• 터널과지하공간
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• 제31권6호
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• pp.561-577
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• 2021

고준위방사성폐기물 심층처분장 내 압축 벤토나이트 완충재는 지하수 유입으로 인해 포화되어 팽윤하고, 이때 발생하는 팽윤압으로 인해 벤토나이트가 처분공 주변 암반 균열 내로 침투하게 된다. 침투한 벤토나이트는 지하수 흐름에 노출되어 공학적방벽 외부로 침식될 수 있고, 이러한 벤토나이트 완충재의 침식 및 질량 유실은 공학적방벽의 물리적 건전성에 악영향을 미칠 수 있다. 따라서 심층처분시스템의 장기 건전성을 평가하기 위해 지하수 유입과 완충재의 암반 균열 침투에 따른 완충재와 근계암반 사이의 상호작용이 평가되어야 한다. 본 연구에서는 유사정적 공진주 시험기를 이용하여 벤토나이트 완충재의 암반 균열 침투가 근계암반의 역학적 거동에 미치는 영향을 실험적으로 평가하였다. 국내 심층처분장의 완충재 재료로 고려되는 경주 벤토나이트와 한국원자력연구원의 지하처분연구시설에서 채취한 화강암 디스크를 이용해 완충재 충전물이 포함된 등가연속체 절리 암반 시편을 모사하였고, 수직응력 및 포화여부에 따른 탄성파 속도 변화를 측정하여 절리면의 절리수직강성 및 절리전단강성 변화를 유추하였다. 본 연구에서 수행한 실내실험 결과는 향후 불연속면을 고려한 처분시스템 성능평가 해석의 입력변수로 사용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 터널과지하공간
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• 제19권6호
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• pp.507-516
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• 2009

고준위 방사성 폐기물 처분장의 경우 폐기물의 방사성 붕괴에 의해 발열 현상이 나타나게 되며, 암반을 통한 열전달에 의해 처분장 주변 환경이 변화됨으로써 처분장의 안전성에 영향을 미칠 수 있다. 그러므로 처분장의 안전성 확보를 위해선 적절한 처분장 내 환기장치가 필요하다. 적절한 환기시스템의 구축을 위해서는 암반 열물성치와 처분장 내 열전달계수의 산정을 통한 컴퓨터 시뮬레이션 연구가 핵심이라고 할 수 있다. 이에 본 연구에서는 KAERI Underground Research Tunnel(이하 KURT) 내부 환경 인자(건습구온도, 암반표면온도, 대기압)들의 측정을 통해 열전달계수를 산정하는 것에 초점을 맞추었다. KURT 내부 우측 연구모듈의 막장 벽면에 길이 2 m, 용량 5 kw의 히터가 $90^{\circ}C$로 암반 내부를 가열하고 있는 히터구간의 열전달계수 산정 결과, 태양의 위치에 따른 처분장 외부 대기의 온도변화에 의해 열전달계수의 수치 변화가 최대 7.9% 발생하였으며, 평균 열전달계수 h는 약 4.533 W/$m^2{\cdot}K$의 수치를 나타내었다.

• 터널과지하공간
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• 제10권4호
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• pp.553-558
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• 2000

1997년부터 시작된 국가원자력중장기 연구사업의 일환으로 국내에서 발생하는 고준위 방사성폐기물을 영구 처분하는데 따른 장기 방사선적 안전성평가 연구가 수행되었다. 2000년 3월까지 수행된 제 1 단계 안전성 평가 연구에서는 이 연구와 병행하여 추진된 처분장 개념 정립 연구에서 도출된 기준 처분 개념을 근간으로 지하 약 300-770 미터 단열 암반에 건설될 처분장을 대상으로 안전성 평가를 수행하였다. 이러한 안전성 평가를 위해 우선 MASCOT-K 코드가 개발되었다. MASCOT-K는 다양한 지하매질을 통과하는 핵종 이동을 모사하는 프로그램으로 최종적으로 처분장 주변 주민들이 년간 혹은 누적 피폭 선량을 예측한다. 가상적인 지질 자료들을 근간으로 처분 개념에 대한 평가 결과 예상 유출량은 현재 국내 기술기준에서 규정한 제한치보다 낮은 것으로 판명되었다.

