consists of multidisciplinary approaches. In this study, the case studies mainly pertaining to rock mechanics were conducted. Rock mechanical aspects required in each stage and their applications were investigated and corresponding R&D researches were presented as well. At the same time, current research status in Korea was presented, followed by a brief future research plan with regard to the site investigation. The future research aims to produce fundamental information for siting process, and the compiled cases in this study will be utilized as references in the research.
Kim, Kyung-Su;Park, Kyung-Woo;Kim, Geon-Young;Choi, Heui-Joo
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.10
no.3
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pp.151-159
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2012
The potential repository domains for A-KRS (Advanced Korean Reference Disposal System for High Level Wastes) in geological characteristics of KURT (KAERI Underground Research Tunnel) facility site were proposed to develop a repository system design and to perform the safety assessment. The host rock of KURT facility site is one of major Mesozoic plutonic rocks in Korean peninsula, two-mica granite, which was influenced by hydrothermal alteration. The topographical features control the flow lines of surface and groundwater toward south-easterly and all waters discharge to Geum River. Fracture zones distributed in study site are classified into order 2 magnitude and their dominant orientations are N-S and E-W strike. From the geological features and fracture zones, the potential repository domains for A-KRS were determined spatially based on the following conditions: (1) fracture zone must not cross the repository; and (2) the repository must stay away from the fracture zones greater than 50 m. The western region of the fracture zones in the N-S direction with a depth below 200 m from the surface was sufficient for A-KRS repository. Because most of the fracture zones in N-S direction were inclined toward the east, we expected to find a homogeneous rock mass in the western region rather than in the eastern region. The lower left domain of potential domains has more suitable geological and hydrogeological conditions for A-KRS repository.
Juhyi Yim;Saeha Kwon;Seungbeom Choi;Taehyun Kim;Ki-Bok Min
Tunnel and Underground Space
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v.33
no.1
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pp.10-28
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2023
Long-term shear behavior of the rock discontinuities should be analyzed and its stability should be evaluated to ensure the long-term stability of a high-level radioactive waste disposal repository. The long-term shear behavior of the discontinuities can be modeled with creep and RSF models. The shear creep test, velocity step test, and slide-hold-slide test can be performed to determine their model parameters or analyze the shear behavior by experiments under various conditions. Testing apparatuses for direct shear, triaxial compression, and biaxial shear were mainly used and improved to reproduce the thermo-hydro-mechanical conditions of local bedrock, and it was confirmed that the shear behavior could vary. In order to design a high-level radioactive waste disposal site in Korea, the long-term behavior of rock discontinuities should be investigated in consideration of rock types, thermo-hydro-mechanical conditions, metamorphism, and restoration of shear resistance.
Park, Kyung-Woo;Ji, Sung-Hoon;Kim, Chun-Soo;Kim, Kyung-Su;Kim, Ji-Yeon
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.6
no.4
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pp.265-282
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2008
Based on the site characterization works in a low and intermediate level waste(LILW) repository site, the numerical simulations for groundwater flow were carried out in order to understand the groundwater flow system of repository site. To accomplish the groundwater flow modeling in the repository site, the discrete fracture network(DFN) model was constructed using the characteristics of fracture zones and background fractures. At result, the total 10 different hydraulic conductivity(K) fields were obtained from DFN model stochastically and K distributions of constructed mesh were inputted into the 10 cases of groundwater flow simulations in FEFLOW. From the total 10 numerical simulation results, the simulated groundwater levels were strongly governed by topography and the groundwater fluxes were governed by locally existed high permeable fracture zones in repository depth. Especially, the groundwater table was predicted to have several tens meters below the groundwater table compared with the undisturbed condition around disposal silo after construction of underground facilities. After closure of disposal facilities, the groundwater level would be almost recovered within 1 year and have a tendency to keep a steady state of groundwater level in 2 year.
In radioactive waste repositories constructed in underground, concrete member could be in contact with groundwater for a long time. However, this pure water creates concentration gradients which lead to the diffusion of Ca ions from the pore water and the degradation of underground concrete. Therefore, this study is aimed at investigating the alteration of pore structure and loss of compressive strength associated with dissolution. The results showed that as the leaching period became longer, the pore volume within 50 nm to 500 nm in diameter is greatly increased. Also, the volume of pores larger than 200 nm rapidly increased during initial leaching time and those below 200 nm gradually increased. Furthermore, the compressive strength gradually decreased with increase of degraded thickness. The residual strength of the degraded concrete with OPC was in the range of 33% to 58%.
The evaluation of Thermo-Hydro-Mechanical (THM) coupling behavior is important for the development of underground space for various purposes. For a high-level radioactive waste repository excavated in a deep underground rock mass, the accurate prediction of the complex THM behavior is essential for the long-term safety and stability assessment. In order to develop reliable THM analysis techniques effectively, an international cooperation project, Development of Coupled models and their Validation against Experiments (DECOVALEX), was carried out. In DECOVALEX-2015 Task B2, the in situ THM experiment that was conducted at Horonobe Underground Research Laboratory(URL) by Japan Atomic Energy Agency (JAEA), was modeled by the research teams from the participating countries. In this study, a THM coupling technique that combined TOUGH2 and FLAC3D was developed and applied to the THM analysis for the in situ experiment, in which rock, buffer, backfill, sand, and heater were installed. With the assistance of an artificial neural network, the boundary conditions for the experiment could be adequately implemented in the modeling. The thermal, hydraulic, and mechanical results from the modeling were compared with the measurements from the in situ THM experiment. The predicted buffer temperature from the THM modelling was about $10^{\circ}C$ higher than measurement near by the overpack. At the other locations far from the overpack, modelling predicted slightly lower temperature than measurement. Even though the magnitude of pressure from the modeling was different from the measurements, the general trends of the variation with time were found to be similar.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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