• 대한토목학회논문집
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• 제41권2호
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• pp.123-131
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• 2021

완충재는 고준위 방사성 폐기물을 처분하기 위한 공학적 방벽 시스템에서 중요한 구성요소 중 하나이며 사용 후 핵연료가 담긴 처분용기와 암반사이에 채워지는 물질이기 때문에 지하수 유입으로부터 처분용기를 보호하고, 방사성 핵종 유출을 저지하는 중요한 역할을 수행한다. 따라서 공학적 방벽 시스템의 처분용기로부터 발생하는 고온의 열량은 완충재를 통하여 전파되기에 완충재의 열전도도는 처분시스템의 안전성 평가에 매우 중요하다. 본 연구에서는 국내에서 생산되는 압축 벤토나이트 완충재의 열전도도 예측을 위한 경험적 회귀 모델의 정합성을 검증하고 정확도를 높이기 위해 예측모델의 구축에 기계학습법을 적용해 보았다. 벤토나이트의 건조밀도, 함수비 및 온도 값을 바탕으로 열전도도를 예측하고자 하였으며, 이때 다항 회귀, 결정 트리, 서포트 벡터 머신, 앙상블, 가우시안 프로세스 회귀, 인공신경망, 심층 신뢰 신경망, 유전 프로그래밍과 같은 기계학습 기법을 적용하였다. 기계학습 기법을 이용하여 예측한 결과, 부스팅 기반의 앙상블 기법, 유전 프로그래밍, 3차 함수 기반의 SVM, 가우시안 프로세스 회귀의 기계학습기법을 활용한 모델이 선형 회귀 분석 기법에 비해 좋은 성능을 보였으며, 특히 앙상블의 부스팅 기법과 가우시안 프로세스 회귀 기법을 사용한 모델들이 가장 좋은 성능을 보였다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제12권7호
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• pp.23-29
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• 2011

산화슬래그는 토목분야에 널리 활용되어 왔으나 전기로 제강 환원슬래그는 거의 활용되지 않고 있는 실정이다. 따라서 토목 분야에서의 재활용 방법을 모색하기 위하여 환원슬래그의 성분을 분석하고 이를 바탕으로 토목현장에서 흔히 볼 수 있는 풍화토와 환원슬래그를 중량비 0% 내지 30%로 혼합한 후, 폐합시스템의 Lysimeter에서 1주, 2주, 4주의 주기로 환원슬래그 혼합토의 환경적 특성을 고찰하기 위한 시험을 수행하였다. 환원슬래그를 XRD, XRF를 이용하여 정성 정량적으로 분석한 결과, calcium silicate의 일종인 $Ca_2(SiO_4)$가 주요 결정 광물로 나타났다. 그리고 ICP-OES에 의한 중금속 분석결과 철강 생산 공정에 의한 영향으로 Al, Fe, Mn이 환원슬래그에 포함된 주요 중금속으로 확인되었다. 이를 폐기물관리법에 의한 오염물질 배출허용기준과 비교한 결과 중금속에 의한 오염가능성은 거의 없을 것으로 사료된다. 또한 환원슬래그 혼합토 침출수는 0% 혼합토에서 pH 6.9로부터 30% 혼합토에서 pH 10으로 측정되어 문제가 없음을 확인하였다. 침출수의 순환주기에 의한 pH 변화는 거의 없는 것으로 나타났다.

• 한국지구과학회지
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• 제42권1호
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• pp.76-87
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• 2021

