본 연구에서는 호흡동조화기법의 대안으로 딥러닝 자유호흡기법에서 b-value 별 겉보기확산계수 값을 평가하고 확 산강조영상과 겉보기확산계수 지도의 해부학적 일치성을 분석하여 적절한 여기횟수 값을 알아보고자 하였다. 연구 방법은 2023년 7월부터 2024년 1월까지 간 자기공명영상 검사가 의뢰된 성인 남녀 35명을 대상으로 하였고 사용 장비는 Magnetom Skyra 3.0T(Siemens, Germany)를 이용하였다. 자유호흡기법의 비교를 위해 b-value 50, 400, 800(s/mm2)의 여기횟수를 각각 딥러닝 호흡동조화기법에서 2,3,4으로 딥러닝을 이용하지 않은 일반 자유호 흡기법에서 4,6,8으로 검사하였다. 딥러닝을 추가한 일반 자유호흡기법에서는 1,2,3 여기횟수, 2,3,4 여기횟수, 3,5,6 여기횟수, 4,6,8 여기횟수로 변화하였다. 연구 결과 딥러닝 자유호흡기법에서 간의 좌엽과 우엽, 담낭의 평균 겉보기확산계수 값은 딥러닝 호흡동조화기법과 비교하여 모두 통계적 유의성을 확인하였다. 한편 정성적 평가의 해 부학적 일치성을 분석한 결과 딥러닝 자유호흡기법의 3,5,6 여기횟수와 4,6,8 여기횟수에서 가장 높은 점수를 얻었 으며 검사 시간에서는 딥러닝 호흡동조화기법과 비교하여 약 51%, 40% 감소하였다. 따라서 간 진단에 있어 딥러닝 자유호흡기법에서 b-value 별 적절한 여기횟수 값을 이용한다면 겉보기확산계수 지도의 정확도 유지와 함께 검사 시간을 감소시킬 수 있어 임상적으로 유용한 검사가 될 것으로 사료된다.

본 연구에서는 자기공명 탄성도 검사에 병렬 영상 기법(Philips사의 SENSE)을 적용하여 호흡 정지 시간을 단축시키고, 진단적으로 유용한 영상을 획득하는데 적용 가능한 SENSE 인자의 범위를 알아보고자 하였다. 팬텀 실험과 자원자 실험을 진행하였고, 각 실험은 SENSE 인자를 증가시켜가며 촬영하였다. 영상 평가는 경직도 95% 신뢰도 지도(stiffness 95% confidence map)에서 경직도 수치를 측정하고, 파동 영상은 영상의학과 전문의 1명과 방사선사 4명이 블라인드 테스트 하였다. 통계학적 분석은 비모수 통계인 크러스칼-왈리스 검정을 이용하였고, 사후 분석은 본페로니 교정을 이용하였다. 연구 결과 경직도 수치는 SENSE 인자 2부터 3.5까지 통계적으로 유의미한 차이를 보이지 않았고, 파동 영상의 평가 결과 2부터 3.5까지 4점 이상의 높은 점수를 유지하였으며, 사후 분석 결과에서도 큰 차이를 보이지 않았다. 반면에, 호흡 정지 시간은 20.9초에서 12.1초로 약 8.8초 감소했다. 따라서 호흡 정지 시간이 짧은 환자 검사 시 SENSE 인자를 적절히 증가시켜 검사의 성공률을 높이고, 더불어 진단적 가치가 있는 영상을 획득할 수 있을 것으로 사료된다.

