In this study, a fracture evaluation of the spent nuclear fuel storage canister was conducted. Stainless steel alloys are typically used as the material for canisters, and therefore, a separate destructive evaluation is not required for safety analysis reports. However, in this research, a methodology for conducting a destructive evaluation was proposed for assessing the acceptability of cracks detected during in-service inspections for long-term storage due to reasons such as stress corrosion cracking. For the fracture evaluation, analytical equations provided in the design code such ASME were employed, and finite element method (FEM) based linear elastic fracture mechanics (LEFM) was performed to validate the effectiveness of the analytical equations. Impact analyses such as tip-over of the storage cask on a concrete pad were performed, and the fracture evaluation using stresses resulting from the impact analysis under accident conditions and residual stresses from welds were carried out. Through this research, geometric dimensions for cracks exceeding the fracture criteria were established.

One of the options for spent fuel dry storage systems is to store them in canisters using metal or concrete casks close to shore. The interaction between the austenitic stainless steel and the chloride atmosphere generated from the sea creates detrimental conditions leading to chloride induced stress corrosion cracking (CISCC) in the canister. The corrosion integrity of the canister in the concrete cask is very important because the canister is sealed and used for a long period of time. A canister made of austenitic stainless steel has several welding lines on the wall and lid, which are generated during the welding process and have high residual tensile stress. The interaction between the austenitic stainless steel and the chloride atmosphere generated from the sea creates detrimental conditions leading to chloride induced stress corrosion cracking (CISCC) in the canister. The corrosion integrity of the canister in the concrete cask is very important because the canister is sealed and used for a long period of time. In order to evaluate such soundness, an accelerated test capable of simulating the CISCC crack propagation phenomenon of the canister weld is required. In this study, a test device for performing the CISCC simulation test was constructed using the DCPD device. The direct current potential drop (DCPD) technique is a widely accepted method of monitoring crack initiation and growth in controlled laboratory tests. Total 10 types of test specimens with varying welds, base metal, salinity and stress were selected and a sealed chamber with DCPD test apparatus were designed and constructed to evaluate them. The chamber for CISCC simulation was manufactured as a sealed with a solution containing 10% MgCl2. A 1/2 CT specimen with precracked pre-cracks was loaded into the prepared container, and gauze was attached from the bottom for smooth delivery to the specimen to facilitate penetration of chloride. After the test, the measured DCPD data were correlated with Electron Back scattered Diffraction (EBSD) data.

There have been a variety of issues related to spent nuclear fuel in Korea recently. Most of the issues are related to intermediate storage and disposal of spent nuclear fuel. However, recently, various studies have been started in advanced nuclear countries such as the United States to reduce spent nuclear fuel, focusing on measures to reduce spent nuclear fuel. In this study, a simple preliminary assessment of the thermal part was performed for the consolidation storage method which separates fuel rods from spent nuclear fuel and stores them. The preliminary thermal evaluation was analyzed separately for storing the spent fuel in fuel assembly state and separating the fuel rods and storing them. The consolidation storage method in separating the fuel rods was advantageous in terms of thermal conductivity. However, detailed evaluation should be performed considering heat transfer by convection and vessel shape when storing multiple fuel bundles simultaneously.

One of the options for spent fuel dry storage systems is to store them in canisters using metal or concrete casks close to shore. The interaction between the austenitic stainless steel and the chloride atmosphere generated from the sea creates detrimental conditions leading to chloride induced stress corrosion cracking (CISCC) in the canister. The corrosion integrity of the canister in the concrete cask is very important because the canister is sealed and used for a long period of time. A canister made of austenitic stainless steel has several welding lines on the wall and lid, which are generated during the welding process and have high residual tensile stress. The interaction between the austenitic stainless steel and the chloride atmosphere generated from the sea creates detrimental conditions leading to chloride induced stress corrosion cracking (CISCC) in the canister. The corrosion integrity of the canister in the concrete cask is very important because the canister is sealed and used for a long period of time. In order to evaluate such soundness, an accelerated test capable of simulating the CISCC crack propagation phenomenon of the canister weld is required. In this study, a test device for performing the CISCC simulation test was constructed using the DCPD device. The direct current potential drop (DCPD) technique is a widely accepted method of monitoring crack initiation and growth in controlled laboratory tests. In its simplest form it involves passing a constant current through the test piece and accurately measuring the electrical potential across the crack plane, and it is a suitable device to measure crack growth in real time. The requirements for the CISCC simulation test selected based on the literature search results include test material 316 L, load range 1.75YS, positive displacement load, and 7% MgCl2 concentration. In order to smoothly evaluate these various conditions, it was determined that it is advantageous to collect crack length data in real time using a DCPD device, rather than receiving and analyzing specimens maintained for a certain time in the chamber. Therefore, in this study, 4 types of test conditions in real time was built, and data collection on crack propagation could be performed in real time by using it.

