고준위 방사성 폐기물 처분장의 경우 폐기물의 방사성 붕괴에 의해 열이 발생되며, 암반을 통한 열전달 에 의해 처분장 주변 환경이 변화됨으로써 처분장의 안전성에 영향을 미칠 수 있다. 그러므로 지하 처분장 대기의 열전달계수를 결정하는 것은 매우 중요하다. 이에 본 연구에서는 Korea Atomic Energy Research Institute Underground Research Tunnel (KURT)에서 내부 환경 인자들의 측정을 통해 강제대류시 열전달계수를 산정하였다. 실험을 위해 KURT 내 히터구간의 막장 벽면에는 길이 2 m, 용량 5 kw의 히터를 삽 입하여 암반 내부를 90℃로 가열하였고, 외부와 연결된 급기용 팬에 의해 신선한 공기를 공급하였다. 연구 결과, 외부공기 공급 후 히터구간 대기의 기류속도는 평균 0.81 m/s로 측정되었고 레이놀즈수는 약 310,000 340,000의 값을 나타냈다. 그리고 강제대류조건에서 히터구간 내 계절별 열전달계수는 각각 여 름철 7.68 W/m2·K와 겨울철 7.24 W/m2·K의 수치를 나타냈다.

지하 동굴식 처분장의 건설, 운영 및 중-저준위 방사성폐기물을 처분한 이후 발생하게 되는 오염물질(Rn, CH CO, HS, Radiolysis에 의한 방사능 가스 등)은 적절한 공기량을 필요로 한 곳에 정확히 분배시킬 수 있는 환기시스템에 의해 통제되도록 하여야한다. 특히 지하 처분장은 여러 개의 진입 터널, 저장 터널, 공기 유입-배기 터널, 수직갱 등으로 이루어진 복잡한 회로망의 형태로 나타나기 때문에 이에 적절한 기술적 접근이 필요하다. 본 논문에서는 이러한 환기시스템 구축을 위한 기술적 접근을 위해 미국의 WIPP (Waste Isolation Pilot Plant)처분장과 스웨덴의 SFR (Slutforvar for Reaktoravfall) 중-저준위 처분장을 모델로 하여 두 처분장의 소요환기량을 선정하고 설계상 통풍로의 단면적, 길이, 표면 거칠기 등을 고려한 환기회로를 구성하였으며, 수학적으로 계산되는 각 회로의 저항에 대해 기술하였다. 또한 이를 바탕으로 적절한 선풍기의 용량과 수직갱 운용방안을 설계하였다. 두 처분장의 지형상의 규모 및 환기시설 비교 결과, SFR 처분장에 비해 WIPP 처분장에서와 같이 병렬구조가 많을수록 처분장 전체의 저항이 감소되며 이러한 결과로 환기시스템의 운용비 절감효과를 얻을 수 있다는 결론을 얻었다. 따라서 처분용량 증대를 위한 대단면의 SFR 처분장 구조와 전체 저항 감소를 위한 WIPP 처분장의 병렬구조를 조합한 형태가 가장 합리적이며 효율적인 환기가 이루어질 수 있을 것으로 사료된다.

자연환기는 처분장의 작업 환경 및 위생, 부유 방사성 핵종의 노출 등과 같은 안전문제에 있어 자연환기 자체만으로는 기계적 강제 환기에 비해서 덜 효과적이지만 처분장 내의 수분제거, 작업 환경 조성과 관련하여 라돈 (Rn) 가스의 희석과 같은 향후 처분장의 장기적 환경을 위해서는 중요한 역할을 할 수 있고, 환풍기와 같은 환기 설비를 이용해야하는 기계환기에 비해 경제적으로 매우 효과적 일수 있다. 본 논문에서는 지하 처분장의 건설 및 운영 기간동안 자연환경 조건에 따라 처분장에 스스로 생기는 자연 환기의 타당성에 대하여 기술하였다. 자연 동굴을 통한 자연환기 유사에 의해 밝혀진 증거들과, 수직갱을 갖는 산악 도로터널에서의 자연 환기 측정, 그리고 주어진 자연환기 압력에 의한 공기 발생량 계산 등을 통해서 자연 환기는 한국형 지하 방사성 폐기물 처분장에 잠재적으로 매우 유익함을 알 수 있다. 효과적으로 유도된 자연 환기는 방사성 폐기물 처분장 내에 발생하는 열과 습도, 그리고 라돈 가스를 제어하기에 경제적으로 좋은 방법이 될 수 있다. 자연환기를 통해 처분장의 전반적 열적 특성은 개선될 수 있고, 수분으로 포화된 공기는 효과적으로 건조되고 그 건조상태 유지 기간은 확장 될 수 있을 것이다.

방사성 폐기물의 지층 처분장 건설 및 운영을 위한 개념 선정 단계에서는 폐기물 운반 및 거치뿐 아니라, 처분장의 건설/운영/폐쇄 기간 동안 지하 처분장의 작업 환경 및 위생, 안전, 그리고 처분장내의 수분 제거와 같은 향후 처분장의 환경을 위해 처분장 환기시스템에 대한 고려가 향후 처분장의 환경을 위해 반드시 필요하다. 본 논문은 동굴처분 방식의 중-저준위 처분장 및 지하 심부에 위치하게 될 고준위 처분장에 대한 환기시스템 개념설계 기준 및 요구사항에 대한 내용이다. 방사성폐기물 처분장의 환기 시스템에서 가장 주된 기본 설계 개념은 처분장 건설과 폐기물저장을 위한 작업활동을 위해 각각 독립적이고 분리된 환기시스템을 적용하여야 한다는 것이다. 본 논문에서는 방사성폐기물 처분장의 환기시스템의 설계과정에 대해 기술하고 환기회로 모델링 방법, 자연 환기, 환기 모니터링 시스템과 실시간 환기 시뮬레이션, 화재 시뮬레이션 및 비상 방재 시스템에 관한 사항도 논의하였다

고준위폐기물 기준처분시스템의 건전성과 처분안전성의 실험적 검증에 필수적인 지하처분연구시설의 기본설계 도출을 위한 연구가 수행되었다. 먼저 지하처분연구시설의 부지에 대해 간단히 기술하고, 이 부지에 건설될 지하처분연구시설의 기본개념을 제시하고자 하였다. 제시된 기본개념을 충족시키기 위한 지하처분연구시설의 설계 요구사항을 설정하고, 이러한 기본개념과 설계요구사항을 바탕으로 지하처분연구시설의 기본설계를 수행하였다. 또 향후 지하처분연구시설에서 수행될 연구항목을 도출하였다.