Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.12
no.4
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pp.287-297
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2014
For several decades, many countries operating nuclear power plants have been studying the various disposal alternatives to dispose of the spent nuclear fuel or high-level radioactive waste safely. In this paper, as a direct disposal of spent nuclear fuels for deep geological disposal concept, the rod consolidation from spent fuel assembly for the disposal efficiency was considered and analyzed. To do this, a concept of spent fuel rod consolidation was described and the related concepts of disposal canister and disposal system were reviewed. With these concepts, several thermal analyses were carried out to determine whether the most important requirement of the temperature limit for a buffer material was satisfiedin designing an engineered barrier of a deep geological disposal system. Based on the results of thermal analyses, the deposition hole distance, disposal tunnel spacing and heat release area of a disposal canister were reviewed. And the unit disposal areas for each case were calculated and the disposal efficiencies were evaluated. This evaluation showed that the rod consolidation of spent nuclear fuel had no advantages in terms of disposal efficiency. In addition, the cooling time of spent nuclear fuels from nuclear power plant were reviewed. It showed that the disposal efficiency for the consolidated spent fuel rods could be improved in the case that cooling time was 70 years or more. But, the integrity of fuels and other conditions due to the longer term storage before disposal should be analyzed.
Thermal-hydro-mechanical (THM) modeling is a critical R&D issue in the performance and safety assessment of a high-level waste repository. With an $\ddot{A}$sp$\ddot{o}$ prototype repository, its thermal behavior was analyzed and then compared with in-situ experimental data for its validation. A model simulation was used to calculate the temperature distributions in the deposition holes, deposition tunnel, and surrounding host rock. A comparison of the simulation results with the experimental data was made for deposition hole DH-6, which showed that there was a temperature difference of $2{\sim}5^{\circ}C$ depending on the location of the measuring points, but there was a similar trend in the evolution curves of temperature as a function of time. It was expected that the coupled modeling of the thermal behavior with the hydro-mechanical behavior in the buffer and backfill of the $\ddot{A}$sp$\ddot{o}$ prototype repository would give a better agreement between the experimental and model calculation results.
We have studied to understand the barrier and interface qualities and structural changes through measuring temperature dependent spin-polarization as functions of plasma oxidation time and annealing time. Magnetic tunnel junctions consisting of SiO2$_2$/Ta 5/CoFe 17/IrMn 7.5/CoFe 5/Al 1.6-Ox/CoFe 5/Ta 5 (numbers in nm) were deposited and annealed when necessary. A 30 s,40 s oxidized sample showed the lowest spin-polarization values. It is presumed that tunneling electrons were depolarized and scattered by residual paramagnetic Al due to under-oxidation. On the contrary, a 60s, 70 s oxidized sample might have experienced over-oxidation, where partially oxidized magnetic dead layer was formed on top of the bottom CoFe electrode. The magnetic dead layer is known to increase the probability of spin-flip scattering. Therefore it showed a higher temperature dependence than that of the optimum sample (50 s oxidation). temperature dependence of 450 K annealed samples was improved when the as-deposited one compared. But the sample underwent 475 K and 500 K annealing exhibits inferior temperature dependence of spin-polarization, indicating that the over-annealed sample became microstucturally degraded.
In the present study, a tunnel type soundproof wall with partial opening is proposed to reduce the environmental noise caused by railway vehicles traveling on bridges, which affects residents of high-rise apartment buildings; the study also attempts to minimize load due to wind and the weight of the wall. Applying the principles of computational fluid dynamics and structural mechanics, and the ray tracing method, a reduction in noise as well as of the overall weight of the soundproof walls is estimated. Analysis results show that the proposed soundproof wall with a partial opening weighs less, while reducing the wind loading by up to 30%. To prevent direct propagation of sound through openings in the wall, an acoustic louver, which is a type of silencer, could be considered for the opening. In order to achieve a similar noise effect with existing insulation material, the fluid flow and the insulation effect of the acoustic louver are analyzed. As the considered opening is in the range of 30~40% of the total length of the soundproof wall, the noise effect and wind load are reduced by 10dB and 25% respectively. Consequently, opening some part of tunnel type soundproof walls and installing louvers on the wall openings can have the effects of weight-reduction and reduced wind load. If a partial opening is applied with proper sound material application, a gain of an additional 5~10dB of noise reduction can be achieved.
Kim, Ji-Won;Kang, Seok-Jun;Kim, Jin-Seop;Cho, Gye-Chun
Tunnel and Underground Space
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v.31
no.6
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pp.561-577
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2021
The compacted bentonite buffer in a geological repository for high-level radioactive waste disposal is saturated due to groundwater inflow. Saturation of the bentonite buffer results in bentonite swelling and bentonite penetration into the rock discontinuities present around the disposal hole. The penetrated bentonite is exposed to groundwater flow and can be eroded out of the repository, resulting in bentonite mass loss which can affect the physical integrity of the engineered barrier system. Hence, the evaluation of buffer-rock interactions and coupled behavior due to groundwater inflow and bentonite penetration is necessary to ensure long-term disposal safety. In this study, the effects of the bentonite penetration and swelling on the physical properties of jointed rock mass were evaluated using the quasi-static resonant column test. Jointed rock specimens with bentonite penetration were manufactured using Gyeongju bentonite and hollow cylindrical granite rock discs obtained from the KAERI underground research tunnel. The effects of vertical stress and saturation were assessed using the P-wave and S-wave velocities for intact rock, jointed rock and jointed rock with bentonite penetration specimens. The joint normal and joint shear stiffnesses of each joint condition were inferred from the wave velocity results assuming an equivalent continuum. The joint normal and joint shear stiffnesses obtained from this study can be used as input factors for future numerical analysis on the performance evaluation of geological waste disposal considering rock discontinuities.
