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고준위폐기물 처분시설의 압축 벤토나이트 완충재의 열전도도 추정
A Prediction of Thermal Conductivity for Compacted Bentonite Buffer in the High-level Radioactive Waste Repository 원문보기

韓國地盤工學會論文集 = Journal of the Korean geotechnical society, v.33 no.7, 2017년, pp.55 - 64  

윤석 (한국원자력연구원 방사성폐기물처분연구부) ,  이민수 (한국원자력연구원 방사성폐기물처분연구부) ,  김건영 (한국원자력연구원 방사성폐기물처분연구부) ,  이승래 (KAIST 건설 및 환경공학과) ,  김민준 (KAIST 건설 및 환경공학과)

초록
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심층 처분방식고준위폐기물을 처분하기 위한 가장 적합한 대안으로 고려되어지고 있다. 심층 처분시설은 지하 500~1,000m 깊이의 암반층에 설치되며 심층 처분시스템의 구성 요소로는 처분용기, 완충재, 뒷채움 및 근계 암반이 있다. 이 중 완충재는 심층 처분시스템에 있어 매우 중요한 역할을 한다. 완충재는 지하수 유입으로부터 처분용기를 보호하고, 방사성 핵종 유출을 저지한다. 처분용기에서 발생하는 고온의 열량이 완충재로 전파되기에 완충재의 열적 성능은 처분시스템의 안정성 평가에 매우 중요하다고 할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 국내 경주산 압축 벤토나이트 완충재에 대한 열전도도 추정 모델을 개발하고자 하였다. 압축 벤토나이트 완충재의 열전도도는 비정상 열선법을 이용하여 다양한 함수비와 건조밀도에 따라 측정하였으며, 총 39개의 실험 데이터를 토대로 회귀분석을 이용하여 경주 압축 벤토나이트의 열전도도 추정 모델을 제시하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

