Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2004.10a
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pp.1013-1016
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2004
High level radioactive wastes, such as spent fuels generated from nuclear power plant, will be disposed in a deep geological repository. To maintain the integrity of the disposal canister and to carry out the process effectively, the emplacement process for the canister system in borehole of disposal tunnel should be well defined. In this study, the concept of the disposal canister emplacement process for deep geological disposal was established. To do this, the spent fuel arisings and disposal rate were reviewed. Also, not only design requirements, such canister and disposal depth but also preliminary repository layout concept were reviewed. Based on the requirements and the other bases, the canister emplacement process in the borehole of the disposal tunnel was established. The established concept of the disposal canister emplacement process will be improved continuously with the future studies. And this concept can be effectively used in implementing the reference repository system of our own case.
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.
Jongyoul Lee;Heuijoo Choi;Changsoo Lee;Jung-Woo Kim;Sunghoon Ji;Dongkeun Cho
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.22
no.3
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pp.347-362
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2024
In Korea, two types of spent nuclear fuels (SNFs) are generated, pressurized light water reactor type (PWR) and pressurized heavy water reactor type (PHWR; CANDU), that differ greatly in size, decay heat, and radioactive characteristics. Technology development for the disposal of SNFs has mainly focused on PWR SNFs that are large in size and have extremely high decay heat and radioactivity. However, CANDU SNFs should be considered differently from PWR SNFs in deep geological disposal systems because their characteristics significantly differ from those of PWR SNFs in terms of their dimensions, number of SNF bundles, and handling systems in nuclear power plant sites. In this paper, after reviewing the status of the CANDU SNF disposal concept by Canada and Korea, concepts related to the direct geological disposal of CANDU SNFs were described, and two concepts were proposed based on the results of the development. The engineered barrier systems developed using these two concepts were comparatively analyzed in terms of disposal safety, disposal efficiency, and technical maturity. Based on the results of the comparative analyses, a vertical-type emplacement disposal concept was determined as a reference concept for the deep geological disposal of CANDU SNFs.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.11
no.2
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pp.157-178
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2013
This study gives a conceptual and basic direction to develop a URL (underground research laboratory) program for establishing the performance and safety of a deep geological disposal system in Korea. The concept of deep geological disposal is one of the preferred methodologies for the final disposal of spent nuclear fuel (SNF). Advanced countries with radioactive waste disposal have developed their own disposal concepts reasonable to their social and environmental conditions and applied to their commercial projects. Deep geological disposal system is a multi-barrier system generally consisting of an engineered barrier and natural barrier. A disposal facility and its host environment can be relied on a necessary containment and isolation over timescales envisaged as several to tens of thousands of years. A disposal system is not allowed in the commercial stage of the disposal program without a validation and demonstration of the performance and safety of the system. All issues confirming performance and safety of a disposal system include investigation, analysis, assessment, design, construction, operation and closure from planning to closure of the deep geological repository. Advanced countries perform RD&D (research, development & demonstration) programs to validate the performance and safety of a disposal system using a URL facility located at the preferred rock area within their own territories. The results and processes from the URL program contribute to construct technical criteria and guidelines for site selection as well as suitability and safety assessment of the final disposal site. Furthermore, the URL program also plays a decisive role in promoting scientific understanding of the deep geological disposal system for stakeholders, such as the public, regulator, and experts.
Taeyoo Na;Byung-Gon Chae;Eui-Seob Park;Min-Jun Kim
The Journal of Engineering Geology
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v.34
no.1
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pp.117-136
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2024
Deep geological disposal of high-level radioactive waste is imperative to national safety and environmental protection and it relies on establishing siting criteria suited to the geological and social conditions of each country. This paper compares the various geological and social criteria applied by different countries in the process of securing sites for the deep geological disposal of high-level radioactive waste. The present comparative analysis considers the siting criteria established by the worlds leading countries in high-level radioactive waste disposal with the aims of establishing detailed criteria appropriate to Korea's conditions and applying the criteria to explore safe and suitable sites for deep geological disposal. The findings of this research are expected to serve as a foundation for establishing criteria for the selection of disposal sites for high-level radioactive waste in Korea and are anticipated to contribute significantly to sustainable national development and environmental protection.