• 지질공학
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• 제11권3호
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• pp.255-267
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• 2001

지하 50m의 화강암반내 단층지역에 위치한 지하 방사성폐기물 처분장 인접지역에서의 열, 수리, 및 역학적 연성거동을 비교하고 분석하였다. 해석에는 2차원 해석코드인 UDEC을 사용하였다. 해석모델은 화강암반, 처분공내의 압축 벤토나이트로 둘러싸인 PWR 사용후 핵연료 처분용기, 및 처분동굴내에 채워진 혼합 벤토나이트를 포함한다. 수리-역학적, 열-역학적, 및 열-수리-역학적 연성거동을 비교 및 분석하였다. PWR 사용후 핵연료내의 방사성 물질로부터 나오는 시간의존 방사성 붕괴열이 처분장 및 인접지역에 미치는 영향을 분석하였다. 수리해석에는 steady state flow 알고리즘을 사용하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제24권2호
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• pp.211-222
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• 2011

본 논문에서는 고준위폐기물 처분장에서 처분용기를 취급할 때 발생할 수 있는 운송차량에서 처분용기의 추락낙하 사고시 지면에 충돌할 때 지면으로부터 받는 충격력에 대하여 직경이 102cm인 가압경수로(PWR)용 처분용기에 대한 구조해석을 수행하여 처분용기의 구조적 안정성을 평가하였다. 이를 위하여 처분용기가 추락낙하하여 지면과 충돌 시에 처분용기가 받는 충격력을 구하기 위한 기구동역학해석을 상용 CAE 시스템인 RecurDyn을 이용하여 수행하였으며, 이와 같이 구한 충격력에 대하여 상용 유한요소해석 코드인 NISA를 이용하여 처분용기의 비선형구조해석을 수행하여 처분용기 내에 발생하는 응력 및 변형을 구하였다. 이를 바탕으로 처분용기가 처분장에서 취급 시 부주의로 운송차량에서 추락낙하 하는 경우 처분용기의 구조적 안전성을 평가하였다. 처분용기를 강체로 가정하고 기구동역학해석을 수행한 결과 처분용기는 지면과 두 가지 유형으로 충돌함을 알 수 있었고, 충돌 초기 지면으로부터 받는 충격력이 가장 크고 그 이 후 충돌 시에는 충격력이 점차로 감소함을 알 수 있었다. 안정적인 구조안전성 평가결과를 얻기 위하여 처분장에서 차량 운송 시 추락낙하 사고에서의 운송차량의 높이는 충분히 높은 5m로 가정하였다. 충격력에 대한 비선형구조해석은 추락낙하하여 가장 큰 값인 충돌 초기의 충격력의 크기를 가지고 비선형구조해석을 수행하였다. 해석결과 이송 중인 차량에서 추락낙하하는 경우 처분용기의 내부 주철삽입물에 주철의 항복응력보다 더 큰 응력이 발생하였으며, 이는 처분용기에 항복이 발생하여 경수로 처분용기의 구조적 안전성이 확보되지 못함을 보여주고 있다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제16권4호
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• pp.369-376
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• 2003