A geological repository has been considered one of the most adequate options for the disposal of high-level radioactive waste. A geological repository will be constructed in a host rock at a depth of 500~1,000 meters below the ground surface. The geological repository system consists of a disposal c...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 벤토나이트 블록의 열전도도를 종속변수로 칭하였으며 열전도도에 미치는 인자들을 독립변수로 칭하였다. 독립변수와 종속변수가 모두 연속형의 데이터인 경우 다중회귀분석을 채택하여 벤토나이트 블록의 열전도도를 추정할 수 있는 모델을 제안하고자 하였다.
  • , 2016), 이는 실내 실험 데이터를 근거로 간단한 추정식만 제시되었고 다양한 변수를 고려한 추정 모델에 대한 통계적 유의성 검증에 대한 연구는 미비한 실정이다. 따라서 본 논문에서는 KJ-II 완충재 블록을 제작하여 다양한 건조밀도 및 함수비에 따라 열전도도를 측정하였으며, 측정된 값을 근거로 건조밀도 및 함수비, 포화도, 공기 백분율에 따른 다양한 변수 조합에 따른 열전도도 추정 모델을 제시하고자 하였다.
  • 압축 벤토나이트 완충재는 처분 용기에서 발생되는 고온의 열량을 주변 암반으로 전파하는데 있어 중요한 역할을 하기에 완충재의 열적 성능은 처분시스템의 안정성 평가에 매우 중요하다고 할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 완충재의 열적 성능 중 하나인 열전도도를 측정하였으며 다음과 같은 결론을 도출하였다.
  • (2008)은 공기부피 백분율을 이용하여 열전도도를 추정할 수 있는 모델을 제시하였다. 따라서 본연구에서도 공기부피 백분율을 독립변수로 사용하여 KJ-II 벤토나이트 블록의 열전도도를 추정하고자 하였다. 역시 3.
  • 따라서 본 연구에서는 다양한 함수비와 건조밀도에 따라 총 39개의 KJ-II 벤토나이트 블록을 제작하였으며 QTM-500 장비를 이용하여 열전도도를 측정하였다. 또한 함수비와 건조밀도 값을 알면 포화도와 공기부피 백분율로 환산이 가능하기에 다양한 독립변수에 따른 열전도도 추정모델을 제시하고자 하였다. Table 2는 사용된 변수들에 대한 기본 통계량을 나타내며 Fig.
  • 본 논문에서는 원자력발전소에서 발생하는 고준위폐기물을 처분하기 위한 심층 처분시스템에서의 압축 벤토나이트 완충재의 열전도도 추정 모델을 제시하였다. 압축 벤토나이트 완충재는 처분 용기에서 발생되는 고온의 열량을 주변 암반으로 전파하는데 있어 중요한 역할을 하기에 완충재의 열적 성능은 처분시스템의 안정성 평가에 매우 중요하다고 할 수 있다.
  • 본 연구에서는 새롭게 생산된 KJ-II 완충재의 열-수리-역학 거동 중 열전도도에 대한 추정 모델을 새롭게 제시하고자 하였다. 기존의 KJ-I에 대한 열전도도 측정 실험 및 거동 모델에 연구가 진행되었으나(Lee et al.
  • , 2015). 즉 압축 벤토나이트 완충재의 포화도에 따른 열전도도 변화가 안정성 평가에 중요한 요소로 작용하기에 압축 벤토나이트 완충재의 포화도 및 건조밀도에 따라 열전도도 추정 모델을 제시하고자 하였다. 3.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
원자력 에너지는 국내 전력 총 생산량의 얼마를 생산하는가? 국내 전력 총 생산량의 30%를 차지하고 있는 원자력 에너지는 그 사용량이 점점 증가하고 있는 추세이다. 국내에서는 원자력 에너지의 중요성을 인지하여 현재 총25기의 원자로가 가동 중이며, 추가적으로 2024년까지 34기의 원자로 운영계획을 가지고 있다.
국내 가동 원자로 수와 추가 가동 계획은? 국내 전력 총 생산량의 30%를 차지하고 있는 원자력 에너지는 그 사용량이 점점 증가하고 있는 추세이다. 국내에서는 원자력 에너지의 중요성을 인지하여 현재 총25기의 원자로가 가동 중이며, 추가적으로 2024년까지 34기의 원자로 운영계획을 가지고 있다. 한편, 원자력 발전소의 연료로 쓰고 난 사용후핵연료는 방사선준위가 높은 폐기물로써 강한 방사선과 높은 열을 방출하여 인체에 매우 위험하기 때문에 고준위 폐기물의 처분 문제가 꾸준히 제기되어 왔다.
사용후핵연료를 처분하는 심지층 처분장은 어떠해야 하고, 그 이유는? 사용후핵연료봉은 부식과 충격에 견뎌내는 강한 금속재로 만들어진 처분용기에 보관되고, 견고한 암반에 건설된 동굴 형태의 심지층 처분장에 넣은 후 완충재로 밀봉된다. 또한 동굴 형태의 처분장은 뒷채움재로 완전히 메워 겹겹이 둘러싸인 채로 생태계로부터 철저하게 격리되어야 한다(Fig. 1). 이 때 처분용기와 처분공 사이에 채워지는 완충재는 처분용기를 처분공에 고정시키는 역할뿐만 아니라, 암반의 전단거동과 같은 물리적 충격으로부터 처분용기를 보호하며, 지하수 유입을 최소화하여 지하수에 의해 용해된 핵종이 주변 암반으로 유출되는 것을 저지한다(Yoo et al., 2016; Choi et al., 2014). 또한 완충재의 열적 특성은 처분용기로부터 발생되는 붕괴열을 주위 암반으로 신속히 발산시켜, 완충재의 온도가 설정된 최고 온도를 넘지 않도록 하는데 중요한 역할을 한다(Lee et al., 2014). 이를 위해 완충재는 처분용기로부터 열을 발산하기 위한 높은 열전도도를 가져야 한다(Villar et al., 2006).
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참고문헌 (26)

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  26. Yoon, S., Kim, G. Y., Kim, M. J., and Lee, S. R. (2017), "Evaluation of Water Content Measurement for Bentonite Buffer Material", Proceeding of KGS Spring National Conference, Seoul, Korea. 

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