For the sake of future generations, the management of radioactive waste is essential. The disposal of spent nuclear fuel (SNF) is considered an urgent challenge to ensure human safety by storing it until its radioactivity drops to a negligible level. Evaluating the safety of disposal facilities is crucial to guarantee their durability for more than 100,000 years, a period sufficient for SNF radioactivity to become ignored. Past studies have proposed various parameters for forecasting the safety of SNF disposal. Among these, radiochemistry and electrochemistry play pivotal roles in predicting the corrosion-related chemical reactions occurring within the SNF and the structural materials of disposal facilities. Our study considers an extreme scenario where the SNF canister becomes compromised, allowing underground water to infiltrate and contact the SNF. We aim to improve the corrosion mechanism and mass-balance equation compared with what Shoesmith et al. proved under the same circumstances. To enhance the comprehensibility of the chemical reactions occurring within the breached SNF canister, we have organized these reactions into eight categories: mass diffusion, alpha radiolysis, adsorption, hydrate formation, solidification, decomposition, ionization, and oxidation. After categorization, we define how each species interacts with others and calculate the rate of change in species’ concentrations resulting from these reactions. By summing up the concentration change rates of each species due to these reactions, we redefine the mass-balance equations for each species. These newly categorized equations, which have not been explained in detail previously, offer a detailed description of corrosion reactions. This comprehensive understanding allows us to evaluate the safety implications of a compromised SNF canister and the associated disposal facilities by numerically solving the mass-balance equations.

본 연구에서는 용융탄산염 연료전지용 분리판으로서 오스테나이트계 스테인레스강 중, 310S를 사용하여 용융염 전해질 및 양극측 분위기에서 부식거동, 부식생성물의 형성과정 및 기구에 관한 고찰을 실시하였다. 분리판의 부식 진행과정은 부식반응 이후 안정 부식생성물이 형성되기까지 빠른 부식이 진행되는 부식생성물 형성단계와 안정 부식생성물 형성 후 보호파괴가 일어나기 까지의 부식 억제단계, 그리고 보호파괴 이후 부식이 다시 증가되는 부식 진행단계의 3단계 과정을 경유하며 진행하였다. 분리판 내 원소들의 농도분포는 부식생성물 형성영역에서는 Fe가, 부식 방어영역에서는 Cr이, 그리고 Ni은 Cr 고갈영역과 기지 안쪽에서 높게 형성되었다. 또한 양극측에서 분리판은 전해질의 이온화에 의한 부식이 주된 부식기구였으며, 최종 부식생성물은 LiFeO2와 LiCrO2였다.

LiOH 용액에서 핵연료피복관용 Zr합금의 부식이 가속되는 현상을 규명하기 위하여 autoclave를 이용하여 순수물, 다른 농도의 Li 용액 및 여러 가지 알카리 수산화물 조건에서 부식시험을 실시하였다. LiOH 용액에서 부식이 가속되는 현상은 용액 내에 Li 농도가 2.2ppm 이상에서부터 일어나기 시작하며 30ppm 이상에서는 급격한 가속 현상이 일어난다. 부식반응 동안에 발생되는 수소 흡수현상은 220ppm Li에서는 물에 비해 약 2배의 높은 수소흡수율을 나타내며 산화막은 주로 수소화물이 모여 있는 지역에서 우선적으로 성장한다. Li가속 부식기구와 관련하여 본 연구 결과는 지금까지 다른 연구자들이 제안한 부식 기구들과는 일치하지 않았다. LiOH 용액 내에서는 수소흡수와 수소화물 형성이 가속되고 이로 인해 산화막의 성질이 비보호성의 산화막으로 변함으로서 부식은 가속된다는 새로운 모델을 제시하였다.

The combined effect of carbonation and chloride ingress in concrete is studied in this paper. A coupled simulation of the transports of carbon dioxide, chloride ions, heat and moisture is carried out. Several sets of experimental data were compared with the prediction by the numerical model developed in this paper, for its verification.