Gd-EOB-DTPA를 사용해 시간별로 3차원 T1강조 자기공명 담도조영술(T1W MRC)을 얻어 담즙 내로 배설되는 적절한 지연 시간을 알아보고, 이를 3차원 T2강조 자기공명 담도조영술(T2W MRC)과 비교하여 간담도 영상의 유용성을 평가하고자 한다. 본원을 내원하여 간 자기공명 영상을 검사한 30명의 간공여자를 대상으로 실시하였다. T2W MRC와 T1W MRC를 비교 평가하였으며, T1W MRC는 조영제 주입 후 10, 15, 20, 25분에 획득하였다. 정량적 평가는 T1W MRC 영상의 right hepatic duct(RHD), intra hepatic duct(IHD), common bile duct(CBD)1, CBD2, CBD3에서 시간 변화에 따른 상대적 신호강도 비와 상대적 대조도 비를 산출하였고, 최대투사강도 영상에서 직경과 길이를 측정하였다. 정성적 평가는 T1W MRC 에서의 시간변화에 따라 리커트 5점 척도로 평가하였고 그 중 T1W MRC 15분 지연 영상을 선택하여 T2W MRC와 해부학적 구조를 리커트 5점 척도로 평가하였다. 정량적 평가에서 T1W MRC의 상대적 신호강도 비와 상대적 대조도 비의 경우 CBD3 은 조영제 주입 20분, 나머지 4곳의 측정 부위에서는 조영제 주입 15분 이후 통계적으로 유의한 차이가 없었다. 직경은 15분 이후, 길이는 20분 이후 통계적으로 유의한 차이가 없었다. 정성적 평가에서 T1W MRC의 조영제 주입 15분 이후, T1W MRC 와 T2W MRC를 비교한 결과 CBD와 인공물은 유의한 차이가 없었고, RHD, IHD, pancreatic duct(PD)는 통계적으로 유의하였다. 해부학적 정보만을 제공하는 T2W MRC 영상과 더불어 조영제를 주입한 T1W MRC 영상으로 간담도의 기능도 평가하는 데 도움을 줄 수 있다. 따라서 15분 이후에 얻은 T1W MRC는 임상적인 가치가 있는 영상으로 나타났다.

목 적：간자기공명영상검사에서 역동적 영상의 view sharing 기법은 시간을 단축하며 적당한 동맥기영상을 얻을수 있지만 모든 phase로 데이터를 공유하기 때문에 호흡의 움직임에 영향을 받아 움직임에 의한 인공물(motion artifact)를 많이 발생시킨다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 view sharing을 이용하지 않는 independent-VIBE와의 삼중동맥기 영상을 비교하여 independent-VIBE 기법의 유효성을 알아보고자 한다. 대상 및 방법：본연구는 2017년 1월부터 2019년 1월까지 간자기공명영상을 재검사한 환자 29명과 지원자 30명을 대상으로 하였다. 장비는 Skyra Elf(3.0T)를 사용하였으며 32채널 spine 코일과 30채널 body 코일을 이용하여 간자기공명영상 역동적 조영증강에서 TWIST-VIBE와 independent-VIBE을 이용하여 검사한 환자를 비교 분석하여 재검사비율을 비교하였으며, 자원자 30명에게 간자기공명영상검사시 TWIST-VIBE와 independent-VIBE 시 3 phase로 나누어 총 18초 중 9초 호흡 정지 후 나머지는 숨을 쉬게 하여 영상에 임의의 움직임을 만들어 표준편차(SD), 변동계수(CoV), 영상의 질를 비교, 분석하였다. 결 과：재검사환자 29명 중 TWIST-VIBE 환자 24건(1.8%), independent-VIBE 환자 5건(0.5%)으로 3.6배의 차이가 나타 났으며 p=0.003으로 통계적으로 유의한 차이를 보였다. 지원자 30명을 대상으로 표준편차를 비교한 결과 TWIST-VIBE에서 각 phase는 15.58±4.24, 16.87±4.32, 19.91±5.35이며 independent-VIBE에서 8.09±2.49, 8.24±2.23, 8.68±2.55 이었다. 변동계수는 TWIST-VIBE에서 각 phase는 15.07±4.14, 15.92±3.43, 18.64±3.43이며 independent-VIBE 는 9.64±2.40, 9.93±2.23, 1057±3.11이었다. p<0.05로 시간 변화에 따른 각 phase 별 표준편차(SD), 변동계수(CoV) 변화치 및 각 집단별 phase의 표준편차(SD), 변동계수(CoV) 수치가 통계적으로 유의한 차이를 보였다. 정성적 평가에서 두 집단의 모든 phase에서 점수의 차이가 p<0.05로 통계적으로 유의한 차이를 보였다. 결 론：호흡이 일정치 못한 환자의 자기공명영상검사에서 independent-VIBE를 이용하여 획득한 결과 view sharing을 이용한 TWIST-VIBE를 이용하여 획득한 영상을 비교하였을 때 independent-VIBE를 이용한 영상에서 움직임에 의한 인 공물(motion artifact)의 영향이 적은 것으로 나타났다. 이에 본연구는 호흡이 불규칙한 환자의 삼중동맥기영상을 획득하는 방법으로 independent-VIBE 검사가 유용할 것으로 사료된다.