Jongyoul Lee;Kwangil Kim;Inyoung Kim;Heejae Ju;Jongtae Jeong;Changsoo Lee;Jung-Woo Kim;Dongkeun Cho
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.4
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pp.1540-1554
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2023
To use nuclear energy sustainably, spent nuclear fuel, classified as high-level radioactive waste and inevitably discharged after electricity generation by nuclear power plants, must be managed safely and isolated from the human environment. In Korea, the land area is limited and the amount of high-level radioactive waste, including spent nuclear fuels to be disposed, is relatively large. Thus, it is particularly necessary to maximize disposal efficiency. In this study, a high-efficiency deep geological repository concept was developed to enhance disposal efficiency. To this end, design strategies and requirements for a high-efficiency deep geological repository system were established, and engineered barrier modules with a disposal canister for pressurized water reactor (PWR)-type and pressurized heavy water reactor type Canada deuterium uranium (CANDU) plants were developed. Thermal and structural stability assessments were conducted for the repository system; it was confirmed that the system was suitable for the established strategies and requirements. In addition, the results of the nuclear safety assessment showed that the radiological safety of the new system met the Korean safety standards for disposal of high-level radioactive waste in terms of radiological dose. To evaluate disposal efficiency in terms of the disposal area, the layout of the developed disposal areas was assessed in terms of thermal limits. The estimated disposal areas were 2.51 km2 and 1.82 km2 (existing repository system: 4.57 km2) and the excavated host rock volumes were 2.7 Mm3 and 2.0 Mm3 (existing repository system: 4.5 Mm3) for thermal limits of 100 ℃ and 130 ℃, respectively. These results indicated that the area and the excavated volume of the new repository system were reduced by 40-60% compared to the existing repository system. In addition, methods to further improve the efficiency were derived for the disposal area for deep geological disposal of spent nuclear fuel. The results of this study are expected to be useful in establishing a national high-level radioactive waste management policy, and for the design of a commercial deep geological repository system for spent nuclear fuels.
Jin, Kwangmin;Kihm, You Hong;Seo, Dong-Ik;Kim, Young-Seog
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.19
no.4
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pp.533-546
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2021
Large earthquakes with (MW > ~ 6) result in ground shaking, surface ruptures, and permanent deformation with displacement. The earthquakes would damage important facilities and infrastructure such as large industrial establishments, nuclear power plants, and waste disposal sites. In particular, earthquake ruptures associated with large earthquakes can affect geological and engineered barriers such as deep geological repositories that are used for storing hazardous radioactive wastes. Earthquake-driven faults and surface ruptures exhibit various fault zone structural characteristics such as direction of earthquake propagation and rupture and asymmetric displacement patterns. Therefore, estimating the respect distances and hazardous areas has been challenging. We propose that considering multiple parameters, such as fault types, distribution, scale, activity, linkage patterns, damage zones, and respect distances, enable accurate identification of the sites for deep geological repositories and important facilities. This information would enable earthquake hazard assessment and lower earthquake-resulted hazards in potential earthquake-prone areas.
The disposal area of a deep geological repository (DGR) for the disposal of spent nuclear fuels (SNFs) is estimated considering the spacing between deposition holes and between disposal tunnels, as determined by a thermal analysis using the decay heat of a reference SNF. Given the relatively large amount of decay heat of the reference SNF, the disposal area of the DGR is found to be overestimated. Therefore, we develop a computer program using MATLAB, termed ACom (Assembly Combination), to combine SNFs when stored in canisters such that the decay heat per canister is evenly distributed. The stability of ACom was checked and the overall distribution of the decay heat per canister was analyzed. Finally, ACom was applied to disposal scenarios suggested in the conceptual design of a DGR for SNFs, and it was confirmed that the decay heat per canister could be evenly distributed and that the maximum decay heat of the canister could be much lower than that of a canister estimated using a reference SNF. ACom can be used to improve the disposal efficiency by reducing the disposal area of a DGR for SNFs by ensuringg a relatively even distribution of decay heat per canister.
Deep geological disposal using a multibarrier system is a promising solution for treating high-level radioactive (HLRW) waste. The HLRW canister represents the first barrier for the migration of radionuclides into the biosphere, therefore, the corrosion behavior of canister materials is of significance. In this study, the electrochemical behaviors of SS316L, Ti-Gr.2, Alloy 22, and Cu in naturally aerated KAERI underground research tunnel (KURT) groundwater solutions were examined. The corrosion potential, current, and impedance spectra of the test materials were recorded using electrochemical methods. According to polarization and impedance measurements, Cu exhibits relatively higher corrosion rates and a lower corrosion resistance ability than those exhibited by the other materials in the given groundwater condition. In the anodic dissolution tests, SS316L exposed to the groundwater solution exhibited the most uniform corrosion, as indicated by its surface roughness. This phenomenon could be attributed to the extremely low concentration of chloride ions in KURT groundwater.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.18
no.spc
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pp.1-19
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2020
Based on the current high-level radioactive waste management basic plan and the analysis results of spent nuclear fuel characteristics, such as dimensions and decay heat, an improved geological disposal concept for spent nuclear fuel from domestic nuclear power plants was proposed in this study. To this end, disposal container concepts for spent nuclear fuel from two types of reactors, pressurized water reactor (PWR) and Canada deuterium uranium (CANDU), considering the dimensions and interim storage method, were derived. In addition, considering the cooling time of the spent nuclear fuel at the time of disposal, according to the current basic plan-based scenarios, the amount of decay heat capacity for a disposal container was determined. Furthermore, improved disposal concepts for each disposal container were proposed, and analyses were conducted to determine whether the design requirements for the temperature limit were satisfied. Then, the disposal efficiencies of these disposal concepts were compared with those of the existing disposal concepts. The results indicated that the disposal area was reduced by approximately 20%, and the disposal density was increased by more than 20%.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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