One of the options for spent fuel dry storage systems is to store them in canisters using metal or concrete casks close to shore. The interaction between the austenitic stainless steel and the chloride atmosphere generated from the sea creates detrimental conditions leading to chloride induced stress corrosion cracking (CISCC) in the canister. The corrosion integrity of the canister in the concrete cask is very important because the canister is sealed and used for a long period of time. A canister made of austenitic stainless steel has several welding lines on the wall and lid, which are generated during the welding process and have high residual tensile stress. The interaction between the austenitic stainless steel and the chloride atmosphere generated from the sea creates detrimental conditions leading to chloride induced stress corrosion cracking (CISCC) in the canister. The corrosion integrity of the canister in the concrete cask is very important because the canister is sealed and used for a long period of time. In order to evaluate such soundness, an accelerated test capable of simulating the CISCC crack propagation phenomenon of the canister weld is required. In this study, the current status of CISCC simulation tests performed around the world to build a test equipment for the CISCC simulation accelerated test is investigated, and based on this, the test conditions suitable for the simulation test and specimen specifications are selected to establish the test equipment. The settings were performed. In consideration of the set device requirements, the essential limiting conditions for device manufacturing were derived, and detailed design was performed to satisfy them, and it was used to build a CISCC simulation test device for welding parts. The CISCC simulation test equipment requires performance to maintain the test temperature range of room temperature to 80°C and humidity 35 to 95%. In addition, it should be manufactured in consideration of humidity and temperature maintenance in the chamber of the complex corrosion tester, measures to prevent leakage of the connection part between the chamber and the salt water tank of the complex corrosion tester, and measures to supply stable salt water and maintain temperature in the salt water tank. Based on these contents, detailed specifications and design contents of the chloride stress corrosion cracking simulation test apparatus were presented in this study.

원자력발전의 최대 걸림돌은 사용 후 핵연료인 고준위폐기물이다. 높은 방사능과 발생하는 열은 사용 후 핵연료의 안전한 처분을 어렵게 하고 있다. 현재 유일한 처리방법은 심지층 처분기술이다. 본 논문은 이와 같은 심지층 처분기술의 핵심기술 중의 하나인 처분용기의 구조안전성 설계문제를 다루고 있다. 특히 처분장에서 처분용기 처분 시 사고로 운송차량에서 추락 낙하 하여 지면과 충돌하는 경우 처분용기에 가해지는 충격력에 의하여 처분용기에 발생하는 응력 및 변형에 대한 비선형구 조해석을 수행하였다. 해석의 주된 내용은 심지층 처분장에서 운반차량으로 처분용기 운반 중 사고로 추락낙하 하여 지면과의 충돌 시에 처분용기에 가해지는 충격력을 기구동역학해석 상용 컴퓨터코드인 RecurDyn으로 구하고 이 충격력에 의하여 처 분용기에 발생하는 응력 및 변형을 유한요소 정적 구조해석 상용 컴퓨터코드인 NISA를 이용하여 구한 것이다. 해석결과는 충돌 충격 시간 중 발생하여 처분용기에 가해지는 충격력에 의하여 처분용기, 특히 처분용기의 위 덮개 혹은 아래 덮개에 큰 응력과 대변형이 발생함을 보여주고 있다.

고준위폐기물 처분용기를 처분장에서 처분 시 사고로 운송차량에서 추락낙하 하여 지면과 충돌하는 경우 처분용기에 가 해지는 충격력에 의해 처분용기에 응력이 발생한다. 본 논문에서는 고준위폐기물 처분용기의 구조안전성 설계과정의 일환으 로 이와 같은 충격력에 의하여 여러 가지 처분용기 모델에 발생하는 응력에 대한 비교연구를 수행하였다. 연구의 주된 내용 은 이와 같은 비교연구를 통하여 구조적으로 건전한 처분용기의 설계에 관한 것이다. 처분장에서 운반차량으로 처분용기 운 반 중 사고로 추락낙하 하여 지면과의 충돌 시에 처분용기에 가해지는 충격력은 기구동역학해석 상용 컴퓨터코드인 RecurDyn으로 구하였다. 이렇게 구한 충격력에 의하여 여러 가지 처분용기 모델에 발생하는 응력 및 변형은 유한요소해석 상용 컴퓨터코드인 NISA를 이용하여 구하였다. 이 응력과 변형 값들의 비교 검토를 통하여 구조적으로 건전한 처분용기에 대한 연구를 수행하였다. 연구결과 처분용기 내부 고준위폐기물 다발을 감싸는 외곽 벽의 두께가 두꺼워 질수록 또는 처분 용기의 직경이 커질수록 처분용기에 발생하는 응력이 커지는 것을 알 수 있었다. 그러나 처분용기에 가해지는 충격력도 처 분용기의 직경이 커짐에 따라 증가하였다. 그럼에도 불구하고, 단위 충격력 당 발생하는 변형의 크기는 직경이 증가함에 따 라 감소하였다. 따라서 결론적으로 직경이 증가할수록 처분용기는 구조적으로 건전함을 알 수 있었다.