목 적：일반적으로 DWI 검사의 Echo Planner Image(EPI)기법은 공기, 지방, 물 등 자화율 차이가 큰 물질에서 종종 왜곡 된 영상이 발생되는 특성이 있다. 또한 B0 field 영역의 불균일에 따라 발생 되어지는 왜곡현상도 1.5T보다 3.0T에서 더 크다. 이러한 문제점을 해결하고 보완하기 위하여 본 연구에서는 정상인을 대상으로 3D shim Whole body DWI와 SIEMENS의 Integrated-shim (i-shim) Whole body DWI의 영상품질을 비교 평가해 보았다. 대상 및 방법：본 연구는 2017년 12월부터 2018년 1월까지 정상인 10명(평균 나이 28.7±3.62세, 체질량지수 26.3±2.74)을 대상으로 하였다. 연구에 사용된 장비는 3.0T MRI 장비(Skyra 3.0T Elfs, SIEMENS, Germany)를 사용 하였으며, 20 채널 head&neck coil, 30 채널 body coil 2개, 18채널 spine coil을 사용하였다. 방법으로는 3D shim WB DWI와 i–shim WB DWI을 연속적으로 검사하였다. step당 TR/TE = 8500/ 56 msec, FOV450x450, matrix 134/134, NEX(b-value 0 =3NEX, 900= 4NEX), 50slice, Slice Thickness 5mm로 하였다. 영상획득시간은 pre scan을 포함하여 step당 3D shim DWI = 183sec, i-shim DWI = 227sec였다. 평가 방법으로는 재구성 된 영상(b-value=900)의 시상 면 영상을 가지고 정성적 분석과 Image J의 Plot profile기능을 활용한 정량적 분석을 하였다. 결 과：시상면 영상에서 척추와 뇌척수(spinal cord) 주변부의 신호소실, 틀어짐, 영상 품질, 3가지 항목을 정성적으로 평가 한 결과 i-shim DWI가 3D shim DWI보다 신호소실 평가에서 0.87점(17.4%)더 높게 받았으며, 틀어짐에서 1.1점(22%), 전체적 영상 품질에서 1.1점(22%) 높았다. 결과적으로 i-shim DWI가 3D shim DWI보다 높은 점수를 보였으며, Total image quality를 5점 척도로 평가한 결과 i-shim DWI가 1.3점(26%)이상으로 더 좋은 점수를 받았다. 정성적 평가에서 영상의 품질이 가장 좋지 않았던 목 부위를 정량적으로 분석해 본 결과, 3D shim WB DWI의 Area signal Plot profile 은 242.74(6.67)이었고, i-shim WB DWI의 Area signal Plot profile은 250.21(5.65)로 i-shim WB DWI에서 목 부위 Area 신호 면적이 더 넓어 신호소실이 더 적은 것으로 확인됬다. 또한 영상의 background 값을 normalize하여 signal intensity를 비교한 결과 3D shim DWI이 455.80(299.81), i-shim DWI이 718.80(376.40)으로 약 1.57배 더 신호강도 가 좋았다. 결 론：i-shim DWI은 기존의 3D shim DWI보다 자화율과 두께 차이가 심한 목 부분에서 자화 불균일에 의한 인공물을 효과적으로 교정할 수 있었으며, 결과적으로 B0 fileld 불균일에 따라 발생되어지는 인공물을 줄이는데 탁월한 것으로 확인됬 다. 또한 step이 인접한 각 table의 위치에서 왜곡에 따른 신호소실을 줄이고 움직임에 대한 보상이 탁월한 것으로 판단되었다.