본 연구에서는 2001년부터 2020년까지 지진과 관련된 지하수위, 수질, 라돈, 원격탐사, 전기비저항, 중력, 지자기 분야의 세계적으로 학술지에 게재된 논문 편수를 Web of Science에서 검색하여 그 경향성을 분석하였다. 그리고 논문 편수와 Mw 5.0 이상, Mw 6.0 이상, Mw 7.0 이상, Mw 8.0 이상, Mw 9.0 이상 지진 발생 건수를 비교 분석하였다. 지진과 관련한 중력, 라돈, 지하수(지하수위, 수질), 전기비저항, 지자기분야 논문 편수는 장기적으로 증가하는 추세를 보인다. 이는 원격탐사 기술의 발달, 측정 장비의 고도화, 빅데이터 분석 등을 통한 종합적인 자료 해석이 가능해지면서 여러 분야에서 지진 전조 및 지진 현상 연구가 활발해지고 있기 때문이다. Mann-Kendall과 Sen 추세 검정에 의하면, 중력 관련 논문의 경우 1.30편/년의 증가추세를 보이고, 라돈 0.60편/년, 지하수 0.70편/년, 전기비저항 0.25편/년, 원격탐사 0.67편/년의 증가추세를 보인다. Mw 5.0 이상, Mw 6.0 이상, Mw 7.0 이상, Mw 8.0 이상, Mw 9.0 이상의 지진발생 건수와 경향성을 제거한 분야별 논문 편수 간의 교차상관분석에 의하면, 라돈과 원격탐사 분야의 교차상관성이 높으며, 지연시간은 1년이다. 또한 2004년과 2005년 수마트라 지진, 2008년 쓰촨성 지진, 2010년 아이티 지진, 2010 칠레 지진 등의 큰 규모의 지진 발생이 논문 편수 증가와 관련되는 것으로 추정된다.

• 공업화학
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• 제34권3호
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• pp.307-312
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• 2023

본 연구는 수소 경제 사회의 안전 확보를 위해 수소 연료전지 후단 배출된 미반응 수소를 안정적으로 산화하는 방안에 대해 논의하였다. 안전 시스템은 미반응 수소를 에너지원 없이 제거할 수 있는 상온 산화촉매를 충진하였으며, 이때 반응으로 배출되는 산화열은 안정적으로 회수할 수 있는 열 회수 장치를 연계하고자 하였다. 그 결과, 수소 산화 시스템의 충진 조건에 따라 시스템 내 압력 및 유체 흐름이 변화함을 CFD 분석을 통해 확인하였다. 또한 배가스 온도, 열 회수기 내 유량 및 압력조건을 최적화하여 300 ℃ 이상의 배가스 산화 열원을 40 ℃ 이상의 온수를 확보하는 방식으로 폐열을 회수할 수 있음을 확인하였다. 본 연구를 통해 수소 연료전지와 같은 중·소규모 사업장에 적용된 수소 활용 공정을 실증 규모로 평가하여 안전 시스템으로의 가능성을 확인하였다. 추후 실증화 연구를 통해 예측하지 못한 수소 안전사고에 대해 대응할 수 있는 안전 가이드로 활용될 수 있다고 판단된다.

• 한국건설순환자원학회논문집
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• 제11권3호
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• pp.226-233
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• 2023

본 연구에서는 국내 레미콘 산업의 산업부산 CO₂ 활용기술 확보를 통한 CCUS 기술의 부상을 목적으로 기체 CO₂를 시멘트 모르타르, 콘크리트 등 시멘트계 재료에 직접 주입하여 사용하기 위해 총 2단계로 나누어 연구를 수행하였다. 1단계에서는 기체 CO₂ 사용에 따라 시멘트 모르타르의 물성에 미치는 영향인자를 도출하고, 영향인자에 대해 기준 배합과 동등한 물성발현을 위한 재료적 검토를 포함하였다. 1단계 검토결과, 물/시멘트비 조정 등이 일반적인 재료적 접근에 의한 물성확보는 한계가 있는 것을 확인하였으며, 이에 2단계에서는 CO₂ 사용방법, 시멘트 모르타르의 비빔방법 등 CO₂를 주입한 모르타르의 최적화에 대한 전반을 포함하였다. 기체 CO₂의 모르타르 주입 시 나타나는 물성변화에 대한 해결방안과 압축강도 성능증진을 위한 기체 CO₂의 최적 주입율 및 주입시간을 도출하였다. 그 결과, 일반 모르타르와 비교하여 최종 비빔 후 120초 이상의 추가비빔시간이 요구되는 것을 확인하였으며 유동성 및 압축강도 발현성능을 고려한 기체 CO₂의 적정 주입율은 시멘트량 중량 대비 0.1~0.2 %로 도출되었다. 기체 CO₂ 주입시간 증가에 따른 추가적인 강도증진효과는 나타나지 않았으며, CCUS 기술로써 활용되기 위해서는 CO₂ 고정화량 평가 등 미세분석을 통한 추가적인 검토가 필요하다.