Bentonite buffer is one of the major components of an engineered barrier for an HLW (High-Level Waste) repository. The bentonite buffer is significantly exposed to the decay heat from radioactive wastes, the inflow of groundwater from the surrounding rock of the repository, and the high swelling pressure of densely-compacted bentonite that comes in contact with the groundwater. Therefore, it is essential to understand the THM (Thermal-Hydro-Mechanical) behavior of the bentonite buffer and to acquire the input data of its related constitutive models for the performance and safety assessment of an HLW repository. This paper analyzed the THM properties which have been obtained by conducting laboratory tests with a candidate buffer material for a Korean HLW repository. Moreover the formulation recipe of the reference bentonite buffer was defined on the basis of functional criteria, thus suggesting the THM properties which correspond to the formulation recipe of the reference bentonite buffer.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2011.02a
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pp.77-77
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2011
These days, a growing demand for memory device is filled up with the flash memory and the dynamic random access memory (DRAM). Although DRAM is a reasonable solution for current demand, the universal novel memory with high density, high speed and nonvolatility, needs to be developed. Among various new memories, the magnetic random access memory (MRAM) device is considered as one of good candidate memories because of excellent features including high density, high speed, low operating power and nonvolatility. The etching of MTJ stack which is composed of magnetic materials and insulator such as MgO is one of the vital process for MRAM. Recently, MgO has attracted great interest in the MTJ stack as tunneling barrier layer for its high tunneling magnetoresistance values. For the successful realization of high density MRAM, the etching process of MgO thin films should be investigated. Until now, there were some works devoted to the investigations on etch characteristics of MgO thin films. Initially, ion milling was applied to the etching of MgO thin films. However, ion milling has many disadvantages such as sidewall redeposition and etching damage. High density plasma etching containing the magnetically enhanced reactive ion etching and high density reactive ion etching have been employed for the improvement of etching process. In this work, inductively coupled plasma reactive ion etching (ICPRIE) system was adopted for the improvement of etching process using MgO thin films and etching gas mixes of $CH_4$/Ar and $CH_4$/$O_2$/Ar have been employed. The etch rates are measured by a surface profilometer and etch profiles are observed using field emission scanning emission microscopy (FESEM). The effects of gas concentration and etch parameters such as coil rf power, dc-bias voltage to substrate, and gas pressure on etch characteristics will be systematically explored.
Kim, Min-Soo;Jung, Myung-Ho;Kim, Kwan-Su;Park, Goon-Ho;Jung, Jong-Wan;Chung, Hong-Bay;Lee, Young-Hie;Cho, Won-Ju
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.22
no.5
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pp.386-389
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2009
The electrical characteristics and annealing effects of tunneling dielectrics stacked with $SiO_2$ and $Si_{3}N_{4}$ were investigated. I-V characteristics of band gap engineered tunneling gate stacks consisted of $Si_{3}N_{4}/SiO_2/Si_{3}N_{4}$ (NON), $SiO_2/Si_{3}N_{4}/SiO_2$ (ONO) dielectrics were evaluated and compared with $SiO_2$ single layer using the MOS (metal-oxide-semiconductor) capacitor structure. The leakage currents of engineered tunneling barriers (ONO, NON stacks) are lower than that of the conventional $SiO_2$ single layer at low electrical field. Meanwhile, the engineered tunneling barriers have larger tunneling current at high electrical field. Furthermore, the increased tunneling current through engineered tunneling barriers related to high speed operation can be achieved by annealing processes.
Magnetite($Fe_3O_4$) is currently one of key materials for applications in magnetic storage and many bioinspired applications because bulk $Fe_3O_4$ has a high Curie temperature($Tc={\sim}850K$) and nearly full spin polarization at room temperature(RT). In this work, $Fe_3O_4$ nanoparticles with different sizes of 12 to 15 nm were prepared in a well-controlled manner by a nonhydrolytic synthetic method. Here, we report the significant intergrain magneto-resistance(MR) of ${\sim}2%$ at RT in $Fe_3O_4$ nanoparticle pellets. The tunneling conductance was also investigated based on the Brinkman model, as well. Our results show clearly that the surface or interfacial property of the particles plays a crucial role in the MR effect.
Lee, Changsoo;Yoon, Seok;Lee, Jaewon;Kim, Geon Young
Tunnel and Underground Space
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v.29
no.1
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pp.38-51
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2019
Barcelona Basic Model (BBM) can describe not only swelling owing to decrease in effective stress, but also wetting-induced swelling due to decrease in suction. And the BBM can also consider increase in cohesion and apparent preconsolidation stress with suction, and decrease in the apparent preconsolidation stress with temperature. Therefore, the BBM is widely used all over the world to predict and to analyze coupled thermo-hydro-mechanical behavior of bentonite which is considered as buffer materials at the engineered barrier system in the high-level radioactive waste disposal system. However, the BBM is not well known in Korea, so this paper introduce the BBM to Korean rock engineers and geotechnical engineers. In this study, Modified Cam Clay (MCC) model is introduced before all, because the BBM was first developed as an extension of the MCC model to unsaturated soil conditions. Then, the thermo-elasto-plastic version of the BBM is described in detail.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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