In 2012, POSIVA selected a bentonite-based (montmorillonite) block/pellet as the backfilling solution for the deposition tunnel in the application for a construction license for the deep geological repository of high-level radioactive waste in Finland. However, in the license application (i.e. SC-OLA) for the operation submitted to the Finnish Government in 2021, the design for backfilling was changed to a granular mixture consisting of bentonite (smectite) pellets crushed to various sizes, based on NAGRA’s buffer solution. In this study, as part of the preliminary design of the deep geological repository system in Korea, we reviewed history and its rationale for the design change of Finland’s deposition tunnel backfilling solution. After the construction license was granted by the Finnish Government in 2015, POSIVA conducted various lab- and full-scale in-situ tests to evaluate the producibility and performance of two design alternatives (i.e. block/pellet type and granular type) for backfilling. Principal demonstration tests and their results are summarized as follows: (a) Manufacturing of blocks using three types of materials (Friedland, IBeco RWC, and MX-80): Cracking and jointing under higher pressing loads were found. Despite adjusting the pressing process, similar phenomena were observed. (b) 1:6 scale experiment: Confirmation of density difference inhomogeneity due to the swelling of block/pellet backfill and void filling due to swelling behavior into the mass loss area of block/pellet. (c) FISST (Full-Scale In situ system Test): Identification of technical unfeasibility due to the inefficient (too manual) installation process of blocks/pellets and development of an efficient granular in-situ backfilling solution to resolve the disadvantage. (d) LUCOEX-FE (Large Underground Concept Experiments – Full-scale Emplacement) experiment: Confirmation of dense/homogeneous constructability and performance of granular backfilling solution. In conclusion, the simplified granular backfill system is more feasible compared to the block/ pellet system from the perspective of handling, production, installation, performance, and quality control. It is presumed that various experimental and engineering researches should be preceded reflecting specific disposal conditions even though these results are expected to be applied as key data and/or insights for selecting the backfilling solution in the domestic deep geological repository.

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.

고준위폐기물 심지층 처분장 설계시 주요한 고려인자는 완충재의 건전성 유지를 위하여 폐기물로부터 발생되는 열로 인하여 완충재의 온도가 100'C를 넘지 않도록 하는 것이다. 본 연구에서는 이러한 요건을 만족하는 고준위폐기물 심지층 처분장 배치를 위하여 처분터널 및 처분공 간격에 대한 분석을 수행하였다. 이를 위하여, 기준 처분개념을 바탕으로 사용후핵연료의 냉각기간 및 처분터널/처분공 간격을 다양하게 설정하여, 처분시스템에서의 열적 안정성 해석 및 결과를 비교분석하였다. 분석결과, 처분장 열적 요건을 만족하는 배치는 처분터널의 간격 보다는 처분공 간격을 조절하여 배치하는 것이 유리한 것으로 판단되었다. 본 연구의 결과는 심지층 처분시설 설계시 활용될 것이다. 향후, 정확한 부지특성 자료를 통한 상세한 분석이 수행되면, 분석결과의 불확실성을 줄일 것이다.

본 연구에서는 고준위 방사성폐기물 심지층 처분시설의 규모 및 layout설정에 필요한 요소인 처분터널 및 처분공 간격에 대한 분석을 수행하였다. 이를 위하여, 기준 처분개념과 공학적 방벽 개념을 바탕으로 다양한 조건의 처분터널 및 처분공 단면을 설정하고, 단층 배치 및 복층 배치 개념 에 따른 처분동굴의 구조적, 열적 안정성을 분석하였다. 분석 결과를 바탕으로 설계에 있어서 주요한 고려인자 중의 하나인 굴착량을 감소시킬 수 있는 처분동굴 및 처분공 간격을 제안하였다. 본 연구의 결과는 심지층 처분시설 설계시 활용될 것이며, 향후, 부지에 대한 불확실성을 줄이기 위하여 정확한 부지특성 자료를 통한 상세한 분석이 필요하다.

고준위폐기물 기준처분시스템의 건전성과 처분안전성의 실험적 검증에 필수적인 지하처분연구시설의 기본설계 도출을 위한 연구가 수행되었다. 먼저 지하처분연구시설의 부지에 대해 간단히 기술하고, 이 부지에 건설될 지하처분연구시설의 기본개념을 제시하고자 하였다. 제시된 기본개념을 충족시키기 위한 지하처분연구시설의 설계 요구사항을 설정하고, 이러한 기본개념과 설계요구사항을 바탕으로 지하처분연구시설의 기본설계를 수행하였다. 또 향후 지하처분연구시설에서 수행될 연구항목을 도출하였다.