본 논문에서는 가압경수로(PWR) 고준위폐기물을 깊은 지하 500m에 처분 시 사용되는 처분용기 및 이를 보호하기 위하여 50㎝ 두께로 처분용기 주위를 감싸고 있는 벤토나이트 버퍼의 복합구조물에 지진 등의 지각 변동에 의하여 갑작스럽게 10㎝의 수평한 암반 전단력이 대칭적으로 가해졌을 때, 처분용기의 안전성(붕괴)을 예측하기 위하여 「처분용기+벤토나이트 버퍼」 복합 구조물에 대한 비선형 구조해석을 수행하였다. 복합구조물을 구성하고 있는 물질들은 탄소성체로 가정하였으며, 대변형 발생 시 항복을 예측하는 항복조건식으로는 처분용기를 구성하고 있는 금속물질(구리, 주철)에 대하여 von-Mises 항복조건식을, 벤토나이트 버퍼물질에 대하여는 Drocker-Prager 항복조건식을 적용하였다. 해석 결과들을 분석하면 비록 10㎝의 수평한 대칭 암반 전단력에 대하여 벤토나이트 버퍼에는 항복점을 훨씬 상회하는 대변형이 발생하였지만, 내부의 처분용기를 구성하고있는 주철 및 구리에는 여전히 매우 작은 탄성변형 및 항복응력보다 작은 응력이 발생하고 있음을 알 수 있었다. 따라서 갑작스런 10㎝의 수평한 암반 전단력에 대하여 50㎝ 두께의 벤토나이트 버퍼는 안전하게 내부의 처분용기를 보호하고 있음을 알 수가 있다. 해석결과는 또한 벤토나이트 버퍼의 전단변형에 의하여 처분용기에 휨변형이 발생함을 보여주고 있다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제15권3호
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• pp.471-480
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• 2002

본 논문에서는 가압경수로(PWR) 고준위폐기물을 깊은 지하 500 m에 처분 시 사용되는 처분용기의 기본 구조설계에 필요한 처분용기 구조물에 대한 열응력 해석을 수행하였다. 일반적으로 고준위폐기물 처분용기는 지하 수백 미터에 위치하는 화강암 등의 암반 내에 설치하게 되는데, 이 때 처분용기는 내부 바스켓에 채워진 사용 후 핵연료다발의 높은 온도에 따른 열발생에 의하여 내부 주철삽입물 및 외곽쉘에 발생하는 열응력에 견디어야 한다. 따라서 본 논문에서는 처분용기 내부의 핵연료 다발의 열발생을 고려한 열응력 해석을 수행하였다 해석 방법은 유한요소법을 사용하였다. 직접 유한요소해석코드를 작성하는 대신에 구조물의 복잡성 및 유한요소개수의 많음을 고려하여, 상용 유한요소해석 코드인 NISA프로그램을 이용하여 열응력 해석을 수행하였다 해석 결과 처분용기에 가해지는 심지층 지하수압 및 벤토 나이트 버퍼의 팽윤압에 추가하여, 고온의 내부 핵연료다발에 의한 열하중이 작용하더라도 처분용기의 내부 주철삽입물에 발생하는 응력은 주철의 항복응력 보다 여전히 작아 처분용기는 구조적으로 안전함이 확인되었다

• 지질공학
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• 제31권1호
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• pp.55-66
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• 2021

본 연구에서는 방사성폐기물 처분 시 천연방벽의 수리 특성 진화와 관련하여, 시추공 설치 및 확공이 결정질 암반 내 단열 및 수리 특성에 영향을 미칠 가능성을 평가하기 위해 수리-역학 연동 수치해석을 수행했다. 시추공 부근에서의 간극 열림과 투수성 변화 여부를 평가하기 위해 단열망을 기반으로 한 불연속체 해석 도메인을 이용했다. 단열암반에서의 현장수리시험 모사를 통해 주응력방향과 시추공 직경 변화의 영향을 평가하였다. 먼저 단열의 간극변화가 주응력방향에 의존함을 확인했다. 그리고 수직변위에 의한 간극크기 증가가 지배적이었다. 시추공 부근에 전단팽창이 집중되는 것도 단열의 수리지질학적 진화에 영향을 미칠 수 있음을 알 수 있었다. 수치해석 결과는 시추공 설치 및 확공에 따른 응력교란에 의해 단열 특성이 변화하여 단열 암반의 투수성이 증가할 수 있다는 것을 보여준다. 추후 본 연구모델을 기반으로 실제 크기의 처분공 주변에서의 정확한 수리적 변화를 분석하기 위해서는 3차원 해석모델로 보완되어야 할 것으로 판단되었다.