목 적：일반적으로 DWI 검사의 Echo Planner Image(EPI)기법은 공기, 지방, 물 등 자화율 차이가 큰 물질에 서 종종 왜곡된 영상이 발생되는 특성이 있다. 또한 B0 field 영역의 불균일에 따라 발생 되어지는 왜곡 현상도 1.5T보다 3.0T에서 더 크다. 이러한 문제점을 해결하고 보완하기 위하여 본 연구에서는 정상인을 대상으로 3D shim Whole body DWI와 SIEMENS의 Integrated-shim (i-shim) Whole body DWI의 영상품질을 비교 평가해 보았다. 대상 및 방법：본 연구는 2017년 12월부터 2018년 1월까지 정상인 10명(평균 나이 28.7±3.62세, 체질량지수 26.3±2.74)을 대상으로 하였다. 연구에 사용된 장비는 3.0T MRI 장비(Skyra 3.0T Elfs, SIEMENS, Germany)를 사용하였으며, 20 채널 head&neck coil, 30 채널 body coil 2개, 18채널 spine coil을 사용하였다. 방법으로는 3D shim WB DWI와 i–shim WB DWI을 연속적으로 검사하였다. step당 TR/TE = 8500/ 56 msec, fOV450x450, matrix 134/134, Nex(b-value 0 =3nex, 900= 4nex), 50slice, Slice Thickness 5mm로 하였다. 영상획득시간은 pre scan을 포함하여 step당 3D shim DWI = 183sec, i-shim DWI = 227sec였다. 평가 방법으로는 재구성 된 B900 영상의 시상면 영상을 가지고 정성적 분석과 Image J의 Plot profile기능을 활용한 정량적 분석을 하였다. 결 과：시상면 영상에서 척추와 뇌척수(spinal cord) 주변부의 신호소실, 틀어짐, 영상 품질, 3가지 항목을 정성 적으로 평가한 결과 I shim DWI가 3D shim DWI보다 신호소실 평가에서 0.9점(18%)더 높게 받았으며, 틀어짐에서 1.1점(22%), 총 영상 품질에서 1.1점(22%) 높았다. 결과적으로 i-shim DWI가 3D shim DWI보다 높은 점수를 보였으며, Total image quality를 합산하여 평가한 결과 i-shim DWI가 1.03점 (20.6%)이상으로 더 좋은 점수를 받았다. 정성적 평가에서 영상의 품질이 가장 좋지 않았던 목 부위를 정량적으로 분석해 본 결과, 3D shim WB DWI의 Area signal Plot profile 은 242.74(6.67)이었고, i-shim WB DWI의 Area signal Plot profile은 250.21(5.65)로 I-shim WB DWI에서 목 부위 Area 신호 면적이 더 넓어 신호소실이 더 적은 것으로 확인됬다. 또한 영상의 background 값을 normalize하여 signal intensity를 비교한 결과 3D shim DWI이 455.80(299.81), i-shim DWI이 718.80 (376.40)으로 약 1.57배 더 신호강도가 좋았다. 결 론：i-shim DWI은 기존의 3D shim DWI보다 자화율과 두께 차이가 심한 목 부분에서 자화 불균일에 의한 인공물을 효과적으로 교정할 수 있었으며, 결과적으로 B0 fileld 불균일에 따라 발생되어지는 인공물을 줄이는데 탁월한 것으로 확인됬다. 또한 step이 인접한 각 table의 위치에서 왜곡에 따른 신호소실을 줄이고 움직임에 대한 보상이 탁월한 것으로 판단되었다.

목 적 : 뇌 관류검사에서 일곱번의 exponential delay spacing PLD(post labeling delays)로 brain perfusion영상을 획득하여 재구성한 corrected rCBF(cerebral blood flow)map과 single PLD로 획득, 재구성한 rCBFmap을 비교하여 그 진단적 유용성을 평가하고자 한다. 대상 및 방법 : 2016년 6월부터 10월까지 뇌 혈관성 질환 의심 및 확진 환자 30명(환자의 평균 연령은 53.1세이고 남자12명 여자18명)을 대상으로 연구하였다. MR system은 Discovery 750W(General electronics. USA), 32channel head coil을 사용하였다. single delay ASL은 512 sampling points on 8 spirals, TR:4466ms, TE:10ms, NEX:2, post label delay:1525ms 의 권고 parameter, 7delays eASL은 640 sampling points on 4 spirals, TR:5868ms, TE:10ms, NEX:1의 권고 parameter 를 제외한 나머지 parameter 인 slice thickness: 6mm, number of slice:26, labeling plane: acquisition volume하방 20mm 로 동일하게 하고, post labeling delay를 각각 1회, exponential spacing 7 delays(label duration 1000ms~3500ms)로 하여 spirals 3D fast spin echo imaging sequence로 데이터를 획득, rCBFmap과 corrected rCBFmap을 비교하였다. 영상평가는 정량적 평가와 정성적 평가로 나누어 실시하였다. 