As high-level radioactive waste (HLW) generated from nuclear power plants is harmful to the human body, it must be safely disposed of by an engineered barrier system consisting of disposal canisters and buffer and backfill materials. A gap exists between the canister and buffer material in a HLW repository and between the buffer material and natural rock-this gap may reduce the water-blocking ability and heat transfer efficiency of the engineered barrier materials. Herein, the basic characteristics and thermal properties of granular bentonite, a candidate gap-filling material, were investigated, and their effects on the temperature change of the buffer material were analyzed numerically. Heat transfer by air conduction and convection in the gap were considered simultaneously. Moreover, by applying the Korean reference disposal system, changes in the properties of the buffer material were derived, and the basic design of the engineered barrier system was presented according to the gap filling material (GFM). The findings showed that a GFM with high initial thermal conductivity must be filled in the space between the buffer material and rock. Moreover, the target dry density of the buffer material varied according to the initial wet density, specific gravity, and water content values of the GFM.
A simplified model to assess the performance of engineered barrier for the retardation of radionuclide release in a low- and intermediate-level radioactive waste repository was developed. The model is based on the repository design concept being suggested in Korea, and considers two types of release scenario ; a design-bas release for the design of engineered barrier and a realistic release for the performance assessment. For the numerical illustration, the sample calculations were performed for five radionuclides with different chemical characteristics, and the results were analyzed.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.2
no.1
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pp.23-34
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2004
To validate the previous conceptual design of cover system, construction of the engineered barrier test facility is completed and the performance tests of the disposal cover system are conducted. The disposal test facility is composed of the multi-purpose working space, the six test cells and the disposal information space for the PR center. The dedicated detection system measures the water content, the temperature, the matric potential of each cover layer and the accumulated water volume of lateral drainage. Short-term experiments on the disposal cover layer using the artificial rainfall system are implemented. The sand drainage layer shows the satisfactory performance as intended in the design stage. The artificial rainfall does not affect the temperature of cover layers. It is investigated that high water infiltration of the artificial rainfall changes the matric potential in each cover layer. This facility is expected to increase the public information about the national radioactive waste disposal program and the effort for the safety of the planned disposal facility.
Proceedings of the Korean Radioactive Waste Society Conference
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2003.11a
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pp.306-314
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2003
Engineered barrier test facility is specially designed to demonstrate the performance of engineered barrier system for the near-surface disposal facility under the domestic environmental conditions. Comprehensive measurement systems for the water content, temperature, matric potential are installed within each test cell. In this study, short-term monitoring of the behavior of multi-layered cover system is implemented with artificial rainfall system. The periodic measurement data are collected and analyzed by a dedicated database management system, and provide a basis for performance verification of the disposal cover design.
Park, Seunghun;Yoon, Seok;Kwon, Sangki;Kim, Geon-Young
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.18
no.2
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pp.133-141
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2020
A geological repository comprises a natural barrier and an engineered barrier system. Its design components consist of canisters, buffers, backfill, and near-field rock. Among the engineered barrier system components, bentonite buffers minimize the groundwater flow from near-field rock and prevent the release of nuclide. Investigation of the hydraulic conductivity of the buffer to groundwater flow is an important factor in the performance evaluation of the stability and integrity of the engineered barrier of the repository. In this study, saturated hydraulic conductivity tests were performed using Gyeongju bentonite at various dry densities and temperatures, and a hydraulic conductivity prediction model was developed through multiple regression analysis using the 120 result sets of hydraulic conductivity. The test results showed that the hydraulic conductivity tends to decrease as the dry density increases. In addition, the hydraulic conductivity increased with increasing temperature. The multiple regression analysis results showed that the coefficient of determination (R2) of the hydraulic conductivity prediction equation was as high as 0.93. The hydraulic conductivity prediction equation presented in this study could be used for the design of engineered barrier systems.
