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• 연구 주제
• 연구 방법
• 연구 결과

문제 정의

• 동굴식 처분 방식을 사용하는 중-저준위 방사성 폐기물 처분장의 자연 환기 가능성을 보다 실질적으로 유추하기 위해 산악 암반 중에 건설된 도로터널에서의 자연환기력을 알아보았다. 국내의 산악 고속도로 터널 중 길이가 긴 장대 터널은 원활한 환기를 위해 터널 중간에 수직갱 (WIPP의 수직갱에 비해 깊이가 낮음; 200 m 이하)을 가지고 있는데, 이는 위에서 설명한 여러 동굴형태 중 가장 높은 환기 효율을 기대할 수 있는 Mammoth Cave 형태의 동굴과 유사하다.
• 될 수 있다. 따라서 특정 지역에 설계된 지층 처분장에서 발생할 수 있는 자연환기의 가능성과 그 크기를 예측하여 경제적이면서도 안전한 처분장 운영에 큰 도움이 될 수 있도록 하기 위하여 중저준위 폐기물 처분장 및 고준위 방사성 폐기물 처분장에서의 자연환기의 타당성에 대한 연구를 실시하여 다음과 같은 결과를 얻을 수 있었다.

가설 설정

• 22 "山sec 의 공기량이 발생할 것으로 예측 된다. (수직갱 끝에 같은 공기 필터를 사용한다는 가정). 두 경우 모두 자연환기압력에 의해 발생하는 공기량은 계절별로 매우 큰 차이를 보이며 변동하는 것으로 보이지만 향후 처분장의 장기적 환경을 위해서는 적지 않은 공기량으로 평가 된다.
• 동굴 입구외에 공기통로의 유무, 4) 동굴 내부와 외부의 기후 등이 고려되어야 한다. 일반적으로 동굴은 바닥부터 천장까지의 높이가 높아야 대류를 잘 일으킬 것이고, 또한 동굴 내에 수직 환기구가 있고 적절한 곳에 위치하며 가능한 한 높이가 높다면 굴뚝효과에 의해 자연 환기를 극대화 시킬 수 있을 것이다.

제안 방법

• 2- 중-저준위 폐기물 처분장이 동굴식으로 만들어지는 경우 예상되는 자연환기량을 예측하기 위해 WIPP의 경우와 수직갱을 갖는 국내 산악 도로터널의 경우를 분석했다. 계산된 자연환기량은 WIPP이 약 0.

대상 데이터

• 국내의 산악 고속도로 터널 중 길이가 긴 장대 터널은 원활한 환기를 위해 터널 중간에 수직갱 (WIPP의 수직갱에 비해 깊이가 낮음; 200 m 이하)을 가지고 있는데, 이는 위에서 설명한 여러 동굴형태 중 가장 높은 환기 효율을 기대할 수 있는 Mammoth Cave 형태의 동굴과 유사하다. 산악 교통터널 중국 내에서 대표적인 수직갱 터널인 둔내 터널과 죽령 터널에서 여름철과 겨울철에 걸쳐 측량이 이루어졌다. 둔내 터널과 죽령 터널의 제원은 Table 2와 같다.

성능/효과

• 비교하여 보았을 때 겨울철 보다 여름철에 온도차이가 큰 것으로 나타났다. 예상대로 터널 내 외부의 온도차이가 큰 여름철의 자연환기력이 우세하였으며, 평균고도 및 수직갱의 높이가 더 높은 둔내터널의 자연환기력이 죽령터널에 비하여 더 큰 수치를 보였다. 한편, 둔내터널의 하행선에는 수직갱이 설치되어 있지 않으므로 수직갱이 있는 터널과 없는 터널의 자연환기력을 자연스럽게 비교하여 볼 수 있었는데 수직갱이 없는 곳의 겨울철 자연환기력은 15.
• 경우와 수직갱을 갖는 국내 산악 도로터널의 경우를 분석했다. 계산된 자연환기량은 WIPP이 약 0.20 ~ 0.66 m/sec 정도가 되고, 공기 필터 (공기량 1 m/s 당 1000 N/m 압력손실)를 수직갱에 포함하는 산악 도로터널 경우 계절에 따라 약 0.22 ~ 1.35 m/sec 정도의 자연 환기에 의해 상당량의 공기흐름이 발생하는 것으로 예측 되었다.
• 3. 둔내터널에서 상행선 (수직갱 설치)과 하행선 (수직갱 미설치)의 자연환기력을 비교하여 보면 수직갱이 있는 상행선이 수직갱이 없는 하행선 보다 자연환기력이 약 10배 (겨울철 기준) 가까이 큰 것으로 나타났다. 또한, 수직갱이 설치되어 있지 않은 국내 도심지 (상대적으로 산악지역 보다 기온차가 심하지 않음) 도로터널에서의 자연환기력을 더불어 비교하여 볼 때, 산악 터널 이면서 수직갱을 갖는 터널이 도심지 터널 이면서 수직갱을 갖지 않는 터널에 비해 자연환기력이 크게 증가한다는 것을 보여준다.
• 둔내터널에서 상행선 (수직갱 설치)과 하행선 (수직갱 미설치)의 자연환기력을 비교하여 보면 수직갱이 있는 상행선이 수직갱이 없는 하행선 보다 자연환기력이 약 10배 (겨울철 기준) 가까이 큰 것으로 나타났다. 또한, 수직갱이 설치되어 있지 않은 국내 도심지 (상대적으로 산악지역 보다 기온차가 심하지 않음) 도로터널에서의 자연환기력을 더불어 비교하여 볼 때, 산악 터널 이면서 수직갱을 갖는 터널이 도심지 터널 이면서 수직갱을 갖지 않는 터널에 비해 자연환기력이 크게 증가한다는 것을 보여준다.
• 4. 동굴식 중-저준위 처분장에서 자연환기압력에 의해 발생하는 공기량은 계절별로 매우 큰 차이를 보이며 변동할 것으로 예측된다. 하지만 이를 잘 분석하고 처분장의 형태를 자연 환기를 고려하여 설계한다면 비록 자연환기량이 처분장 내의 작업 환경 및 위생, 부유 방사성 핵종의 노출 등과 같은 안전문제를 감당할 정도의 공기량은 되지 못하겠지만, 향후 처분장의 장기적 환경에는 큰 도움이 될 수 있는 공기량으로 평가 된다.