정량적 평가는 각각의 rCBFmap에서 상대적 정상 flow가 유입된다고 판단되는 cerebellum의 CBF-value를 100%기준으로 하여 lesion이 확실한 단면, 또는 중간 번째 단면의 rCBFmap에 frontal lobe 4, parietal lobe 2, occipital lobe 2, 총 8구역에 동일한 크기의 ROI를 통해 측정한 CBF-value와의 대비(%)로 수치화 하여 평가하였고, 정성적 평가는 영상의학과 두경부 신경계 판독의 1명과 MRI실에 근무경력 3년 이상인 방사선사 2명 을 대상으로 리커트(Likert scale) 5점 척도로 평가하였다. 정량적, 정성적 평가 모두 SPSS 23.0(SPSS INC. Chicago. IL. USA)을 이용하여 p<0.05일 때 통계적으로 유의한 것으로 판단하였다. 측정, 평가자간 신뢰도는 반복 측정치를 이용한 급 내 상관계수인 ICC(intraclass correlation coefficient)를 구하여 0.75(p<0.05) 이상 나올 경우 신뢰성이 높은 것으로 간주하였다. 결 과 : 정량적 평가에서는 각 측정 부위에 대한 백분위 상대치의 평균값에서 측정 region A에서만 7delays eASL기법이 0.61낮은 수치를 보였을 뿐 B~H에 이르는 전 구간에서 각각 4.32, 7.69, 18.33, 11.46, 26.26, 16.47, 19.9만큼의 상대치 평균 차이가 높은 값을 보였고 모든 측정부위의 p-value는 p<0.05로 통계적으로 유의한 차이를 보였다. 측정자간 신뢰도는 0.805~0.869(p<0.05)로 나타났다. 정성적 평가에서는 리커트 5점 척도 결과 single delay ASL, 7delays eASL 각 각 혈 류신호 균일성에서 2.75±0.94, 4.19±0.78 , 백질 회백질 구분에서 3.64±0.57, 4.08±0.81, 지연혈류 표현에서 2.25± 0.95, 4.16±0.83, 관류대조도 표현에서 3.75±0.50, 4.75±0.50의 결과를 보였다. 비교결과 7delays eASL의 평균 점수가 모두 높았으나 백질 회백질 구분 항목에서 p>0.05(p=0.130)으로 통계적 유의한 차이는 보이지 않았고 나머지 항목에서는 p<0.05(p=0.006, 0.007, 0.004)로 통계적으로 유의한 차이를 보였다. 평가자간 신뢰도는 0.774~0.854(p<0.05)로 통계적 으로 높은 신뢰도를 나타냈다. 결 론 : 7 delays eASL을 이용하여 획득한 뇌관류(brain perfusion)영상은 single delay ASL의 영상과 비교했을 때 진단적으로 유효하다고 판단할 수 있다. 비교적 긴 시간 동안 혈류의 정보를 획득함으로 검사과정에서 발생 가능한 기술적 오류를 줄이고, 상대적으로 놓칠 수 있는 지연혈류의 확인이 가능한 7delays eASL 기법은 내인성(endogenous) 관류 획득 방법으로, 진단적으로 보다 개선된 뇌 관류영상을 얻는데 유용한 방법이라 판단된다.

목 적 : 한 번의 영상 획득으로 다양한 contrast를 구현할 수 있는 MAGIC을 이용하여 brain 영상을 획득 한 뒤, 고식적인 방법으로 얻은 영상과 비교하여 유용성을 평가하고자 한다. 대상 및 방법 : 2015년 5월부터 2015년 6월까지 두부 신경계통의 환자 10명을 대상으로 brain routine order에 한해 시행하였다. 환자의 평균연령은 60세이며, 남자 3명 여자 7명으로 구성되었다. 검사 장비는 GE의 Discovery 750w 3.0T를 이용하였으며, 사용한 coil은 32 channel head coil을 이용하였다. 기존 brain routine 시퀀스와 비교하기 위해 추가적으로 MAGIC을 이용하여 영상을 획득하였으며, 기존 시퀀스인 T2 weighted image, FLAIR image, T1 weighted image의 axial plan과 동일한 plan으로 영상을 획득하였다. 획득한 영상은 영상 재구성을 통해 비교대상인 기존영상들의 근접한 TR값과 TE값, TI값으로 재구성하였으며, 평가는 정량적 평가와 정성적 평가로 이루어졌다. 정량적 평가는 영상의 한 단면을 anterior, middle, poterior로 나누고, 각 구역에서 오른쪽, 왼쪽의 백질과 회백질의 pixel contrast의 비율을 측정하여 비교하였다. 정성적 평가는 신경계 판독의 2명과 MRI실 근무 5년 이상의 방사선사 5명을 대상으로 리커트 5점 척도를 이용하여 분석하였다. 각 평가는 SPSS 21.0(SPSS Inc, Chicago,IL, USA)을 사용하여 p<0.05 일 때 통계적으로 유의한 것으로 해석하였다. 결 과 : 정량적평가의 T1영상에서는 anterior, middle segment에서 각각 p>0.05(p=0.721,P=0.386) 로 유의한 차이가 없었고 posterior portion에서 p<0.05(p=0.022)로 유의한 차이가 있었다. T2 영상에서는 anterior, middle, posterior portion 각각 p>0.05(p=0.169,P=0.575,p=0.959)로 유의한 차이가 없었다. FLAIR 영상에서는 anterior portion은 p>0.05(p=0.285)로 유의한 차이가 없었으나 middle, posterior portion에서 각각 p<0.05(p=0.047,p=0.007)로 유의한 차이가 있었다. 정성적 평가에서는 고식적 image와 MAGIC image 모두 p>0.05로 통계적으로 유의한 차이는 없었다. 결 론 : MAGIC을 이용하여 얻은 영상은 고식적인 영상과 비교했을 때 진단적 가치가 유효하다고 판단할 수 있다. 한 번의 스캔으로 T1WI, T2WI, FLAIR, PD, T1 MAP, T2 MAP, STIR 등의 영상으로 재구성 하는 MAGIC은 검사 시간 단축에 있어서도 많은 기여를 하며, 검사 후에도 다양한 contrast를 후처리 기법을 통해 나타낼 수 있기 때문에 임상에서 충분히 가치가 있다고 사료된다.