• Advances in nano research
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• 제16권4호
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• pp.375-394
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• 2024

The extensive utilization of concrete has given rise to environmental concerns, specifically concerning the depletion of river sand. To address this issue, waste deposits can provide manufactured-sand (MS) as a substitute for river sand. The objective of this study is to explore the application of machine learning techniques to facilitate the production of manufactured-sand concrete (MSC) containing stone nano-powder through estimating the splitting tensile strength (STS) containing compressive strength of cement (CSC), tensile strength of cement (TSC), curing age (CA), maximum size of the crushed stone (Dmax), stone nano-powder content (SNC), fineness modulus of sand (FMS), water to cement ratio (W/C), sand ratio (SR), and slump (S). To achieve this goal, a total of 310 data points, encompassing nine influential factors affecting the mechanical properties of MSC, are collected through laboratory tests. Subsequently, the gathered dataset is divided into two subsets, one for training and the other for testing; comprising 90% (280 samples) and 10% (30 samples) of the total data, respectively. By employing the generated dataset, novel models were developed for evaluating the STS of MSC in relation to the nine input features. The analysis results revealed significant correlations between the CSC and the curing age CA with STS. Moreover, when delving into sensitivity analysis using an empirical model, it becomes apparent that parameters such as the FMS and the W/C exert minimal influence on the STS. We employed various loss functions to gauge the effectiveness and precision of our methodologies. Impressively, the outcomes of our devised models exhibited commendable accuracy and reliability, with all models displaying an R-squared value surpassing 0.75 and loss function values approaching insignificance. To further refine the estimation of STS for engineering endeavors, we also developed a user-friendly graphical interface for our machine learning models. These proposed models present a practical alternative to laborious, expensive, and complex laboratory techniques, thereby simplifying the production of mortar specimens.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제25권5호
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• pp.39-47
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• 2024

본 연구에서는 재활용 시 도로용이나 지반 보강재로 사용되는 전기로 제강슬래그의 입경별 중금속 용출 실험과 제강슬래그와 점토를 혼합한 혼합비별 공시체의 이온 용출을 실험하여 환경적 특성을 분석하였다. 폐기물 공정시험결과 시료 시험항목에서 중금속은 검출되지 않은 것으로 나타났으며, 물과 접하지 않은 제강슬래그의 경우 용출이 일어나지 않는 것을 알 수 있었으나, 제강슬래그의 중금속 용출 실험을 진행하여 ICP-OES 분석한 결과 일부 중금속이 검출되었다. 제강슬래그가 물과 반응하면 제강슬래그 내에 존재하는 Free CaO와 화학반응이 일어나 용출이 되는 것을 알 수 있었다. 제강슬래그의 입경별 용출 실험을 진행한 결과 가장 많은 용출이 일어난 알루미늄의 경우 입경이 작을수록 커지는 것으로 나타났으며, 제강슬래그와 점토를 혼합한 혼합토의 경우 제강슬래그의 함량이 증가할수록 알루미늄의 용출량은 증가하였다. 그러나 제강슬래그만을 사용했을 때보다 제강슬래그와 점토의 혼합토에서 용출되는 알루미늄의 양이 현저히 낮아졌으며, 다른 중금속들도 용출되는 양이 기준치 이하로 나타났다. 그러므로 제강슬래그와 점토의 혼합토를 재활용하여 도로용이나 성토용 재료로 사용 시 중금속의 용출에 대한 우려는 매우 낮아질 것으로 사료된다. 이러한 결과는 순수 제강슬래그만을 사용하는 것보다 제강슬래그와 점토를 혼합한 재료가 친환경적으로 지속가능하고 안전한 대안이 될 수 있다고 판단된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제25권6호
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• pp.541-554
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• 2023

