본 연구에서는 심지층 처분장 부지선정 시에 고려되는 요소를 지질, 수리지질, 지화학 등으로 분류하고 그 첫 번째 단계로 지질분야의 세부 항목을 지형, 토양층, 암종, 구조지질, 역학적 안정성, 지질학적사건으로 분류하였으며, 이들 항목에 대한 국외 기준분석을 수행하였다. 부지선정요소(Siting factor)에 대한 기준(Criteria)은 각 국가의 처한 지질환경에 따라 다른 조건혹은 값을 제시하고 있다. 화산 및 지진활동이 빈번한 일본에서는 이에 대한 기준을 상대적으로 자세히 기술하고 있으며, 빙하작용이 예상되는 스웨덴에서는 빙하작용에 의한 지반 융기·침식에 대한 영향을 상세히 분석하였다. 따라서, 본 논문 결과는 향후 국내의 심지층 처분장 부지선정 기준 수립시에 중요한 참고자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

현재까지 개발된 고준위폐기물 심지층처분장의 열-수리-역학적 복합거동 해석을 위한 전산 코드의 현황을 조사하고, 문헌에 보고된 각 코드에 의한 계산치와 현장실험 측정치의 비교 결과를 이용하여, 기존 전산 코드들의 신뢰도를 분석하였다. 개발된 전산코드들은 완충재가 없는 처분장에서는 붕괴열에 따른 암반의 열-수리-역학적 거동을 비교적 잘 모사하였으나, 포화 경암층에 위치한 완충재가 존재하는 처분장의 공학적방벽시스템 내에서 일어나는 열-수리-역학적 복합거동의 예측은 만족스럽지 못하였다. 현재 제안된 열-수리-역학적 복합거동 해석모델을 고준위폐기물 처분장 공학적방벽시스템의 거동 해석에 적용하기위해서는 완충재 내의 수분함량 및 전 압력 분포를 보다 정교하게 모사할 수 있도록 수학적 모델의 개선이 필요하다.

파이로처리 방사성 폐기물 처분 시스템에 대하여 골드심을 이용하여 개발된 확률론적 평가 프로그램을 이용하여 폐쇄후 방사선적 안전성 평가를 수행하였다. 처분장으로부터 핵종이 유출되어 다양한 처분 시스템 내 매질을 이동하는 것에 관련된 정상 시나리오에 대한 평가를 위하여, 평가 결과에 대한 민감도나 일반적으로 불확실성의 범위가 큰 입력자료 중 주요하다고 판단되는 파라미터를 9개로 선정하여 평가에 고려된 핵종 중 Tc, Sn, Pa, Cs 4개의 원소에 대하여 평가 결과를 논의해 보았다. 확률론적 안전성 평가와 함께 이들 각 입력 자료에 대한 최종 방사선 피폭선량에 대한 민감도도 분석하여 결과에 대한 각 입력 파라미터의 중요도도 비교하였다.

파이로 처리 방사성 폐기물 처분 시스템 A-KRS에 대한 결정론적, 확률론적 안전성 평가가 가능하도록 골드심 프로그램을 개발하였다. 처분장에서 핵종이 유출되어 다양한 처분 시스템 내 매질을 이동하는 것 에 관련된 주요 시나리오를 도출하기 위하여 처분 시스템을 구성하는 각 요소 별로, 그리고 처분 시스템 내 핵종의 이동에 관여하는 FEP을 인지 선별하여 수학적 모델을 개발하고 이를 골드심 템플릿 프로그램 으로 개발하였다. 이 프로그램을 이용하여 폐쇄후 방사선적 안전성 평가를 결정론적으로 수행하여 5개의 정상 및 비정상 시나리오를 평가하여 그 결과를 상호 비교하였다.

