Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.15
no.3
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pp.199-206
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2017
A geological repository for the disposal of high-level radioactive waste is generally constructed in host rock at depths of 500~1,000 meters below the ground surface. A geological repository system consists of a disposal canister with packed spent fuel, buffer material, backfill material, and intact rock. The buffer is indispensable to assure the disposal safety of high-level radioactive waste, and it can restrain the release of radionuclides and protect the canister from the inflow of groundwater. Since high temperature in a disposal canister is released to the surrounding buffer material, the thermal properties of the buffer material are very important in determining the entire disposal safety. Even though there have been many studies on thermal conductivity, there have been only few studies that have investigates the specific heat capacity of the bentonite buffer. Therefore, this paper presents a specific heat capacity prediction model for compacted Gyeongju bentonite buffer material, which is a Ca-bentonite produced in Korea. Specific heat capacity of the compacted bentonite buffer was measured using a dual probe method according to various degrees of saturation and dry density. A regression model to predict the specific heat capacity of the compacted bentonite buffer was suggested and fitted using 33 sets of data obtained by the dual probe method.
Choi, Seungbeom;Kihm, You Hong;Kim, Eungyeong;Cheon, Dae-Sung
Tunnel and Underground Space
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v.30
no.2
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pp.136-148
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2020
Nuclear power plants have been operated in Korea since 1978, thus the high-level radioactive waste (HLW) produced from the plants has been accumulated accordingly. Hence, it is urgent to secure a final repository for HLW disposal, however, siting process should be preceded, which usually takes long time, as it requires broad and precise investigation. The investigation is generally carried out in stages, which consists of multidisciplinary approaches. In this study, the case studies mainly pertaining to rock mechanics were conducted. Rock mechanical aspects required in each stage and their applications were investigated and corresponding R&D researches were presented as well. At the same time, current research status in Korea was presented, followed by a brief future research plan with regard to the site investigation. The future research aims to produce fundamental information for siting process, and the compiled cases in this study will be utilized as references in the research.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.32
no.2
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pp.75-86
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2019
The biggest obstacle in the nuclear power generation is the high level radioactive waste such as the spent nuclear fuel. High level radioactivities and generated heat make the safe treatment of the spent nuclear fuel very difficult. Nowadays, the only treatment method is a deep geological disposal technology. This paper treats the structural safe design problem of the spent nuclear fuel disposal canister which is one of the core technologies of the deep geological disposal technology. Especially, this paper executed the nonlinear structural analysis for the stresses and deformations occurring in the canister due to the impulsive force applied to the spent nuclear fuel disposal canister in the case of an accidental drop and ground impact event from the transportation vehicle in the repository. The main content of the analysis is about that the impulsive force is obtained using the commercial rigid body dynamic analysis computer code, RecurDyn, and the stress and deformation caused by this impulsive force are obtained using the commercial finite element static structural analysis computer code, NISA. The analysis results show that large stresses and deformations may occur in the canister, especially in the rid or the bottom of the canister, due to the impulsive force occurring during the collision impact period.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.3
no.4
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pp.341-348
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2005
Bentonite has been considered as a candidate buffer material in the underground repository for the disposal of high-level radioactive waste because of its low permeability, high sorption capacity, self sealing characteristics, and durability in nature. In this study, the potential for separation of bentonite particles caused by the groundwater erosion was studied experimentally for a Korean Ca-bentonite under the relevant repository conditions. Results showed that bentonite particles can be generated at the bentonite/granite interface and mobilized by the water flow although the intrusion of bentonite into fracture by swelling pressure was observed to be small. Different processes of mobilization of theses colloids from the compacted bentonite block have been identified in this study. The concentration of particles eluted in water was increased as the flow rate increased. Thus the result reveals that the erosion of the bentonite surface due to the groundwater flow together with intrusion processes is the main mechanism that can mobilize bentonite colloids in the fracture of the granite.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.18
no.1
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pp.43-49
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2020
An engineered barrier system (EBS) for the geological disposal of high-level radioactive waste (HLW) consists of a disposal canister packed with spent fuel, buffer material, backfill material, and gap-filling material. The buffer material fills the space between the canister and the near-field rock, thus serving to restrain the release of radionuclides and protect the canister from groundwater penetration. Furthermore, as significant amounts of heat energy are released from the canister to the surrounding rock, the thermal conductivity of the buffer plays an important role in maintaining the safety of the entire disposal system. Therefore, given the high levels of heat released from disposal canisters, this study measured the thermal conductivities of compacted bentonite buffers from Gyeongju under temperature variations ranging 25 to 80~90℃. There was a 5~20% increase in thermal conductivity as the temperature increased, and the temperature effect increased as the degree of saturation increased.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.19
no.1
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pp.121-133
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2020