고준위방사성폐기물의 처분은 고심도 암반내에 처분시스템을 구축하는 심층 처분방법이 고려된다. 심층 처분은 처분용기, 완충재, 뒷채움재, 근계암반의 설계 요소인 공학적방벽과 천연 방벽으로 구성된다. 공학적방벽 중에서 벤토나이트 완충재는 암반으로부터 유입되는 지하수 흐름을 최소화하고 핵종 유출을 저지하는 기능을 한다. 지하수 유입으로 인한 완충재의 수리전도도 특성 규명은 처분장 공학적방벽의 안정성 및 건전성에 대한 성능 평가에 있어 중요한 사안이다. 본 연구에서는 경주 벤토나이트를 이용하여 다양한 건조밀도와 온도 조건에 따라 포화 수리전도도 실험을 수행하였으며, 120개의 실험 결과 를 다중 회귀 분석을 통해 수리전도도 추정 모델을 제시하였다. 실험 결과에서는 건조밀도가 커질수록 수리전도도가 감소하는 경향이 나타났다. 또한, 온도가 증가할수록 수리전도도가 증가하였다. 이러한 실험 결과들을 종합한 다중 회귀 분석 결과에서는 수리전도도 추정식의 결정계수(R2)가 0.93으로 높게 나타났다. 본 연구에서 제시된 수리전도도 추정식은 벤토나이트 완충재의 성능과 연관된 건조밀도와 온도의 영향을 고려하여 처분시스템의 공학적방벽 설계에 활용 될 것으로 판단된다.

고준위폐기물을 심지층에 처분하기 위한 공학적방벽의 구성 요소로는 처분용기, 완충재, 뒷채움재 등이 있다. 이 중 완충재는 처분용기와 근계암반 사이의 빈 공간에 설치되는 물질로써, 주변 지하수로부터 처분용기를 보호하며 방사성 핵종의 유출을 저지하는 등의 역할을 한다. 또한 처분용기에서 발생하는 고온의 열량은 완충재로 직접 전파되기에 완충재의 열전도도는 처분시스템의 안전성 평가에 있어 매우 중요하다고 할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 국내 경주산 압축 벤토나이트 완충재의 열전도도 특성을 규명하였으며 실제 처분용기에서 발생되는 고온의 특성을 반영하여 상온에서 80~90℃까지의 범위에서 압축 벤토나이트의 열전도도를 측정하였다. 온도증가에 따라 압축 벤토나이트의 열전도도는 5~20% 가량 증가하였으며 초기 포화도가 클수록 열전도도 증가는 더 크게 나타났다.

불포화 벤토나이트 완충재의 수분흡입력은 공학적방벽의 수리-역학적 성능평가 및 설계에 있어 매우 중요한 입력인자이다. 본 연구에서는 문헌에 보고된 불포화 다공성매질의 수분흡입력 측정기술과 구성모델을 분석하고, 고준위폐기물처분장의 벤토나이트 완충재에 적합한 수분흡입력 측정기술과 구성모델을 제안하였다. 문헌 분석결과, 벤토나이트 완충재의 수분흡입력은 일반토질보다 훨씬 높은 값을 가지며, 매트릭수분흡입력과 삼투흡입력을 포함하는 총수분흡입력을 측정하여 사용하였다. 벤토나이트 완충재의 수분흡입력 측정에는 상대습도센서를 이용한 측정방법(RH-Cell, RH-Cell/Sensor)이 적합하였으며, 핵종 붕괴열에 의한 온도변화와 측정 소요시간을 고려했을 때에는 RH-Cell/Sensor 방법이 더 선호되었다. 벤토나이트 완충재의 수분보유모델은 실험을 통해 여러 가지 모델이 제안되었지만, 불포화 완충재의 수리-역학적 성능평가 구성모델로는 대부분 van Genuchten모델이 사용되었다. 벤토나이트 완충재의 수분특성곡선은 벤토나이트의 종류, 건조밀도, 온도, 염도, 측정 시 시료상태와 이력과정에 따라 서로 다른 경향을 보였다. 수분보유모델의 선정 및 모델인자 결정에는 신뢰도 향상을 위해 이러한 인자들의 영향이 고려되어야 한다.