후속연구

• 그러므로 지하 수백 미터의 심부 암반에 위치하고 폐기물에서 발생하는 붕괴열과 지열에 의해 내부 온도가 높은 고준위 방사성 폐기물 처분장은 지리적 위치와는 상관없이 강한 자연환기력을 가질 수 있다. 한편, 고준위 처분장과 비교할 때 처분장 깊이가 비교적 얕고 폐기물 붕괴열이 발생하지 않는 중-저준위 방사성 폐기물 처분장의 경우라 할지라도 산중 혹은 작은 언덕 지형에 터널 혹은 동굴을 건설한다면 공기통로 입구들의 고도차로 인해 강한 자연환기력을 확보할 수 있을 것이다.
• 하지만 만약 어떤 지역에서 지표면 공기 온도의 계절별 범위가 자연환기력에 의해서 순환되는 처분장의 지층 평균 온도를 넘는다면 언제나 공기흐름의 역류현상이 발생할 수 있다. 이런 이유 때문에 동굴식 처분장이 기계적 강제 환기장치 없이 자연환기력에 의해 순수하게 환기되는 방식은 권장되지 않으며 기계적 환기 장치를 기본으로 하고 자연환기력의 영향을 고려한다면 더욱 효율성 높은 환기 시스템을 구축할 수 있을 것으로 사료된다.
• 복잡해진다. 즉, 본 논문에서는 논의 되지 않았지만 고준위 처분장에서의 자연 환기 압력은 공기 온도에 의존하고 공기 온도는 다시 흐르는 공기량에 의해 지배되므로 처분장 내에 발생하는 열과 환기 공기량에 따른 공기 온도 변화를 계산해서 공기량을 산출해야 할 것이다.
• 동굴식 중-저준위 처분장에서 자연환기압력에 의해 발생하는 공기량은 계절별로 매우 큰 차이를 보이며 변동할 것으로 예측된다. 하지만 이를 잘 분석하고 처분장의 형태를 자연 환기를 고려하여 설계한다면 비록 자연환기량이 처분장 내의 작업 환경 및 위생, 부유 방사성 핵종의 노출 등과 같은 안전문제를 감당할 정도의 공기량은 되지 못하겠지만, 향후 처분장의 장기적 환경에는 큰 도움이 될 수 있는 공기량으로 평가 된다.
• 6. 향후 국내 중-저준위 처분장의 방식이 동굴식으로 선정되는 경우 그리고 고준위폐기물 처분장을 지하 심부 암반에 건설하는 경우, 환기량의 계산 및 적정 환기 시스템의 설계에 있어 계절에 따른 환기 시스템의 변화와 같은 자연환기력의 영향을 반영하는 것이 필요할 것이다.
• 이는 처분장 내에서 지속적이고 강력한 열원이 존재한다면 자연 지속적인 공기의 싸이클적 흐름을 가능하게 할 것이라는 자연 유사적 증거가 된다. 또한 자연 환기는 강제환기 만큼 효과적이지는 않지만 엔지니어에게 열과 습기를 제거하기 위한 매우 효율적인 도구로 사용될 수 있고 방사성 폐기물 처분장의 전반적인 열 특성을 개선시킬 수 있을 것이다.

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