A disposal research program for HLW has been carried out since 1997 with the aim of establishing the preliminary concept of geological disposal in Korea. The preliminary studies were conducted by conducting manufacture and installation of an in-situ nuclide migration system in KAERI Underground Research Tunnel (KURT). Nuclides could be released from a deep underground disposal facility due to thermal and physicochemical changes into the surrounding environments. Understanding on the migration and retardation processes of nuclides in a fractured rock is very important in the safety assessment for the radioactive waste disposal. In this study, we evaluated fracture filling minerals and aperture distribution (3D map) along the fracture surfaces under the controlled conditions. The fractured granite block which has a single natural fracture of 1 m scale was sampled in a domestic quarry (Iksan), which groundwater had been flowed through. This rock has an interconnected porosity of 0.36 with the specific gravity of 2.57. The experimental set-up with the granite block with dimensions of 100×60×60 (cm). A flow of de-ionized water through the fracture between pairs of boreholes was initiated and the pressure required to maintain a steady flow was measured. In additions, fracture filling minerals were sampled and examined by mineralogical and chemical analyses. There are phyllosilicate minerals such as illite, kaolinite, and chlorite including calcite, which are fracture filling minerals. The illite and kaolinite usually coexist in the fracture, where their content ratio is different according to which mineral is predominant. For the evaluation of fracture, surface was divided into an imaginary matrix of 20×20 sub-squares as schematically. The calculated results are expressed as a two dimensional contour and a three dimensional surface plot for the aperture distribution in the fracture. The aperture value is distributed between 0.075 and 0.114 mm and the mean aperture value is 0.095 mm. The fracture volume is about 55 ml. Also the 137Cs sorption (batch test) distribution coefficients increased to Kd = 800~860 mL/g in the fractured rock because of the presence of secondary minerals formed by weathering processes, compared to the bedrock (Kd = 750~830 mL/g). These results will be very useful for the evaluation of environmental factor affecting the nuclides migration and retardation.

The geological disposal of spent nuclear fuel is one of the important problems to be solved worldwide. For the safety of the geological disposal, disposal facility is recommended to be constructed in the deep reducing environment of host rocks. As host rocks, rock salt, argillaceous (clay) rock, and crystalline rock have been considered as stable geological formations in various countries. Although various studies have been conducted on crystalline rocks in Korea, there are still few studies on hydrogeochemical evolution in the deep and reducing environment related to the disposal of spent nuclear fuel. Therefore, this study was conducted to identify hydrogeochemical evolution process in granite aquifer which can affect the stability of disposal facility. Groundwater samples for isotope and chemical analysis were collected quarterly adjacent to KURT (KAERI Underground Research Tunnel). As the depth increased, the groundwater changed from Ca-HCO3 type to Na-HCO3 type under the influence of silicate mineral weathering, and the fluorine concentration increased due to the dissolution of fluorine-bearing minerals. However, hydrogeochemical evolution according to the depth was not observed in some wells because of a hydraulic connection through the fracture zone. In addition, the behavior of nitrate and redox-sensitive metals (Fe, Mn, U, Mo) in groundwater was clearly different in the redox condition. Considering these hydrogeochemical processes and hydrogeological factors, a conceptual model of granite aquifers in and around KURT was established. The results of this study will be used as basic data to understand the hydrogeochemical processes and to evaluate and predict the behavior of radionuclides in granite aquifer system.

방사성폐기물 지층 처분을 위한 부지 선정 과정에서 심층 처분장의 안전성을 평가하는데 필요한 입력 자료를 제공하기 위해 부지특성조사를 수행한다. 본 논문에서는 부지특성조사를 선도하여 수행하였던 해외 사례를 분석하고, 국내에서 방사성폐 기물 처분을 위해 수행해야 할 부지특성조사 방법을 제안하고자 하였다. IAEA가 고려하는 부지특성조사 방법은 단계별 부 지특성조사로 본 논문에서 소개된 해외의 경우도 이 방법을 따르고 있는데, 부지특성조사는 시기별, 조사 항목별로 다수의 지역에서 개략적인 부지의 정보를 도출하는 예비 부지특성조사와 조사 결과 선정된 지역에서 보다 자세한 부지특성자료를 생산하기 위한 상세 부지특성조사로 구분할 수 있다. 특히, 상세 부지특성조사 단계에서는 조사지역에 장심도 시추공을 굴 착하여 심부 영역에 대한 지질 특성을 바탕으로, 수리지질, 수리-지화학, 암석역학, 열, 용질이동에 대한 특성을 도출해야 한 다. 단계별 부지특성조사를 통해 도출된 부지 고유의 지질환경 특성은 부지특성모델로 구축되어야 하는데, 이를 종합하여 해석해야 비로소 조사지역의 부지특성을 이해하고, 지층 처분에 보다 유리한 부지를 최종 후보지역으로 선정할 수 있는 것 이다. 해외 사례를 살펴본 결과, 부지특성조사 단계에 소요되는 시간은 대략 7~8년이 소요될 것으로 예상되나, 이를 계획하 고 수행하는 시스템이 뒷받침 되지 않을 경우 보다 지연될 수 있을 것이다.