고준위방사성폐기물의 처분터널 및 처분공 간격을 결정하고 처분시스템의 성능을 평가하기 위해서는 열-수리-역학적인 복합 거동 변화에 대한 이해가 반드시 필요하고 이를 반영하여 해석해야만 한다. 하지만 한국형 기준 처분시스템에서의 처분 터널 및 처분공 간격을 결정하기 위해 수행된 기존의 연구들은 이러한 복합거동 특성을 반영하지 않고 열 해석 결과만을 근거로 처분시스템을 설계하였다. 따라서 본 연구에서는 열-수리-역학적인 복합거동 특성을 반영하여 한국형 기준 처분시스템의 성능을 TOUGH2-MP/FLAC3D를 이용하여 평가하였다. 고준위방사성폐기물이 처분된 이후 방사성 붕괴열에 의해 처분 시스템의 온도는 급격히 증가하다가 붕괴열의 감소로 온도는 서서히 감소하였으며, 해석 기간 1,000년 동안 벤토나이트 완충재의 최고 온도는 설계 기준인 100℃ 이하로 유지되는 것으로 나타났다. 처분용기와 벤토나이트 완충재의 계면에서의 최고 온도는 약 3.21년이 지난 시점에 용기의 중간 지점에서 약 96.2℃로 나타났으며, 암반에서의 최고 온도는 폐쇄 후 약 17년 이 지난 시점에서 약 68.2℃로 계산되었다. 처분용기 부근 벤토나이트 완충재는 처분 초기에 온도 변화에 따른 건조현상이 발생하여 포화도가 감소하지만, 시간이 지남에 따라 주변 암반으로부터의 지하수 유입에 의해 포화도가 증가하는 것으로 계 산되었다. 이후, 벤토나이트 완충재 및 뒷채움재 모두 약 266년 이후 완전히 포화되는 것으로 계산되었다. 처분시스템에서의 온도 변화에 따른 열응력 그리고 벤토나이트 완충재 및 뒷채움재의 팽윤압으로 인한 응력 변화가 처분장 주변 암반에 미치는 영향을 평가하고자 수치해석에서 계산된 응력을 스폴링 강도(spalling strength)와 Mohr-coulomb 파괴 기준식과 비교 하였다. 계산 결과 일축압축강도와 스폴링 강도에 도달하지 않는 것으로 나타나 처분시스템이 스폴링에 의한 파괴는 나타나지 않을 것으로 판단되며, Mohr-coulomb 파괴 기준 역시 충족하는 것으로 나타났다. 본 연구에서 사용된 수치해석 코드와 방법론은 다양한 조건에서의 한국형 기준 처분시스템에 대한 성능평가뿐만 아니라, 복층 처분시스템에 대한 설계와 성능평가에 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

고준위방사성폐기물 처분시스템에서는 방사성 핵종의 붕괴열과 암반으로부터의 지하수 유입으로 열응력 및 팽윤압의 발생으로 열-수리-역학적 복합거동(coupled thermo-hydro-mechanical behavior)이 예상되기 때문에 한국원자력연구원은 처분시스템 및 근계암반에서의 열-수리-역학적인 복합거동 특성을 평가하기 위해서 지하처분연구시설(KAERI Underground Research Tunnel, KURT)에서 2016년부터 현장시험(In-situ Demonstration of Engineered Barrier System, In-DEBS)을 수행 중에 있다. 본 연구에서는 In-DEBS 현장시험 데이터 분석하고 벤토나이트 완충재와 화강암반에서의 열-수리-역학적 복합거동 특성을 평가하기 위해 TOUGH2-MP/FLAC3D을 이용하여 수치해석을 수행하였다. 또한 벤토나이트 블록과 KURT 화강암의 열-수리-역학적 복합거동 특성을 평가하기 위해 사용된 각각의 열, 수리, 그리고 역학적 모델의 적합성을 평가하고 자 현장시험에서 계측된 온도, 상대습도, 그리고 변위의 결과와 수치해석으로 계산된 결과를 비교하였다. 온도와 상대습도의 계산 결과를 현장 데이터와 비교·분석한 결과, 전체적으로 유사한 경향을 보일 뿐만 아니라 시간에 따라 변화하는 정량적인 값 역시 유사하게 나타났다. 