월성원자력본부의 조밀건식저장시설인 MACSTOR/KN-400의 인허가 과정에서 사고조건에 대한 바스 켓의 안전성 평가를 위한 실증시험의 필요성이 제기되었다. 실증시험을 위한 낙하시험시설을 한국원자력 연구원에 설치하고 바스켓 낙하 실증시험을 수행하였다. 실증시험 결과 실린더 내 적재 바스켓의 상부 용 접부가 낙하 바스켓과 충돌하여 파손되고 누설이 발생하였다. 기존 바스켓이 실증시험에서 누설율 성능 요건을 만족하지 못함에 따라 바스켓의 설계 개선안 도출이 필요하게 되었다. 설계 개선을 위한 방향을 선정하고 이에 기초하여 6 종류의 설계 개선안을 도출하였다. 개별 설계 개선안에 대하여 구조해석 및 시편시험을 수행하였다. 구조해석 및 시편시험의 결과를 바탕으로 최종설계안을 확정하였다. 최종설계안은 바스켓의 중앙 포스트의 높이를 감소하여 낙하 바스켓과의 충돌속도를 감소시키는 설계안이었다. 최종설 계안에 대한 시험모델을 제작하여 낙하실증시험을 재수행한 결과 모든 성능요건을 만족하였다.

CANDU 사용후핵연료는 핵분열성 핵종의 농도가 비교적 낮아 장기적인 관리 방법으로서 재활용보다는 직접 처분을 고려하고 있으나 처분 부지 확보가 어려워 중간저장 정책이 단기적으로 고려되고 있다. 이와 관련하여 중간저장시설의 운영기간과 최적의 처분 착수시기에 대한 검토가 필요하다. 처분시점의 결정 요인으로는 크게 안전성, 경제성, 수용성을 설정하였다. 안전성은 크게 붕괴열과 핵비확산성 측면에서, 경제성은 각 시설의 관리비용 측면에서, 수용성은 회수성 개념 및 세대 간 책임 윤리 측면으로 나누어 검토하였다. 본 논문에서는 처분시점 결정 요인 분석 결과를 바탕으로 3가지 대안을 비교하고 최적 안을 제시하였다. 중요한 핵심 내용으로는 기술적 측면과 안전성 측면에서는 처분 시점이 빠를수록 좋다는 것과, 최적 CANDU 사용후핵연료 처분시점으로서 2041년 경을 제안하였다.

우리나라에서 발생하는 사용후핵연료를 CANDU형과 PWR형 2종류로 구분한다. PWR형 사용후핵연료의 경우 적절한 공정을 거쳐 원료물질로 다시 사용할 수 있는 물질을 많이 포함하고 있어 재활용 공정을 고려할 수 있다. CANDU형 사용후핵연료는 천연 우라늄을 원료물질로 사용하고 있어 재활용 가능성이 거의 없으므로 직접 처분을 고려하고 있다. 본 논문에서는 PWR형과 CANDU형 사용후핵연료 모두를 직접 처분하는 개념 으로 개발한 한국형 사용후핵연료 처분시스템을 바탕으로 CANDU형 사용후핵연료 처분 시스템을 향상시키 는 방안을 도출하고자 하였다. 이를 위하여, 현재 원자력발전소에서 사용하고 있는 사용후핵연료 60 다발 (Bundle) 용량의 저장바스켓을 포장·활용하는 방안으로 처분용기 개념을 개선하였다. 이들 개선한 처분용 기를 기반으로 하여 사용후핵연료의 심지층 처분시스템에 있어서 주요한 제한요건인 폐기물로부터 발생된 열로 인하여 완충재의 온도가 100 ℃를 넘지 않도록 하는 요건을 만족시키면서 효율을 향상시킨 처분시스템 개념을 제시하였다. 제시한 처분 시스템 개념들은 장기저장 및 회수성이 용이한 방안을 도입한 개념과 개선 한 처분용기를 1개 처분공에 2단으로 처분하는 것으로서 이들 개념을 기존 한국형 처분시스템과 효율성 측면 에서 비교?분석하였다. 본 연구를 통하여 얻은 CANDU 사용후핵연료 처분개념은 단위면적당 열효율, Udensity, 처분면적, 굴착량, 완충재 및 폐쇄 물질량을 30∼40 % 까지 효율을 향상시킬 수 있었다.

본 연구에서는 사용후핵연료 회수성과 처분밀도를 향상시킨 새로운 CANDU 사용후핵 연료처분시스템의 열해석을 수행하였다. 제안된 CANDU 사용후핵연료 처분방식 에서는 사용후핵연료의 회수성을 향상시키기 위해 일정 기간 동안 터널에 자연대류를 이용하여 저장하며, 처분밀도 향상을 위해 개선된 CAHDU 사용후핵연료 처분용기를 이용하고 있다. 제안된 CANDU 사용후핵연료 처분방식의 열적 안전성을 검토하고자 ANSYS 10.0 CFX 코드를 사용하여 시스템 전체의 정상상태 열 해석을 2단계로 나누어 수행하였다. 1단계에서는 터널간격이 처분터널 내부 온도에 미치는 영향을 분석하기 위해 터널 간격에 따른 처분터널 내벽온도 변화를 계산하였다. 계산 결과 99%의 붕괴열이 대류에 의해 냉각되는 것을 확인하였고, 이로 인해 터널 간격은 처분터널 내부 온도에 거의 영향을 주지 않았다. 2단계 계산에서는 터널간격 60 m에서 환기 설비를 고려한 처분터널의 내벽온도를 계산하였고, 이 결과는 처분터널 내부 처분용기의 표면온도를 구하기 위해 사용되었다. 계산결과, 처분용기의 표면온도는 최대 , 평균 로 계산되었다. 처분용기 최대온도에 따른 처분용기 내부 바스켓 피복재 최대온도는 로 계산하였으며, 이는 피복재 열적 특성을 고려하였을 때 충분한 열적 안전성을 가지고 있다고 판단되었다.