Hydraulic conductivity is a critical design parameter for buffers in high-level radioactive waste repositories. Most employed prediction models for hydraulic conductivity are limited to various types of bentonites, the main material of the buffer, and the associated temperature conditions. This study proposes the utilization of a novel integrated prediction model. The model is derived through theoretical and regression analyses and is applied to all types of compacted bentonites when the relationship between hydraulic conductivity and dry density for each compacted bentonite is known. The proposed model incorporates parameters such as permeability ratio, dynamic viscosity, and temperature coefficient to enable accurate prediction of hydraulic conductivity with temperature. Based on the results obtained, the values are in good agreement with the measured values for the selected bentonites, demonstrating the effectiveness of the proposed model. These results contribute to the analysis of the hydraulic behavior of the buffer with temperature during periods of high-level radioactive waste deposition.

한국원자력연구원 부지 내에 위치한 지하처분연구시설(KAERI Underground Research Tunnel, KURT) 에서는 선진핵주기 고준위폐기물처분시스템(A-KRS)을 기반으로 고준위방사성폐기물을 처분하였을때, 예상되는 공학적방벽(Engineered Barrier System, EBS)과 자연방벽(Natural Barrier System, NBS)에서의 열-수리-역학적 복합거동(Thermo-Hydro-Mechanical coupled behavior)의 특성을 규명하고자 현장시험(In-situ Demonstration of Engineered Barrier System, In-DEBS)을 2012년부터 계획 및 설계를 시작하여, 2016년 5월부터 지하처분연구시설 3번 연구 갤러리(Research gallery 3)에서 진행하고 있다. 현장시험의 데이터를 분석하고 열-수리-역학적 복합거동 특성을 명확히 규명하기 위해서는 경주 벤토나이트와 KURT 암석 및 암반의 열적, 수리적, 그리고 역학적 물성 특성을 반드시 파악하고 있어야만 한다. 이에 본 연구에서는 지금까지 수행된 KURT 부지 특성과 KURT 화강암 및 경주 벤토나이트의 열적, 수리적, 그리고 역학적 특성을 정리하고, 열적, 수리적, 그리고 역학적 모델을 제시하였다. 특히, 온도에 따른 암석의 열팽창계수 변화, 응력에 따른 암석의 투수계수 변화, 포화도에 따른 벤토나이트 및 암석의 열전도도 변화, 포화도에 따른 벤토나이트의 비열 및 흡입력 변화와 같은 열-수리-역학적 복합물성에 대한 다양한 모델을 도출함으로써, In-DEBS 현장시험 결과 분석과 열-수리-역학적 복합거동 특성 평가를 위해 수행 될 수치시험에 필요한 벤토나이트와 암석 및 암반의 입력자료를 제시하고자 하였다.

The Auxiliary Building Controlled Area Emergency Exhaust Air Cleaning Units (ACU) should be taken into account in the accident analysis that the entire gaseous radioactive material is exhausted to the environment through the auxiliary building without any filtration until the pressure reaches a negative pressure, approximately -0.25 inch, water gauge, when the ACU operation is credited in the analysis. Thus, this paper performed thermal-hydraulic analysis using GOTHIC program and showed the exhaust flow from each room in the auxiliary building controlled area to maintain room pressure not greater than (-) 0.25 inch water gauge.

본 연구에서는 저장볼트(storage vault)의 실험을 위하여 1/4 축소모델 내 튜브의 적정 발열량을 선정하고자 상사해석을 수 행하였다. 저장볼트에 대한 열 및 유동 해석을 우선적으로 수행하였고, 크기를 1/4로 축소한 저장볼트에 대하여 동일한 전 산해석을 수행하였다. 전산해석 결과를 바탕으로, 제안된 무차원수를 비교하여 원형모델과 온도분포와 유동분포가 유사하 게 되는 발열량을 선정하였다. 1/4 축소 저장볼트 내 튜브의 열유속이 1.3배일 때, 원형 저장볼트와 1/4 축소 저장볼트의 온 도장 및 유동장이 상사되었다. 이 때, 1/4 축소 저장볼트 내 발열량은 약 190 W이다.

Experimental analysis has been carried out to investigate thermal characteristics of hydraulic system in special vehicles. Hydraulic system performance is largely influenced by oil temperature, and there are considerable performance decline and malfunctions in the system for high temperature conditions caused by heavy load and continuous operation. Transient oil temperature and pressure variation are analyzed and heat generation rates in the several main system parts are compared for various flow rates. With the start of system operation oil temperature gradually increases, and viscosity deceases by about 70% as temperature increases from 20℃ to 80℃. Operation pressure in the hydraulic system decreases with oil temperature, and its variation rate becomes less steep as oil temperature increases. Heat generation rate in hydraulic pump also depends on the oil temperature, and it reaches maximum near 50℃. These results in this study can be applied to optimal design of efficient hydraulic system in special vehicles.

고준위방사성폐기물 처분장의 완충재 후보물질 선정을 위해 경주 벤토나이트를 대상으로 수리특성, 팽윤특성, 열적특성, 역학특성 및 핵종유출 저지특성을 조사하였다. 실험결과, 압축 벤토나이트의 수리전도도는 m/s 이하로 매우 낮았으며 건조밀도가 증가할수록 감소하였다. 팽윤압은 0.66 ㎫∼14.4 ㎫ 사이의 값을 보였으며 건조밀도에 따라 증가하였다. 건조밀도가 1.4 Ms/㎥ ∼ 1.8 Mg/㎥1.4 일때, 열전도도, 열축압축강도 (unconfined compressive strength), 탄성계수 (Young's modulus of elasticity), Poisson 비는 각각 0.80 ㎉/m ∼1.52 ㎉/m , 0.55 ㎫ ∼ 8.83 ㎫, 59 ㎫ ∼ 1275 ㎫, 0.05 ∼ 0.20의 값을 나타내었다. 압축벤토나이트에 대한 핵증 확산계수는 산화 환경에서 측정되었으며, 주어진 실험조건에서 삼중수소 (H-3)는 1.7 /s ∼ 3.4 /s. 양이온 핵종 (Cs, Sr , Ni)은 8.6 /s ∼ 1.3 /s, 음이온 핵종 (I, Tc)은 1.2 /s ∼ 9.5 /s, 악티나이드 핵종은 3.0 /s ∼ 1.8 /s 사이의 값을 나타내었다. 이때 확산계수는 모든 핵종에 대해 압축벤토나이트의 건조밀도가 증가할수록 감소하는 경향을 보였다.