For the safe disposal of high-level radioactive waste using Engineered Barrier Systems (EBS), bentonite buffer is used by its high swelling capability and low hydraulic conductivity. When the bentonite buffer is contacted to heated pore water containing ions by radioactive decay, chemical alterations of minerals such as illitization reaction occur. Illitization of bentonite indicates the alteration of expandable smectite into non-expandable illite, which threatens the stability and integrity of EBS. This study intends to provide a thorough review on the information underlying in the illitization of bentonite, by covering basic clay mineralogy, smectite expansion, mechanisms and observation of illitization, and illitization in EBS. Since understanding of smectite illitization is crucial for securing the safety and integrity of nuclear waste disposal systems using bentonite buffer, this thorough review study is expected to provide essential and concise information for the preventive EBS design.
The stability of engineered barriers in high-level radioactive waste disposal systems can be influenced by the decay heat generated by the waste. This study focuses on the thermal analysis of various canister designs to effectively lower the maximum temperature of the engineered barrier. A numerical model was developed and employed to investigate the heat dissipation potential of copper rings placed across the buffer. Various canister designs incorporating copper rings were presented, and numerical analysis was performed to identify the design with the most significant temperature reduction effect. The results confirmed that the temperature of the buffer material was effectively lowered with an increase in the number of copper rings penetrating the buffer. Parametric studies were also conducted to analyze the impact of technical gaps, copper thickness, and collar height on the temperature reduction. The numerical model revealed that the presence of gaps between the components of the engineered barrier significantly increased the buffer temperature. Furthermore, the reduction in buffer temperature varied depending on the location of the gap and collar. The methods proposed in this study for reducing the buffer temperature hold promise for contributing to cost reduction in radioactive waste disposal.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.21
no.2
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pp.225-234
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2023
In the design of HLW repositories, it is important to confirm the performance and safety of buffer materials at high temperatures. Most existing models for predicting hydraulic conductivity of bentonite buffer materials have been derived using the results of tests conducted below 100℃. However, they cannot be applied to temperatures above 100℃. This study suggests a prediction model for the hydraulic conductivity of bentonite buffer materials, valid at temperatures between 100℃ and 125℃, based on different test results and values reported in literature. Among several factors, dry density and temperature were the most relevant to hydraulic conductivity and were used as important independent variables for the prediction model. The effect of temperature, which positively correlates with hydraulic conductivity, was greater than that of dry density, which negatively correlates with hydraulic conductivity. Finally, to enhance the prediction accuracy, a new parameter reflecting the effect of dry density and temperature was proposed and included in the final prediction model. Compared to the existing model, the predicted result of the final suggested model was closer to the measured values.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.16
no.2
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pp.137-164
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2018
The guarantee of the performance of the engineered barriers in a geological repository is very important for the long-term safety of disposal as well as the efficient design of the repository. Therefore, the performance of the engineered barriers under repository condition should be demonstrated by in-situ experiments conducted in an underground research laboratory. This article provides a review of the major in-situ experiments that have been carried out over the past several decades at underground research laboratories around the world to validate the performance of engineered barriers of a repository, as well as their results. In-situ experiments to study the coupled thermal-hydraulic-mechanical behavior of the engineered barrier system used to simulate the post-closure performance of the repository are analyzed as a priority. In addition, in-situ experiments to investigate the performance of the buffer material under a real repository environment have been reviewed. State-of-the art in-situ validations of the buffer-concrete interaction, and the installation of the buffer, backfill and plug, as well as characterization of the near-field rock and the corrosion of the canister materials are, also performed.
Seungbeom Choi;Chang-Ho Hong;Ji-Won Kim;Minhyeong Lee;Eun-Soo Hong;Jin-Seop Kim
Tunnel and Underground Space
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v.34
no.4
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pp.249-266
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2024
Bentonite buffer material is an important component of engineered barrier designed for the safe disposal of high-level radioactive waste. Under certain groundwater conditions, erosion or piping phenomena of the material can happen, which may compromise the overall safety of the whole engineered barrier system. Previous domestic researches related to it have been conducted at a laboratory scale so that those are subject to some limitations, despite their valuable results. Therefore, KAERI (Korea Atomic Energy Research Institute) has planned the BEPT (Bentonite Erosion and Piping Test) to extend and validate the previous works at a field conditions. Prior to detailed experimental design, case studies that had been conducted by leading countries in disposal research were collected and analyzed. The analyses included suitable site conditions and system design, which were incorporated into the detailed design of BEPT. This technical report aims to introduce the previous researches and the current status of the ongoing BEPT experiment.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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