Spent nuclear fuels in Korea are temporarily stored at the nuclear power plant site and it is expected that will become saturated from 2031. Deep geological disposal in engineered barrier system (EBS) is one of the most important options for disposing spent nuclear fuel. The disposal canister is the first barrier that prevents leakage of nuclides in the spent nuclear fuel to the environment. Therefore, the corrosion behavior of the canister materials are significant factors in determining the overall disposal period. Oxygen-free copper is the most widely used material for disposal canisters, and manufacturing methods include forging, cold spray, and electro-deposition. In this study, corrosion behavior of materials that have the potential to replace oxygen-free copper manufactured using various 3D printing method were analyzed. As a result of electrochemical analysis of various materials such as copper manufactured by the Atmospheric Plasma Spray (APS) process and Inconel 718 manufactured by the Direct Energy Deposition (DED) process, the possibility of replacing oxygen-free copper was confirmed.

Corrosion of copper (Cu) canisters is one of the important factors to ensure the safety of a deep geological repository site. This is because the corrosion of a canister may induce failure of the canister which can lead to a release of radionuclides into the environment. Corrosion of canisters for highlevel wastes is affected by the following multiphysics: thermal-hydraulics, transportation of chemical species, chemical reactions, and interface reactions. This research aimed to develop a multiphysics numerical model for the corrosion of spent nuclear fuel canisters for a deep geological repository in South Korea. The multiphysics model is based on MOOSE (Multiphysics Object-Oriented Simulation Environment) which uses a finite element method. In the multiphysics model, the following multiphysics are coupled and solved together for a deep geological repository design of South Korea: interface redox reactions, porous flow, and heat transport in porous flow. The proposed model was validated with experimental data before being applied to a KAERI reference disposal unit. It was found that the corrosion potential of a Cu canister shows an uneven distribution of corrosion potential along with the surface. In addition, top, bottom, and side surfaces of the canisters show a different lifetime and corrosion potential. Important redox reactions for corrosion are changed along with time from a reduction of O2 and anodic dissolution of Cu by Cl− to sulfidation of Cu and reduction of water. The proposed model will be coupled with some important chemical reactions in engineering buffers and will be the base for the understanding of the behavior of Cu canisters in the KAERI reference disposal unit.

우리나라 남부해안기후의 특성과 수온과의 관계를 알아보기 위하여 해안지방인 부산, 여수, 목포를 준표준 내륙지방으로 광주와 대구, 인근 해양의 가덕도, 소리도, 홍도의 수온을 선정하여 20년 간(1960~1979)의 관측자료로서 기온, 습도, 강수량을 조사 분석한 결과는 다음과 같다. 1) 해안지방(부산, 여수, 목포)은 해양의 영향으로 내륙지방(대구, 광주)보다 기온의 연교차가 적고 기온이 수온보다 높을 때는 내륙지방이 해안지방의 기온보다 높고, 수온이 기온보다 높을 때는 내륙지방이 해안지방보다 낮다. 2) 수온과 기온의 차에 따라서 내륙지방과 해안지방의 기온차가 결정되며(상관계수 0.9이상) 그 양적 예측도 상관관계식을 활용함으로써 가능하다고 생각된다. 3) 해안지방과 내륙지방의 습도의 차이도 기온의 경우와 비슷하게 나타났으나 목포는 지형적인 영향으로 다른 해안지방과 다르게 나타났다. 4) 수온과 기온의 차이에 따라서 해안지방과 내륙지방의 습도의 차이가 결정된다(상관계수 0.9이상, 목포제외), 그러므로 그 양적 해석도 가능하다. 5) 남해안지방의 강수량은 내륙지방과 그 차이가 뚜렷하게 나타나지는 않았다.

콘크리트는 다공성 건설재료이며, 매립된 철근의 부식은 내구성 및 안전성에 큰 영향을 미친다. 본 연구는 비파괴 검사인 반전위측 정값과 생성된 부식량과의 상관성을 피복두께, 물-시멘트비를 고려하여 도출하는 것이다. 이를 위해, 3가지 수준의 물-시멘트비와 4가지 수준 의 피복두께를 가진 시멘트 모르타르 시편이 제조되었으며, 3가지 수준의 촉진부식기간을 고려하여 부식량 및 반전위를 측정하였다. 습윤상태 에서는 반전위가 크게 증가하였으며, 부식량과 촉진기간은 선형적인 관계를 가지고 있었다. 부식량이 증가할수록, 피복두께가 감소할수록, 물-시멘트비가 증가할수록 반전위는 증가하였다. 전체의 반전위 측정값을 부식량과 비교할 경우 0.67의 낮은 결정계수를 가지고 있었으나 부식 량(촉진기간)을 고려하여 3가지 수준을 고려할 경우 0.90이상의 높은 결정계수를 가지고 있었다. 실내조건과 같이 온도가 일정하고 포화상태 일 경우, 측정된 반전위는 부식량과 선형적인 상관성을 가지고 있었으며, 피복두께, 물-시멘트비, 철근직경, HCP의 측정범위를 알 수 있다면, 매립된 철근의 부식량을 예측할 수 있다고 판단된다.

건설산업에서 혼합콘크리트의 개발 및 사용은 내구성 측면에서의 공극구조개선 및 투수성 감소등의 확장 연구를 통해 나날이 증가하고 있는 실정이다. 한편, 콘크리트내의 균열은 투수성, 염해 침투속도 및 압축강도등을 결정하는 중요한 인자이며, 이는 철근의 부식과도 밀접한 관련을 가지는 것으로 알려져 있다. 더욱이 콘크리트 구조물의 피복두께에 균열이 발생한 경우, 이를 통해 철근 부식이 가속화됨은 주지의 사실이다. 최근에 콘크리트내의 침투를 고려한 균열효과와 관련하여 다수의 연구가 수행되어져 온 것이 사실이며, 그에 따라 내구성을 고려한 균열 혼합콘크리트의 사용수명 평가에 관한 연구도 필요한 것이 사실이다. 본 연구에서는 0.3mm의 균열을 변수로 두고, OPC, 30% PFA, 60% GGBS 및 10% SF의 결합재를 혼입하여 사용한 혼합콘크리트보의 부식평가를 자연 및 인공 환경조건에 맞추어 반전지전위측정시험, 갈바닉전류측정시험, 무게감량법등으로 측정 및 비교분석하였다.

The purpose of this study was to evaluate the effects of Ca(OH)2 and CO2 additions on the corrosion of metal coupons (ductile iron, galvanized steel, copper and stainless steel). Corrosion rate and released metal ion concentration of ductile iron and galvanized steel was decreased by adjusting alkalinity, calcium hardness and pH with Ca(OH)2 & CO2 additions named CCPP (Calcium Carbonate Precipitation Potential) index control process. But the effects of Ca(OH)2 & CO2 additions on copper and stainless steel were less than those on ductile iron and galvanized steel. When ductile iron coupon was exposed to water treated with Ca(OH)2 & CO2 additions, the main components of corrosion product formed on its surface were CaCO3 and Fe2O3 or Fe3O4, which often reduce the corrosion rate by prohibiting oxygen transport to the metal surface.