• 한국지하수토양환경학회:학술대회논문집
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• 한국지하수토양환경학회 2004년도 임시총회 및 추계학술발표회
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• pp.354-357
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• 2004

방사성폐기물 처분 연구의 일환으로 대전 유성북부 화강암 지역내 200～500m 심도를 갖는 9개의 심부 시추공이 착정되었으며, 이중 3개 시추공에 대하여 다중패커시스템이 설치되어 장기적으로 심도별지하수의 수리특성, 화학특성 및 동위원소 특성이 모니터링 되고 있다. 다중패커시스템이 설치되기 전의시추공 지하수의 수리 및 지화학 특성은 심도에 따라 별다른 특성이 보이지 않지만, 다중패커시스템 설치 후, 심도에 따라 특징적인 수리 및 지화학특성을 보여주고 있다. 또한, 다중패커시스템이 설치된 시추공의 경우, 최상부 구간을 제외하고 모든 구간 지하수의 수리화학특성은 일정기간이 경과한 후에는 각 구간별로 거의 일정한 값으로 유지되고 있음을 보여준다. 그러나, 지하수의 함양특성이 크게 변하는 우기 동안에는 지하수 수두압이 심도 약350m의 구간까지 변화되는 특성을 보여주고 있다. 동위원소특성 역시 심도구간에 따라 특징적인 값을 보여주며, 장기적으로 일정한 구간별 특정 값을 보여주고 있다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제25권1호
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• pp.37-49
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• 2012

가압경수로(PWR)에서 배출되는 고준위폐기물을 지하 500m의 화강암 암반의 처분장에 장기간(약 10,000년 동안) 처분하기 위하여 여러 구조적 안전성 평가수행을 통하여 처분용기모델이 개발되었다. 기존에 설계 개발된 가압경수로용 처분용기 모델은 구조적으로 처분용기 내부에 정사각형 단면의 네 개의 고준위폐기물다발이 처분용기 단면의 중심에 대칭되게 나란히 배열된 형태를 취하고 있다. 그러나 이와 같은 배열형태가 최적의 구조인지는 아직 결정할 수 없다. 특히 경량화하는 데에는 여전히 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하는 방법은 처분용기 단면 중심에 대하여 대칭으로 배열된 네 개의 고준위폐기물다발의 단면형상을 변경시키는 것이다. 단면형상을 변경시키는 방법에는 정사각형 형상을 유지시키면서 단면을 회전시키는 방법과 정사각형 형상을 다른 단면형상으로 변경시키는 두 가지 방법이 있다. 기 수행된 연구를 통하여 정사각형 단면형상을 유지시키면서 단면을 회전시키면 회전각도가 $30{\sim}35^{\circ}$인 배열구조의 처분용기가 나란한 정사각형 배열구조보다 구조적으로 더 안정적이어서 경량화할 수 있음을 알 수 있었다. 그러나 이 회전한 배열구조의 처분용기가 최적인지는 역시 아직 결정할 수 없다. 왜냐하면 정사각형이 아닌 다른 단면형상의 구조물에 대해서는 아직 구조적으로 더 안정한지가 확인되지 않았기 때문이다. 따라서 처분용기 단면 중심면에 대하여 대칭성을 유지하면서 고준위폐기물다발의 단면형상이 정사각형이 아닌 다른 단면형상의 처분용기구조에 대한 구조해석이 필요하다. 본 연구에서는 네 개의 고준위폐기물다발이 처분용기 중심 면에 대하여 대칭적으로 배열되면서 단면형상이 여러 가지로 변화된 가압경수로용 처분용기에 대하여 구조해석을 수행하였다. 구조해석을 수행한 결과 기존의 설계 개발된 처분용기 단면의 중심에 대칭되게 나란히 고준위폐기물다발이 배열된 정사각형 단면의 처분용기보다 다발의 단면형상이 원형인 처분용기가 구조적으로 좀 더 안정성이 있음이 밝혀졌다.