Underwater cutting has a different mechanism than dry cutting, and there are more restrictions than benefits. Due to these constraints, research and development of underwater cutting has been very limited. At present, reactor dismantling is emerging as an important task worldwide, and reactor pressure containers, a key part of the reactor, are decommissioned based on underwater cutting. Reactor pressure containers are high-level radioactive waste, which is one of the main goals of today, such as to bridge the gap between environmental, safety, and cutting performance; hence, a process suitable for cutting should be applied. Therefore, many studies are being conducted on underwater cutting in connection with the dismantling of nuclear reactors in various areas in order to find appropriate processes. This paper first introduces the core technology of underwater cutting processes and discusses various processes. The emphasis is then placed on the adequacy of the reactor dismantling application. More specifically, we examine the suitability for the mechanical and thermal cutting processes, respectively, to find a solution suitable for dismantling a reactor. We discuss how each solution can sufficiently perform the specified functions at each stage of reactor dismantling and suggest that these processes can perform all of the work of underwater cutting.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.16
no.2
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pp.233-242
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2018
To overcome the low mechanical strength and corrosion behavior of a carbon steel canister at high temperature condition of a deep borehole, SiC ceramics were studied as an alternative material for the disposal canister. In this paper, a design concept for a SiC canister, along with an outer stainless steel container, was proposed, and its manufacturing feasibility was tested by fabricating several 1/3 scale canisters. The proposed canister can contain one PWR assembly. The outer container was also prepared for the string formation of SiC canisters. Thermal conductivity was measured for the SiC canister. The canister had a good thermal conductivity of above $70W{\cdot}m^{-1}{\cdot}K^{-1}$ at $100^{\circ}C$. The structural stability was checked under KURT environment, and it was found that the SiC ceramics did not exhibit any change for the 3 year corrosion test at $70^{\circ}C$. Therefore, it was concluded that SiC ceramics could be a good alternative to carbon steel in application to deep borehole disposal canisters.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.17
no.4
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pp.405-418
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2019
Based on spent fuels characteristics from domestic nuclear power plants and a disposal scenario from the current basic plan for high-level radioactive waste management, an improved disposal system has been proposed that enhances disposal efficiency and economic effectiveness compared to the existing disposal system. For this purpose, two disposal canisters concepts were derived from the length of the spent fuel generated from the nuclear power plants. In the disposal scenario, the acceptable amount of decay heat for each disposal container was determined, taking into account the discharge and disposal times of spent fuels in accordance with the current basic plan. Based on the determined decay heat of the two types of disposal canisters and the associated disposal system, thermal stability analyses were performed to confirm their suitability to the proposed disposal system design requirement and disposal efficiency assessment. The results of this study confirm 20% reduction in the disposal area and 20% increase in disposal density for the proposed disposal system compared to the existing system. These results can be used to establish a spent fuel management policy and to design a viable commercial disposal system.
Energy security is a topic of high importance to many countries throughout the world. Countries with access to vast energy supplies enjoy all of the economic and political benefits that come with controlling a highly sought after commodity. Given the desire to diversify away from fossil fuels due to rising environmental and economic concerns, there are limited technology options available for baseload electricity generation. Further complicating this issue is the desire for energy sources to be sustainable and globally scalable in addition to being economic and environmentally benign. Nuclear energy in its current form meets many but not all of these attributes. In order to address these limitations, TerraPower, LLC has developed the Traveling Wave Reactor (TWR) which is a near-term deployable and truly sustainable energy solution that is globally scalable for the indefinite future. The fast neutron spectrum allows up to a ~30-fold gain in fuel utilization efficiency when compared to conventional light water reactors utilizing enriched fuel. When compared to other fast reactors, TWRs represent the lowest cost alternative to enjoy the energy security benefits of an advanced nuclear fuel cycle without the associated proliferation concerns of chemical reprocessing. On a country level, this represents a significant savings in the energy generation infrastructure for several reasons 1) no reprocessing plants need to be built, 2) a reduced number of enrichment plants need to be built, 3) reduced waste production results in a lower repository capacity requirement and reduced waste transportation costs and 4) less uranium ore needs to be mined or purchased since natural or depleted uranium can be used directly as fuel. With advanced technological development and added cost, TWRs are also capable of reusing both their own used fuel and used fuel from LWRs, thereby eliminating the need for enrichment in the longer term and reducing the overall societal waste burden. This paper describes the origins and current status of the TWR development program at TerraPower, LLC. Some of the areas covered include the key TWR design challenges and brief descriptions of TWR-Prototype (TWR-P) reactor. Selected information on the TWR-P core designs are also provided in the areas of neutronic, thermal hydraulic and fuel performance. The TWR-P plant design is also described in such areas as; system design descriptions, mechanical design, and safety performance.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.17
no.3
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pp.321-328
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2019
The detection performances of the NaI(Tl), $LaBr_3$(Ce) and $CeBr_3$ scintillation detectors, which can be used to rapidly evaluate the major artificial radionuclides deposited on the soil surface in a nuclear accident or radiological emergency, were compared. Detection performance was assessed by calculating the minimum detectable activity (MDA). The detection efficiency of each detector for artificial radionuclides was semi-empirically determined using mathematical modelling and point-like sources having certified radioactivity. The background gamma-ray energy spectrum for MDA evaluation was obtained from relatively wide and flat grassland, and the MDA values of each detector for the major artificial radionuclides that could be released in nuclear accidents were calculated. As a result, the relative MDA values of each detector regarding surface deposition distribution at normal environmental radiation level were evaluated as high in the order of the NaI(Tl), $LaBr_3$(Ce), and $CeBr_3$ detectors. These results were compared based on each detector's intrinsic and measurement environment background, detection efficiency, and energy resolution for the gamma-ray energy region of the radionuclide of interest.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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