선진핵주기 고준위폐기물 처분시스템의 개념설계를 위하여 가상의 처분장 부지인 KURT 시설 부지의 지질조건에서 A-KRS의 입지 후보영역을 선정하였다. 부지의 모암은 한반도에 폭넓게 분포하는 중생대 화강암을 대표하는 것으로 열수변질작용을 받은 흔적이 있으며, 지표수와 지하수계는 일차적으로 지형의 영향을 받아 부지에서 남동진하여 금강으로 배출된다. 부지 내에서 확인된 단열대는 2 등급 규모로서 NS와 E-W 주향으로 우세하게 분포한다. A-KRS 입지 후보영역을 제안하기 위하여 부지 내에서 공간적으로 -500 m 심도까지 발달되는 것으로예상되는 단열대를 교차하지 않고 동시에 단열대로부터 50 m 이상의 충분한 이격거리를 갖는 조건에서 처분장 규모의 영역을 확보할 수 있는지를 분석하였다. 분석 결과, 본 부지의 중앙부에 우세하게 분포하 는 남북 방향의 주향을 갖는 단열대의 서쪽 영역의 -200 m 이하 심도에서 충분한 영역을 확보할 수 있는 것으로 확인되었다. 단열대의 분포 특성을 감안할 때 부지의 좌하단 영역이 지질학적, 수리지질학적 측면 에서 A-KRS 입지 영역으로 가장 양호한 것으로 판단된다.

사용후핵연료 심지층처분장 부지선정과 최종 처분장부지의 처분적합성을 평가하는 업무는 시행-착오 를 줄이고 기술적 신뢰성 확보와 합리적이고 효율적인 업무수행을 추구하여야 한다. 이에 선행하여, 우리 나라에 적용 가능한 처분장부지의 지질환경 요건 설정을 위한 기본방향과 개별 인자의 처분적합성지표를 가능한 한 정량화하여 설정하고 업무에 적용하여야 한다. 사용후핵연료 처분장부지 선정과 최종처분장 부지의 안전성확보를 위한 처분요건과 관련하여 IAEA 및 OECD 회원국들과 처분연구 및 상용사업 수행 관련 선진국가들의 사례를 바탕으로 요건 별로 구분하여 현황을 분석하였다. 여기서는 사용후핵연료 처 분장 부지로서 암석·암반이 갖추어야 할 충분 혹은 선호요건에 대한 이해 제고와 관련 세부 기술지침을 도출하는데 기여하고자 하였다. 이를 토대로 어떠한 암석·암반이 상대적으로 보다 유리한 조건을 가지 는 선호요건으로 제시해야 하는지, 그리고 충분요건과 선호요건을 적용하여 후보부지 조사·선별평가 기 간 동안 부지선정업무에 반영하고 평가하고 결정하여야 하는 방법론을 도출할 수 있도록 기본 골격을 제 시하였다. 또한 처분안전성 확보를 위해 필요한 기본적인 사항을 검토하고 서술하였다. 본 논문에서 기술 한 항목들은 처분안전성 확보를 위한 처분요건의 기술지침 구성 체계, 처분안전성 확보개념, 다중방벽 기 능 조건, 천연방벽의 지질환경 기본요건, 그리고 우리나라에 적용 가능한 처분장부지 지질환경 기본요건 (안) 등으로 구성된다. 우리나라의 사용후핵연료 심지층처분장 부지의 위치에 관한 사업자 기술지침 요건 으로 제안하였다. 이와 관련하여 충분요건과 선호요건으로, 화산활동, 지진활동, 단층운동 융기·침강 운 동 및 기후·해수면변동 등 장기지질안정성 요건을 비롯한 15개 충분요건과 48개 선호요건을 제안하였 다. 이들 요건은 우리나라의 지질환경 특성을 충분히 반영하여 후속되는 각 부문별 특성에 적합한 정량적 인 기술 기준 및 지침으로 개발되어야 할 것이다. 정량적 기술지침의 도출은 상용 처분장부지 선별평가과 정 및 처분장 부지적합성평가 과정으로부터 확립될 수 있을 것이다. 또한 다양한 부문별 안전사례(safety case) 작성 혹은 연구용 지하처분연구시설 (underground research laboratory: URL)을 이용한 처분시스 템의 실증과정 등을 통하여 객관적이고 신뢰성있는 정량적인 지침들이 확립될 수 있을 것이다.