역학적 해석 결과를 살펴보면, 계산된 변위의 전반적인 경향은 유사하지만 해석 결과가 계측 값에 비해 상대적으로 작게 나타났다. 축대칭 모델을 이용하여 In-DEBS 현장시험에서 관측된 열-수리-역학적 복합거동 특성을 전반적으로 평가할 수 있었지만, 벤토나이트 블록 및 KURT 암반에서의 열-수리-역학적 복합거동을 면밀히 살펴보기 위해서는 추후 터널의 형상과 주변 KURT 터널의 영향을 반영한 3차원 해석이 필요할 것으로 판단된다. 본 연구에서 사용된 입력 물성과 열-수리-역학적 모델은 추후 In-DEBS 장기 거동 및 처분시스템에서의 열-수리-역학적 복합거동 특성을 평가하고 예측하는데 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

본 논문은 공학적방벽시스템의 THM 복합거동을 분석하기 위해 구축한 In-DEBS를 실제 운영하며 취득한 운영 초기 100일간의 현장데이터에 대해 살펴보고자 한다. 콘크리트로 플러깅을 한 In-DEBS 상부에서는 콘크리트가 양생하는 동안 열을 발생하게 되어 In-DEBS의 완충재 및 근계암반에 영향을 미치게 된다. 콘크리트 플러깅에서 멀어질수록 완충재 및 근계암반의 온도는 점점 감소하게 되는데, 이러한 현상을 이용하여 센서 및 계측 시스템을 검증하였다. 처분용기를 모사한 히터는 온도제어를 통해 용기 표면 온도를 100℃로 유지할 수 있도록 설정하였으며, 시스템의 안전을 위해 일주일 동안 서서히 목표온도까지 올렸다. 히터 가동 직후 완충재의 온도는 약 4일 만에 정상상태에 도달하였으며, 상대습도는 증가하였다가 일정시간이 지난 뒤에 서서히 감소하는 것을 관찰할 수 있었다. 또한 지하수 포화에 따른 팽윤에 의해 완충재의 압력이 증가하는 것을 볼 수 있었다. 근계암반에서는 히터 가동 후 온도가 계속 증가하며, 암반의 변위도 계속 증가하는 것을 관찰할 수 있었다.

한국원자력연구원 부지 내에 위치한 지하처분연구시설(KAERI Underground Research Tunnel, KURT) 에서는 선진핵주기 고준위폐기물처분시스템(A-KRS)을 기반으로 고준위방사성폐기물을 처분하였을때, 예상되는 공학적방벽(Engineered Barrier System, EBS)과 자연방벽(Natural Barrier System, NBS)에서의 열-수리-역학적 복합거동(Thermo-Hydro-Mechanical coupled behavior)의 특성을 규명하고자 현장시험(In-situ Demonstration of Engineered Barrier System, In-DEBS)을 2012년부터 계획 및 설계를 시작하여, 2016년 5월부터 지하처분연구시설 3번 연구 갤러리(Research gallery 3)에서 진행하고 있다. 현장시험의 데이터를 분석하고 열-수리-역학적 복합거동 특성을 명확히 규명하기 위해서는 경주 벤토나이트와 KURT 암석 및 암반의 열적, 수리적, 그리고 역학적 물성 특성을 반드시 파악하고 있어야만 한다. 이에 본 연구에서는 지금까지 수행된 KURT 부지 특성과 KURT 화강암 및 경주 벤토나이트의 열적, 수리적, 그리고 역학적 특성을 정리하고, 열적, 수리적, 그리고 역학적 모델을 제시하였다. 특히, 온도에 따른 암석의 열팽창계수 변화, 응력에 따른 암석의 투수계수 변화, 포화도에 따른 벤토나이트 및 암석의 열전도도 변화, 포화도에 따른 벤토나이트의 비열 및 흡입력 변화와 같은 열-수리-역학적 복합물성에 대한 다양한 모델을 도출함으로써, In-DEBS 현장시험 결과 분석과 열-수리-역학적 복합거동 특성 평가를 위해 수행 될 수치시험에 필요한 벤토나이트와 암석 및 암반의 입력자료를 제시하고자 하였다.