Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.15
no.3
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pp.219-230
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2017
This study was conducted to predict and evaluate the uncertainty of safety after closure of the second phase surface disposal facility of the Gyeongju intermediate and low level repository in Korea. In this study, four scenarios are developed considering both intact and degraded states of multi-layered covers and disposal containers; also, the fluid flow by a rainfall into the disposal facility is simulated. The rainfall conditions are implemented based on the monthly average data of the past 30 years (1985~2014); the simulation period is 300 years, the management period regulated by institutional provisions. As a result of the evaluation of the basic scenario, in which the integrity of both of the containers and the covers is maintained, it was confirmed that penetration of rainfall does not completely saturate the inside of the disposal facility. It is revealed that the multiple cover layers and concrete containers effectively play the role of barrier against the permeation of rainfall.
The simulation of water balance was conducted for suggested four alternative multi-layer cover design of near-surface radioactive waste disposal facility under domestic climate condition. The analysis was also conducted for the most favorable one out of four alternative cover design under conservative scenarios. Until 100 years after closure of disposal vault, the infiltration flux for the most favorable cover design was negligible even under doubling of the ambient precipitation condition. When the degradation of asphalt and geomembrane after 100 years of closure was considered, the infiltration flux significantly increased almost to the design criteria of cover system in I' Aube disposal facility. And it was found that the hydraulic conductivity of bentonite/sand as a bottom barrier should be no greater than 1$\times$10$^{-7}$ cm/sec recommended by U.S. EPA.
Park, J.W.;Kim, C.L.;Lee, E.Y.;Lee, Y.M.;Kang, C.H.;Zhou, W.;Kozak, M.W.
Journal of Radiation Protection and Research
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v.29
no.1
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pp.41-48
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2004
A safety assessment code, called SAGE (Safety Assessment Groundwater Evaluation), has been developed to describe post-closure radionuclide releases and potential radiological doses for low- and intermediate-level radioactive waste (LILW) disposal in an engineered vault facility in Korea. The conceptual model implemented in the code is focused on the release of radionuclide from a gradually degrading engineered barrier system to an underlying unsaturated zone, thence to a saturated groundwater zone. The radionuclide transport equations are solved by spatially discretizing the disposal system into a series of compartments. Mass transfer between compartments is by diffusion/dispersion and advection. In all compartments, radionuclides ate decayed either as a single-member chain or as multi-member chains. The biosphere is represented as a set of steady-state, radionuclide-specific pathway dose conversion factors that are multiplied by the appropriate release rate from the far field for each pathway. The code has the capability to treat input parameters either deterministically or probabilistically. Parameter input is achieved through a user-friendly Graphical User Interface. An application is presented, which is compared against safety assessment results from the other computer codes, to benchmark the reliability of system-level conceptual modeling of the code.
Lee, Jong-Youl;Cho, Dong-Geun;Kook, Dong-Hak;Lee, Min-Soo;Choi, Heui-Joo;Lee, Yang
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.7
no.4
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pp.229-236
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2009
There are two types of spent fuels generated from nuclear power plants, CANDU type and PWR type. PWR spent fuels which include a lot of reusable material can be considered to be recycled. CANDU spent fuels are considered to directly disposed in deep geological formation, since they have little reusable material. In this study, based on the Korean Reference spent fuel disposal System(KRS) which is to dispose both PWR and CANDU spent fuels, the more effective CANDU spent fuel disposal systems have been developed. To do this, the disposal canister has been modified to hold the storage basket which can load 60 spent fuel bundles. From these modified disposal canisters, the disposal systems to meet the thermal requirement for which the temperature of the buffer materials should not be over $100^{\circ}C$ have been proposed. These new disposals have made it possible to introduce the concept of long tenn storage and retrievabililty and that of the two-layered disposal canister emplacement in one disposal hole. These disposal concepts have been compared and analyzed with the KRS CANDU spent fuel disposal system in terms of disposal effectiveness. New CANDU spent fuel disposal concepts obtained in this study seem to improve thermal effectiveness, U-density, disposal area, excavation volume, and closure material volume up to 30 - 40 %.
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.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.9
no.3
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pp.169-179
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2011
There are two types of nuclear reactors in Korea and they are PWR type and CANDU type. The safe management of the spent fuels from these reactors is very important factor to maintain the sustainable energy supply with nuclear power plant. In Korea, a reference disposal system for the spent fuels has been developed through a study on the direct disposal of the PWR and CANDU spent fuel. Recently, the research on the demonstration and the efficiency analyses of the disposal system has been performed to make the disposal system safer and more economic. PWR spent fuels which include a lot of reusable material can be considered being recycled and a study on the disposal of HLW from this recycling process is being performed. CANDU spent fuels are considered being disposed of directly in deep geological formation, since they have little reusable material. In this study, based on the Korean Reference spent fuel disposal System (KRS) which was to dispose of both PWR type and CANDU type, the more effective CANDU spent fuel disposal systems were developed. To do this, the disposal canister for CANDU spent fuels was modified to hold the storage basket for 60 bundles which is used in nuclear power plant. With these modified disposal canister concepts, the disposal concepts to meet the thermal requirement that the temperature of the buffer materials should not be over $100^{\circ}C$ were developed. These disposal concepts were reviewed and analyzed in terms of disposal effective factors which were thermal effectiveness, U-density, disposal area, excavation volume, material volume etc. and the most effective concept was proposed. The results of this study will be used in the development of various wastes disposal system together with the HLW wastes from the PWR spent fuel recycling process.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.10
no.1
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pp.63-75
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2012
This paper gives some basic requirements and preferences of various geological environmental conditions for the final deep geological repository of spent nuclear fuel (SNF). This study also indicates how the requirements and preferences are to be considered prior to the selection of sites for a site investigation as well as the final disposal in Korea. The results of the study are based on the knowledge and experience from the IAEA and NEA/OECD as well as the advanced countries in SNF disposal project. This study discusses and suggests preliminary guideline of the disposal requirements including geological, mechanical, thermal, hydrogeological, chemical and transport properties of host rock with long term geological stabilities which influence the functions of a multi-barrier disposal system. To apply and determine whether requirements and preferences for a given parameter are satisfied at different stages during a site selection and suitability assessment of a final disposal site, the quantitative criteria in each area should be formulated with credibility through relevant research and development efforts for the deep geological environment during the site screening and selection processes as well as specific studies such as productions of safety cases and validation studies using a generic underground research laboratory (URL) in Korea.
