초록 ▼

□ 연구개요
본 연구는 지하심부에 건설되는 고준위 방폐장에서 예상되는 열-수리-역학적 거동을 이해하고, 공학적 방벽시스템의 최적설계와 장기적인 안정성을 평가 할 수 있는 연관된 THM 현상에 대한 수치해석 시뮬레이터(Geo-COUS)를 개발하고자 하였다. 복잡한 THM 상호작용을 받는 완충재에 대한 실내실험을 통하여 열-역학적 물성치를 산정하고 이에 대한 구성모델을 제안하였다. 또한 절리를 포함반 암반에 대한 THM 해석을 할 수 있는 새로운 개념의 유한요소 해석기법을 개발하였다. 개발된 프로그램은 각국에서 수행된 실증실험결과

□ 연구개요
본 연구는 지하심부에 건설되는 고준위 방폐장에서 예상되는 열-수리-역학적 거동을 이해하고, 공학적 방벽시스템의 최적설계와 장기적인 안정성을 평가 할 수 있는 연관된 THM 현상에 대한 수치해석 시뮬레이터(Geo-COUS)를 개발하고자 하였다. 복잡한 THM 상호작용을 받는 완충재에 대한 실내실험을 통하여 열-역학적 물성치를 산정하고 이에 대한 구성모델을 제안하였다. 또한 절리를 포함반 암반에 대한 THM 해석을 할 수 있는 새로운 개념의 유한요소 해석기법을 개발하였다. 개발된 프로그램은 각국에서 수행된 실증실험결과의 상호검증을 통하여 예측의 신뢰도를 향상시켰다. 최종적으로 개발된 시뮬레이터를 이용하여 국내 지질 및 열적 조건에서 대한 고준위 방폐의 THM 현상에 대한 단기 및 장기적인 안정성을 평가하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구의 주요 연구내용은 공학적 방벽시스템의 내부 완충재에 대한 THM 해석 기법, 방벽시스템 외부의 암반에 대한 THM 해석 기법, 그리고 이를 통합한 수치해석 시뮬레이터의 독자적 개발과 고준위 방폐장의 가상부지에 대한 해석을 수행하였다.
1) 완충재에 대한 THM 해석기법: 완충재에 대한 THM 실내 물성실험, 완충재의 압축 및 다짐 특성, 완충재의 THM 현상에 대한 역학적 구성 모델의 개발, 완충재의 THM 현상에 대한 지배방정식과 유한요소 수식화, 완충재의 유실에 대한 모델개발과 수식화,
2) 암반에 대한 THM 해석 기법: 암반에 대한 내재적 절리-연속체의 역학적 모델링 기법, 절리 암반에 대한 수리하적 모델, 절리 암반에 대한 열적 모델
3) THM 유한요소 시뮬레이터의 확장: 지반 내 자연대류에 대한 수치해석, 얼음벽 형성에 대한 지하수 흐름의 영향
4) 고준위 방폐장의 가상부지에 대한 해석: 국내의 지질 및 온도 특성, 가상부지에 대한 THM 수치해석
고준위 방폐장의 장기적인 안정성을 평가하기 위하여, 지반과 절리를 암반에 대한 통합된 THM현상을 해석하기 위한 유한요소 프로그램을 개발하였다. 고준위 방폐장 설치를 위한 해외 공동 프로젝트의 mock-up 실험에 대한 개발된 프로그램의 비교 및 검증하였다. 그리고 국내 암종 및 지중 온도경사를 고려한 공학적 방벽시스템의 광역적 안정성 해석을 수행하였다.

□ 연구개발결과의 중요성
원자력 산업의 미래와 성공은 방사성 폐기물의 안전한 관리에 대한 국민의 신뢰에 크게 의존하며, 일반인들의 신뢰를 놓이기 위해서는 방사성 폐기물에 대한 종합적인 안전성확보 체계를 구축하는 것이 중요하다. 고준위 방사성폐기물 및 사용후 핵연료의 처분 안전성을 확보하기 위해서는 반감기가 수백만년에 이르는 방사성 핵종 유출을 억제하고 시스템의 공학적 안정성을 확보할 수 있는 엄격한 기술적 평가가 필요하다. 원자력 사업의 선진국들은 처분관련 정책과 더불어 각국의 사정에 적합한 공학적 방벽시스템의 처분용기와 완충재에 대한 설계/시공/유지관리 기준에 관한 지속적인 연구 개발이 진행 중에 있다. 본 연구에서 개발된 THM현상에 대한 수치해석 시뮬레이터는 고준위 폐기물 처분장의 공학적 방벽시스템내의 거동을 예측 할 수 있는 기술의 자립화와 공학적 접근을 통하여 원자력사업의 마지막 단계를 성공적으로 완수하고, 국가 경제·산업의 국내외적인 경쟁력을 향상시킬수 있을 것으로 기대된다.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 4
• 2.1 완충재의 열-수리-역학적 특징 ... 4
• 2.1.1 완충재에 대한 THM 실내 물성실험 ... 4
• 2.1.2 완충재의 압축 및 다짐 특성 ... 6
• 2.1.3 완충재의 THM 현상에 대한 역학적 구성 모델의 개발 ... 7
• 2.1.4 완충재의 THM 현상에 대한 지배방정식과 유한요소 수식화 ... 8
• 2.1.5 완충재의 유실에 대한 모델개발과 수식화 ... 10
• 2.2 절리를 포함한 암반에 대한 열-수리-역학 해석기법개발 ... 11
• 2.2.1 암반에 대한 내재적 절리-연속체의 역학적 모델링 기법 ... 11
• 2.2.2 수리학적 모델 ... 12
• 2.2.3 절리 암반에 대한 열-수리-역학적 요소 개발 ... 13
• 2.3 THM 유한요소 simulator의 확장 ... 13
• 2.3.1 지반내 자연대류에 대한 수치해석적 논의 ... 13
• 2.3.2 얼음벽 형성에 대한 지하수 흐름의 영향 ... 15
• 2.4 가상부지에 대한 수치해석 해석 ... 16
• 2.4.1 국내의 지질 및 온도 특성 ... 16
• 2.4.2 가상부지에 대한 THM 해석 결과 ... 17
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 18
• 4. 참고문헌 ... 19
• 5. 연구성과 ... 21
• 대표적 연구실적 ... 21
• 끝페이지 ... 33