사용후핵연료 최종처분을 위해 심층처분은 세계적으로 가장 선호되는 방법이다. 이를 위해 선진국들은 자국 여건에 가장 잘 부합되는 고유의 처분시스템 개발에 주력하고 있거나, 일부 확보하여 상용처분사업에 적용하 고 있다. 현재까지 알려진 대부분의 심층처분시스템은 공학적 및 천연방벽으로 구성된 다중방벽시스템이다. 이들 처분시스템은 수 천 년 ~ 수 십만 년 이상의 성능기간이 대하여 성능·안전성의 입증이 확인되어야 후속 상용처분사업에 적용 가능하다. 입증 현안과제들은 처분시스템의 상능·안전성 확보를 위해 수행되는 모든 행 위 즉, 조사, 분석, 해석, 평가, 설계, 건설, 운영 및 폐쇄에 이르는 전 과정에 있어서 추진 과정과 결과에 대한 실현 가능성과 실증에 필요한 내용들이 해당된다. 이를 위해 대부분의 선진국들은 자국내 분포하는 대표적인 선호암종 지역에서 지하연구시설(URL)을 건설하여 실증·시연프로그램을 수행하거나 완성단계에 있다. 이 과 정과 결과들은 후속되는 최종처분장 부지선정 과정에 평가기준으로 활용될 것이며, 최종처분시설의 성능·안 전성평가에 필수적으로 적용하게 된다. 지하연구시설은 또한 규제-일반대중-전문가 등 다양한 이해당사자들 로 하여금 심층처분의 안전성 수준에 대한 이해제고와 토론의 마당으로서 핵심적인 역할과 기능을 할 것으로 기대된다.

KURT 지하수의 지구화학적 특성을 조사하기 위하여 단열충전광물과 지하수의 지구화학적 성분이 조 사되었다. KURT내의 시추공들로부터 얻어진 시추코아로부터 방해석(calcite), 일라이트(illite), 로먼타이트(laumonite), 녹니석(chlorite), 녹염석(epidote), 몬모릴로나이트(montmorillonite), 카올리나이트 (kaolinite) 및 일라이트와 스멕타이트(smectite)의 혼합층상광물 등이 감정되었다. 시추공 DB-1, YS-1, YS-4에서 채취한 대부분의 지하수는 pH 8이상의 알칼리 환경을 보여주었으며 YS-1을 제외한 두 관측공 의 전기전도도는 약 200 μS/cm를 나타냈으며 이들 시추공에서 천부지하수는 Ca-HCO3 와 Ca-Na-HCO3 유형 이였으며 심부 250m이하에서는 Na-HCO3 유형을 나타냈다. DB-1 공의 심부지하수에서 낮은 용존 산소량(DO)와 Eh값의 감소를 측정하였으며 이는 환원환경을 지시한다. KURT의 지하수 시료의 Cl- 이온 의 농도는 5 mg/L 이하이며 전 샘플링구간에서 커다란 변화 없이 일정하게 나타났다. 이러한 현상은 KURT 지역의 천부와 심부지하수가 혼합(mixing)되어 Cl-의 농도가 깊이에 따라 큰 변화가 없는 것으로 해석된다. 지하수 시료의 δ18O과 δD 분석 값은 각각 -10.4~-8.2‰과 -71.3~-55.0‰의 범위로 지하수가 순환수 기원임을 보여준다. 긴 순환경로를 거친 심부지하수의 수소, 산소 동위원소 값은 천부지하수에 비 해 감소하며 이러한 값은 일반적으로 높은 불소농도를 동반하였다. 이는 불소함량이 높은 지하수가 물-암 석 반응에 의해 생성되었음을 보여준다. KURT 지역에서 채취한 지하수의 14C를 이용한 연대측정분석에 서 지하수의 체류시간(residence time)이 약 2,000~6,000년으로 측정되었다. 이러한 체류시간은 KURT 지역의 화강암에 존재하는 지하수가 다른 유럽의 화강암지역(예, 스트리파 지역, 스웨덴)보다 상대적으 로 지하수의 연령이 오래되지 않은 것으로 측정되었다.