터널 및 에너지/폐기물 저장과 관련하여 지하공간의 활용이 증가하는 추세이다. 지하공간의 안정성 확보를 위해서는 암반균열 및 절리를 보강하는 것이 중요하다. 절리와 같은 불연속면은 암반의 강도를 저하시키고, 지하공간 내부로 지하수 유입을 발생시킬 수 있다. 불연속면 주변의 암반 강도의 증대와 차수를 위해 암반 그라우팅을 활용할 수 있다. 그러나 암반 그라우팅 시 주입재료가 암반 절리 내 원활하게 주입되고 있는지 직접적인 확인에 한계가 있다. 그라우팅 주입재가 사전에 목표한 설계안과 같이 주입되지 않을 시 강도, 내구성 증대 및 차수성 향상 효과를 볼 수 없다. 따라서 실험적으로 평가가 어려운 그라우팅 주입재가 설계대로 주입되고 있는지 수치해석을 활용하여 사전에 평가할 필요가 있다. 본 연구에서는 개별요소 수치해석 프로그램인 UDEC (Universal Distinct Element Code)을 활용한 그라우팅 주입재의 물/시멘트 배합비, 주입압력, 주입유량과 같은 주입변수에 따른 주입성능을 평가하였다. 또한 실내실험을 통해 수치해석 결과와 비교하여 수치해석 모델의 신뢰도를 검증하였다. 본 연구결과는 향후 현장에서 그라우팅 설계 시 주입재의 물성, 주입시간, 펌프 압력과 같은 변수들을 최적화할 수 있는데 도움이 될 것으로 기대된다.

• 공업화학
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• 제35권1호
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• pp.54-60
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• 2024

본 연구에서는 자포동물인 보름달물해파리의 면역반응을 유도하여 추출한 점액물질(jellyfish extract at immunity reaction, JEI)을 활용하여 하수처리장 처리수 내 잔존하는 미량오염물질(중금속과 미세플라스틱)의 제거 가능성에 대해 평가하였다. 실험은 자-테스터(jar-tester)를 이용한 lab 규모와 자체 개발한 관접속형 혼화반응 시스템과 농축일체형 분리장치를 연계한 pilot system 규모의 두 방법으로 수행하였다. 모든 실험 조건에서 JEI는 기존 음이온 고분자에 비해 미량오염물질 제거효율이 유사하거나 높은 것으로 분석되었다. 특히 pilot system 규모로 JEI를 하수처리장의 방류수와 혼합하여 사용하면 두 번의 혼합과정에 의해 JEI와 미량오염물질의 결합이 극대화되고 이로 인해 미량오염물질 제거율이 매우 향상됨을 확인하였다. 이러한 실험 결과를 토대로 본 기술을 기존의 방식에서 벗어나 생태계 위해성이 적고 무기성 폐기물 발생을 최소화할 수 있는 미량오염물질 제거 방법으로 제안하는 바이다.

• 방사선산업학회지
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• 제17권3호
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• pp.283-292
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• 2023

Spent nuclear fuel corresponds to high-level radioactive waste that has high decay heat and radioactivity. Accordingly, Spent nuclear fuel withdrawn from the reactor core is primarily stored and managed in a spent nuclear fuel pool in the nuclear power plant to reduce decay heat and radioactivity. In Korea, most nuclear power plant store all spent nuclear fuel in a spent nuclear fuel pool. For wet storage, there are no defense in depth different with reactor core. The study related to spent nuclear fuel pool accident should be carried out to ensure safety. Therefore, it is necessary to analyze previous study cases related to safety of spent nuclear fuel pool and accident cases to build foundational knowledge. The Objective of this study is to analyze study cases of safety assessment and cases for spent nuclear fuel pool accident. For analyzing study cases of safety assessment, possible phenomena when spent nuclear fuel pool accident occurring identified, Subsequently, study cases for safety assessment about each phenomena were investigated, and materials & methods and results for each study are analyzed. For analyzing cases for spent nuclear fuel pool accident, we analyzed accident cases caused by loss of cooling and loss of coolant in spent nuclear fuel pool. Subsequently, causes and change of water level and temperature by each accident case are analyzed. As a result of the analysis on study cases of spent nuclear fuel pool accident, the results of the study conducted by each research institute were vary depending on the computer code, materials & methods of experiment and major assumptions used in the study. As a result of analyzing cases for spent nuclear fuel pool accident, it was found that accident cases for loss of cooling is more than cases for loss of coolant accident. Even though the types of accident in spent nuclear fuel pool were similar, the specific causes were different by each accident case. All the accident cases analyzed did not lead to severe accidents, such as nuclear fuel being exposed to the air. The result of this study will be used as fundamental data for study on spent nuclear fuel pool accident that will be conducted in the future.