The final disposal of spent nuclear fuel(SNF) from nuclear power plants takes place in a deep geological repository. The metal canister encasing the SNF is made of cast iron and copper, and is engineered to effectively isolate radioactive isotopes for a long period of time. The SNF is further shielded by a multi-barrier disposal system comprising both engineering and natural barriers. The deep disposal environment gradually changes to an anaerobic reducing environment. In this environment, sulfide is one of the most probable substances to induce corrosion of copper canister. Stress-corrosion cracking(SCC) triggered by sulfide can carry substantial implications for the integrity of the copper canister, potentially posing a significant threat to the long-term safety of the deep disposal repository. Sulfate can exist in various forms within the deep disposal environment or be introduced from the geosphere. Sulfate has the potential to be transformed into sulfide by sulfate-reducing bacteria(SRB), and this converted sulfide can contribute to the corrosion of the copper canister. Bentonite, which is considered as a potential material for buffering and backfilling, contains oxidized sulfate minerals such as gypsum(CaSO4). If there is sufficient space for microorganisms to thrive in the deep disposal environment and if electron donors such as organic carbon are adequately supplied, sulfate can be converted to sulfide through microbial activity. However, the majority of the sulfides generated in the deep disposal system or introduced from the geosphere will be intercepted by the buffer, with only a small amount reaching the metal canister. Pyrite, one of the potential sulfide minerals present in the deep disposal environment, can generate sulfates during the dissolution process, thereby contributing to the corrosion of the copper canister. However, the quantity of oxidation byproducts from pyrite is anticipated to be minimal due to its extremely low solubility. Moreover, the migration of these oxidized byproducts to the metal canister will be restricted by the low hydraulic conductivity of saturated bentonite. We have comprehensively analyzed and summarized key research cases related to the presence of sulfates, reduction processes, and the formation and behavior characteristics of sulfides and pyrite in the deep disposal environment. Our objective was to gain an understanding of the impact of sulfates and sulfides on the long-term safety of high-level radioactive waste disposal repository.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.24
no.2
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pp.153-170
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2022
Waterjet has been comprehensively used in urban areas owing to a suitable technique for cutting concrete and rock, and low noise and vibration. Recently, the abrasive waterjet technique has been adopted and applied by the Korea Atomic Energy Research Institute to demolish concrete plugging without disturbing and damaging In-situ Demonstration of Engineered Barrier System in the disposal research tunnel. In this study, the use of abrasive waterjet in the tunnel was evaluated for practical applicability and the existing cutting model was compared with the experimental results. As a variable for waterjet cutting, multi-cutting, water flow rate, abrasive flow rate, and standoff distance were selected for the diversity of analysis. As regarding the practical application, the waterjet facilitated path selection for cutting the concrete plugging and prevented additional disturbances in the periphery. The pump's noise at idling was 64.9 dB which is satisfied with the noise regulatory standard, but it exceeded the standard at ejection to air and target concrete because the experiment was performed in the tunnel space. The experimental result showed that the error between the predicted and measured cutting volume was 12~13% for the first cut and 16% for second cut. The standoff distance had a significant influence on the cutting depth and width, and the error tended to decrease with decrement of standoff distance.
Kim, Jin-Seop;Cho, Won-Jin;Park, Seunghun;Kim, Geon-Young;Baik, Min-Hoon
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.21
no.5
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pp.587-609
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2019
Short-and long-term stabilities of bentonite, favored material as buffer in geological repositories for high-level waste were reviewed in this paper in addition to alternative design concepts of buffer to mitigate the thermal load from decay heat of SF (Spent Fuel) and further increase the disposal efficiency. It is generally reported that the irreversible changes in structure, hydraulic behavior, and swelling capacity are produced due to temperature increase and vapor flow between $150{\sim}250^{\circ}C$. Provided that the maximum temperature of bentonite is less than $150^{\circ}C$, however, the effects of temperature on the material, structural, and mineralogical stability seems to be minor. The maximum temperature in disposal system will constrain and determine the amount of waste to be disposed per unit area and be regarded as an important design parameter influencing the availability of disposal site. Thus, it is necessary to identify the effects of high temperature on the performance of buffer and allow for the thermal constraint greater than $100^{\circ}C$. In addition, the development of high-performance EBS (Engineered Barrier System) such as composite bentonite buffer mixed with graphite or silica and multi-layered buffer (i.e., highly thermal-conductive layer or insulating layer) should be taken into account to enhance the disposal efficiency in parallel with the development of multilayer repository. This will contribute to increase of reliability and securing the acceptance of the people with regard to a high-level waste disposal.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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