The buffer is one of the major components of an engineered barrier system (EBS) for the disposal of high-level radioactive waste (HLW). As the buffer is located between a disposal canister and host rock, it is indispensable to assure the disposal safety of high-level radioactive waste. It can restrain the release of radionuclide and protect the canister from the inflow of groundwater. Since high quantity of heat from a disposal canister is released to the surrounding buffer, thermal properties of the buffer are very important parameters for the analysis of the entire disposal safety. Especially, temperature criteria of the compacted bentonite buffer can affect the design of HLW repository facility. Therefore, this paper investigated thermal properties for the Kyungju compacted bentonite buffer which is the only bentonite produced in South Korea. Hot wire method and dual probe method were used to measure thermal conductivity and specific heat capacity of the compacted bentonite buffer according to the temperature variation. Thermal conductivity and specific heat capacity were decreased dramatically when temperature variation was between $22^{\circ}C{\sim}110^{\circ}C$ as degree of saturation decreased according to the temperature variation. However, there was little variation under the high temperature condition at $110^{\circ}C{\sim}150^{\circ}C$.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.17
no.2
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pp.227-234
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2019
A user-friendly modeling interface is developed for a process-based total system performance assessment framework (APro) specialized for a generic geological disposal system for high-level radioactive waste. The APro modeling interface is constructed using MATLAB, and the operator splitting scheme is used to combine COMSOL for simulation of multiphysics and PHREEQC for the calculation of geochemical reactions. As APro limits the modeling domain to the generic disposal system, the degree of freedom of the model is low. In contrast, the user-friendliness of the model is improved. Thermal, hydraulic, mechanical and chemical processes considered in the disposal system are modularized, and users can select one of multiple modules: "Default process" and multi "Alternative process". APro mainly consists of an input data part and calculation execution part. The input data are prepared in a single EXCEL file with a given format, and the calculation part is coded using MATLAB. The final results of the calculation are created as an independent COMSOL file for further analysis.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.16
no.4
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pp.491-505
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2018
As an alternative to deep geological disposal technology, which is considered as a reference concept, the domestic applicability of deep borehole disposal technology for high level radioactive waste, including spent fuel, has been preliminarily evaluated. Usually, the environment of deep borehole disposal, at a depth of 3 to 5 km, has more stable geological and geo-hydrological conditions. For this purpose, the characteristics of rock distribution in the domestic area were analyzed and drilling and investigation technologies for deep boreholes with large diameter were evaluated. Based on the results of these analyses, design criteria and requirements for the deep borehole disposal system were reviewed, and preliminary reference concept for a deep borehole disposal system, including disposal container and sealing system meeting the criteria and requirements, was developed. Subsequently, various performance assessments, including thermal stability analysis of the system and simulation of the disposal process, were performed in a 3D graphic disposal environment. With these analysis results, the preliminary evaluation of the domestic applicability of the deep borehole disposal system was performed from various points of view. In summary, due to disposal depth and simplicity, the deep borehole disposal system should bring many safety and economic benefits. However, to reduce uncertainty and to obtain the assent of the regulatory authority, an in-situ demonstration of this technology should be carried out. The current results can be used as input to establish a national high-level radioactive waste management policy. In addition, they may be provided as basic information necessary for stakeholders interested in deep borehole disposal technology.
In the underground 500 m depth, the high level radioactive waste disposal system is made by boring the tunnel in the base rock and putting the high level waste disposal canister that is the surrounding form with the buffer material. According to the many statistics, it is the tendency that the earthquake increases in the Korean peninsula every year. In case that the earthquake is generated, the disposal canister in the rock mass can be broken due to the shearing force in the underground. Furthermore, a major environmental problems can be caused by the radioactive harmful substances. In this study, the earthquake-proof type buffer material was developed with the protection method safely on the earthquake. The main parameter having an effect on the earthquake-resistant performance was analyzed and the earthquake-proof type buffer material was designed. The shear analysis model was developed and the performance of the earthquake-proof type buffer material was evaluated by using ABAQUS.
The compliance of deep geological disposal facilities for high-level radioactive waste with safety objectives requires consideration of uncertainties owing to temporal changes in the disposal system. A comprehensive review and analysis of the characteristics of this evolution should be undertaken to identify the effects on multiple barriers and the biosphere. We analyzed the evolution of the buffer, backfill, plug, and closure regions during the early phase of the post-closure period as part of a long-term performance assessment for an operating license application for a deep geological repository in Finland. Degradation mechanisms generally expected in engineered barriers were considered, and long-term evolution features were examined for use in performance assessments. The importance of evolution features was classified into six categories based on the design of the Finnish case. Results are expected to be useful as a technical basis for performance and safety assessment in developing the Korean deep geological disposal system for high-level radioactive waste. However, for a more detailed review and evaluation of each feature, it is necessary to obtain data for the final disposal site and facility-specific design, and to assess its impact in advance.
With Kori nuclear power plant unit 1 as a beginning in April 1978, 24 nuclear power plants have been operated in Korea and two more plants are under construction. As the nuclear power plants being operated, radioactive wastes from the plants have been accumulated so that various methods for disposing them have been proposed. In Korea, researches have been conducted, being focused on DGD (Deep Geological Disposal), however, DBD (Deep Borehole Disposal) method needs considering as an alternative. In this technical note, element technologies for DBD were analyzed by compiling previous researches and their applicability on domestic cases were investigated. Conceptual studies regarding relevant designs were conducted and finally, technical challenges for actual disposal were described.
Lee, Changsoo;Cho, Won-Jin;Lee, Jaewon;Kim, Geon Young
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.17
no.2
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pp.183-202
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2019
For design and performance assessment of a high-level radioactive waste (HLW) disposal system, it is necessary to understand the characteristics of coupled thermo-hydro-mechanical (THM) behavior. However, in previous studies for the Korean Reference HLW Disposal System (KRS), thermal analysis was performed to determine the spacing of disposal tunnels and interval of disposition holes without consideration of the coupled THM behavior. Therefore, in this study, TOUGH2-MP/FLAC3D is used to conduct THM modeling for performance assessment of the Korean Reference HLW Disposal System (KRS). The peak temperature remains below the temperature limit of $100^{\circ}C$ for the whole period. A rapid rise of temperature caused by decay heat occurs in the early years, and then temperature begins to decrease as decay heat from the waste decreases. The peak temperature at the bentonite buffer is around $96.2^{\circ}C$ after about 3 years, and peak temperature at the rockmass is $68.2^{\circ}C$ after about 17 years. Saturation of the bentonite block near the canister decreases in the early stage, because water evaporation occurs owing to temperature increase. Then, saturation of the bentonite buffer and backfill increases because of water intake from the rockmass, and bentonite buffer and backfill are fully saturated after about 266 years. The stress is calculated to investigate the effect of thermal stress and swelling pressure on the mechanical behavior of the rockmass. The calculated stress is compared to a spalling criterion and the Mohr-Coulumb criterion for investigation of potential failure. The stress at the rockmass remains below the spalling strength and Mohr-Coulumb criterion for the whole period. The methodology of using the TOUGH2-MP/FLAC3D simulator can be applied to predict the long-term behavior of the KRS under various conditions; these methods will be useful for the design and performance assessment of alternative concepts such as multi-layer and multi-canister concepts for geological spent fuel repositories.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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