Bentonite is a promising buffer material for high-level radioactive waste (HLW) disposal due to the high nuclides sorption capacity and swelling property. However, bentonite has the potential to generate colloid particles, with small particle sizes less than 1,000 nm when in contact with groundwater. The bentonite colloids easily form pseudo-colloid with the released nuclides and migrate through the water-conducting rock to the biosphere. Therefore, understanding the generation and migration of bentonite colloids is crucial in assessing the safety of the HLW repository. In this study, an artificial fracture system was prepared to investigate colloid release from compacted bentonite. A 250 mm diameter acrylic artificial fracture system was used, with 30 mm of compacted calcium bentonite installed. Artificial groundwater flow was injected into the system at a flow rate of 250 μL/h, and every 6 mL of leachate was collected by a fraction collector. A film-type pressure sensor was equipped to monitor the swelling pressure, and the swelling was observed using a digital microscope. The results indicate that the compacted bentonite formed a mineral ring originating from the swelling of the bentonite, and the end of the ring generated colloid particles due to chemical erosion. Although the release rate of colloids increased with increasing flow rate, the colloid ratio depended on the low ionic strength of the injected artificial groundwater. This work contributes to the understanding of the chemical erosion and colloid release mechanism of compacted bentonite.

벤토나이트는 낮은 침투성, 높은 수착성, 자체밀봉특성, 내구성 등으로 인해 고준위 방사성 폐기물 처분을 위한 지하처분장에서 완충재 후보물질로 고려되고 있다. 적절한 처분장 조건에서 국내 Ca-벤토나이트에 대하여 지하수 침식에 의한 벤토나이트 입자의 발생 가능성과 발생된 벤토나이트 입자들의 영향에 대한 실험적 연구를 수행하였다. 실험결과 비록 벤토나이트의 팽윤압에 의한 암반 균열로의 벤토나이트의 침투는 적었지만 벤토나이트/화강암 경계에서 벤토나이트 입자가 발생될 수 있고 지하수 흐름에 의해 유동될 수 있음을 보였다. 압축된 벤토나이트 블록으로부터 이러한 벤토나이트 입자들의 유동화에는 각기 다른 과정들이 기여하고 있음을 확인하였다. 유량이 크면 클수록, 유출되는 벤토나이트 입자들의 농도가 높게 나타났다. 따라서 실험결과는 지하수 흐름에 의한 벤토나이트 표면의 침식은 침투과정과 함께 화강암 균열에서의 벤토나이트 입자들을 유동시키는 주요한 과정임을 보여준다.