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문제 정의
- 본 연구의 목적은 고알칼리 환경 하에서 일어나는 석영내 알칼리이온(OH−)의 이동현상을 균질화 해석법을 이용해 정량적으로 기술하고 Dove (1994)에 의해 제시된 용해 속도식으로부터 고알칼리 환경 하의 석영용해에 대한 시간 의존성 거동을 수치해석을 통해 명확히 규명하는데 있다.
- 본 연구에서는 고준위 방사성 폐기물 처분시설에 사용되어지는 Bentonite 및 주변 암석 내에 다량 존재하는 석영에 대한 연구를 실시하였다. 석영의 물리 화학적 특성에 영향을 주는 것으로 알려진 알칼리 환경(Ganor and Lasaga, 1998; Knauss and Wolery, 1988; Broekmann, 2004) 하에서 일어나는 석영용해에 대한 용해속도식과 알칼리 이온의 확산에 대한 지배방정식을 균질화 해석법을 이용하여 계산하였다.
- 이러한 결과는 실험이 가지는 시간에 대한 한계를 극복할 수 없다. 이러한 실험의 한계를 극복하기 위하여 본 연구에서는 수학적인 모델링 및 해석기법을 이용하여 암석 및 광물의 장기거동에 대한 분석을 실시하였다. 이 연구에 사용되어진 광물의 물리적 특성은 실험이 아닌 분자 동역학 해석 결과를 이용하였으며, 이를 입력 자료로 사용하여 균질화 해석을 실시하였다.
- , 1994; Brady and Walther, 1990; Broekmann, 2004). 이 연구에서는 지하 시설물의 안전성을 판단하기 위해 고알칼리 환경 하에서 일어나는 석영의 변형과 시간의존성 변화를 정량적으로 파악하기 위하여 실험을 실시하였다.
- Bentonite계 재료 같은 다공질매체내에서 일어나는 이동현상은 이러한 마이크로 레벨의 간극구조 또는 이온과 점토광물의 상호작용에 의해 크게 좌우된다. 본 연구에서는 용질의 이동현상을 정확히 규명하기 위해서 마이크로 레벨의 구조특성 및 물리화학적 특성을 매크로 영역의 거동으로 확대하여 통일적으로 표현하는 것이 가능한 균질화 해석 (Ichikawa et al., 1999; Ichikawa et al., 2001; Ichikawa et al., 2005)을 적용하여 석영의 매크로 영역 내에서 일어나는 용질의 이동현상을 해석하였다. 균질화법은 비균질 물질의 구조가 매우 작은 크기로 축소되면 주기적인 구조를 가진다는 가정에서 출발한다(Fig.
가설 설정
- 석영의 구조는 실리카(silicate) 사면체의 3차원 구조이며 각각의 사면체는 산소원자를 공유하면서 결합되어 있으며 물 분자는 이런 실리카의 표면에 흡착되고 이렇게 흡착된 물 분자는 실리카의 표면 및 주변의 Si-O-Si와 반응을 한다. 또 용해 속도는 흡착된 물 분자로부터 Si-O-Si의 가수분해속도와 관계가 있다고 가정할 수 있다. 석영이 용해되는 순서는 사면체의 공유된 4개의 결합에 각각 물 분자가 흡착 (Fig.
- 1. Smectite의 용해속도는 2개의 독립된 병렬반응에 의해 규제된다.
- 그러나 여기서 용액이 이상용액에 가까워질수록 활량 계수는 1의 값에 가까워지므로 본 연구에서는 활량계수를 1로 가정을 하고 계산을 실시하였다.
- 석영의 용해량은 온도의 영향이 층간수의 영향보다 매우 크게 작용한다. 2. 층간수의 두께가 작아지면 질수록 용해에 대한 지연효과가 커지게 된다. 3.
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