고준위폐기물 처분장의 기본적인 기능은 단기간에 과도한 방사성핵종이 유출되는 것을 방지하는데 있다. 이를 위해서는, 처분시스템의 구성요소들과 관련된 많은 기술 기준이 개발되고 수립되어야 한다. 처분장 안전성평가는 합리적으로 단순화된 모델에 바탕을 두고 처분장의 미래 전개에 대한 정량적인 결과를 산출하므로 안전성평가는 기술기준의 하나로 간주되고 있다. 본문에서는 평가기간, 선량 제한치 및 평가의 불확실성 등을 중심으로 안전성평가와 관련된 주요국의 기술기준을 조사하였다. 특히, 미국의 기준을 조사하는 과정에서 안전성평가에서 도출된 peak dose가 선량 제한치를 충족하지 못하는 경우, 평가기간 및 peak dose에 대한 미국 규제당국의 접근방안은 참고할만한 가치가 있음을 알 수 있었다.

본 연구는 방사성 폐기물 처분장의 지하수 화학 조건을 조절하는 수리지구화학 특성을 규명할 목적으로 수행되었다. 이를 위해 처분장 주변의 관측공 중 12개의 관측공이 선정되었으며, 이들 시료를 심도별로 총 46 지점에서 채취하였다. 또한 지표수 3점과 해수 1점의 시료도 채취하였다. 채취된 시료는 양/음이온 분석이 수행되었으며, 물과 용질의 기원을 규명할 추적자로서 산소-수소, 삼중수소, 탄소, 황 동위원소도 분석되었다. 산소-수소 동위원소 분석 결과 지표수와 지하수는 모두 강우 기원임을 보여주었으며, 삼중수소 농도는 깊이가 깊어짐에 따라 감소하고는 있으나 높은 삼중수소 농도는 최근에 충진된 물임을 나타내고 있었다. 양/음이온 분석 결과를 통한 수질 유형 분석에서는 연구 지역 지하수는 Ca-Na-HCO3 유형과 Na-Cl-SO4 유형이 대표적이었으며, 상관 분석 결과 이들 이온은 해염, 물-암석 반응의 영향을 받은 것으로 판단된다. 특히 연구 지역에서 Na 비율이 높은 이유는 양이온 교환 반응에 의해 이루어지고 있음을 보여 주었다. 연구 지역의 산화-환원 조건의 경우에는 심도가 깊어짐에 따라 낮은 DO와 Eh 값을 나타내어 환원 환경이 형성되었음을 나타내며, 높은 Fe와 Mn의 농도는 Fe와 Mn 산화물의 환원 반응이 산화-환원 조건을 조절하고 있음을 보여주었다.

중ㆍ저준위 방사성폐기물 처분 부지의 부지특성조사 결과를 이용하여 처분장 부지의 지하수 유동체계를 이해하기 위한 수치 모델링을 수행하였다. 부지의 투수성 단열대 및 암반단열의 분포 특성에 근거하여 단열망 모델을 구축하고, 이를 이용하여 생성된 10개의 수리전도도장을 지하수 유동 모델링에 반영한 추계론적 Hybrid-EPM 방법으로 수치 모델을 구성하였다. 10회의 지하수 유동 모델링 결과, 처분 부지의 지하수두 및 지하수 흐름은 지표 근처에서 지형적인 요소에 크게 지배를 받는 것으로 나타나며 처분장 심도에서는 주변에 존재하는 투수성이 높은 단열대에 의해 영향을 받음을 확인할 수 있었다. 특히, 처분 시설 건설 중 사일로 주변 지역에서 수위 강하가 크게 발생하는 것으로 분석되었다. 처분 시설 폐쇄한 후 지하수위는 1년 이내에 급속히 회복되며, 대략 2년이 지난 후 완전히 회복 될 것으로 분석되었다.

고준위 방사성폐기물 처분장으로부터 유출된 핵종에 의한 선량률을 계산하기 위한 생태계평가 코드 ACBIO를 일반적인 구획모델링도구인 AMBER를 이용하여 BIOMASS 방법론을 적용하여 개발하였다. ACBIO의 유용성을 보이고, 구획의 변화나 일부 파라미터값의 변화에 따른 구획 내 농도와 방사능, 그리고 구획간의 플럭스의 민감도도 검토하였다. 지하매질-생태계 경계(GBI)를 통해 넘어오는 핵종의 유출플럭스에 따른 선량환산인자를 각 핵종별로 구하여 결정집단내 개인의 최대피폭선량율을 선량환산인자로 얻는 계산을 수행하였다. 또한 생태계 요소의 구획모델링이나 가능한 피폭집단의 설정, 그리고 GBI의 인지 등이 생태계평가에 중요한 요소가 되는 것을 확인하였다.