본 논문은 강체간의 충돌에 의한 충격력에 대한 수학적 정해 및 고준위폐기물 처분용기의 지면 추락낙하사고 시의 충돌충격에의 응용 논문으로 강체간 충돌에 의해 발생하는 충격력 특히 고준위폐기물 처분용기의 지면 추락낙하 충격사고 시 처분용기에 가해지는 충격력을 구하는 기구동역학 수치해석 연구를 수행하였다. 이를 통하여 고준위폐기물 처분용기의 구조안전성 설계과정에서 요구되는 처분용기 처분 시 사고로 추락낙하 하여 지면과 충돌하는 경우 처분용기에 가해지는 충격력을 수치적으로 구하였다. 수치해석 연구의 주된 내용은 기구동역학해석 상용 컴퓨터코드를 이용하여 처분장에서 운반차량으로 처분용기 운반중 사고로 추락낙하 하여 지면과의 충돌 시에 처분용기에 가해지는 충격력을 구하는 기술적인 방법에 관한 것이며 이를 토대로 지면과 충돌하는 처분용기에 발생하는 충격력을 구하는 문제를 수치적으로 다루었다. 이렇게 수치적으로 구한 충격력을 이론적으로 구한 값들과 비교하였다. 비교결과 이론값들과 잘 일치함을 알 수 있었다.

본 논문은 두 편으로 구성된 사고로 지면에 추락낙하 충돌하는 고준위폐기물 처분용기에 대한 기구동역학 해석 논문 중 두 번째 논문으로 기구동역학 해석에 대한 수치해석연구를 수행하였다. 이를 통하여 고준위폐기물 처분용기의 구조 안전성 설계에 요구되는 처분용기 처분 시 사고로 추락낙하 하여 지면과 충돌하는 경우 처분용기에 가해지는 충격력을 수치적으로 구하였다. 수치해석 연구의 주된 내용은 상용 기구동역학 해석코드를 이용하여 처분장에서 운송차량으로 처분용기 취급 시 사고로 추락낙하 하여 지면과의 충돌 시 처분용기에 발생하는 충격력을 구하는 기술적인 방법에 관한 것이며 이를 토대로 지면과 충돌 시 처분용기에 발생하는 충격력을 구하는 문제를 수치적으로 다루었다. 이렇게 수치적으로 구한 처분장에서 처분용기 운송 시 운반차량에서 사고로 추락낙하 하여 지면과 충돌하는 처분용기에 발생하는 충격력을 분석한 결과 처분용기의 무게가 증가 할수록 충격력도 증가하며 처분용기는 추락낙하 하여 세 가지 유형으로 지면과 충돌함을 알 수 있었다.

본 논문은 두 편으로 구성된 사고로 지면에 추락낙하 충돌하는 고준위폐기물 처분용기에 대한 기구동역학 해석 논문 중 첫 번째 논문으로 기구동역학 해석에 대한 일반 이론연구를 수행하였다. 이를 통하여 고준위폐기물 처분용기의 구조 안전성 설계에 요구되는 처분용기 처분 시 사고로 추락낙하 하여 지면과 충돌하는 경우 처분용기에 가해지는 충격력을 이론적으로 구하고자 하였다. 이론 연구의 주된 내용은 다물체 동역학의 운동방정식에 관한 것이며 이를 토대로 다물체간 충돌 시 발생하는 충격력을 구하는 문제를 이론적으로 다루었다. 이렇게 이론적으로 구한 충격력을 처분장에서 처분용기 운송 시 운반차량에서 사고로 추락낙하 하여 지면과 충돌하는 처분용기에 발생하는 충격력을 구하는 문제에의 적용을 검토하였다.