In the engineered barrier system of deep geological disposal repository, complex physicochemical phenomena occur throughout the entire disposal time, consequently impacting the safety function. The bentonite buffer, a significant component of the engineered barrier system, can be geochemically altered due to the changes in host rock groundwater, temperature, and redox condition. Such changes may have direct or indirect effects on radionuclide migration in case of canister failure. Therefore, a modeling tool that accounts for coupled thermal-hydraulic-mechanical-chemical (THMC) processes is necessary for the safety assessment. To this end, the Korea Atomic Energy Research Institute (KAERI) has developed the APro, a modeling interface for conducting safety assessment of deep geological disposal repository. The APro considers coupled THMC processes that influence radionuclide migration. Here, the solute transport considering thermal and hydraulic processes are calculated using the COMSOL multi-physics, while geochemical reactions are carried out in PHREEQC. The two software are coupled using a sequential non-iterative operator splitting approach, and transport of non-water H, non-water O, and charge were additionally considered to enhance the coupling model stability. Finally, the applicability of APro to simulate long-term geochemical evolution of bentonite was demonstrated through benchmark studies to evaluate the effects of mineral precipitation/dissolution, temperature, redox, and seawater intrusion.

Various linear system solvers with multi-physics analysis schemes are compared focusing on the near-field region considering thermal-hydraulic-chemical (THC) coupled multi-physics phenomena. APro, developed at KAERI for total system performance assessment (TSPA), performs a finite element analysis with COMSOL, for which the various combinations of linear system solvers and multi-physics analysis schemes should to be compared. The KBS-3 type disposal system proposed by Sweden is set as the target system and the near-field region, which accounts for most of the computational burden is considered. For comparison of numerical analysis methods, the computing time and memory requirement are the main concerns and thus the simulation time is set up to one year. With a single deposition hole problem, PARDISO and GMRESSSOR are selected as representative direct and iterative solvers respectively. The performance of representative linear system solvers is then examined through a problem with an increasing number of deposition holes and the GMRES-SSOR solver with a segregated scheme shows the best performance with respect to the computing time and memory requirement. The results of the comparative analysis are expected to provide a good guideline to choose better numerical analysis methods for TSPA.

국내 고준위 방사성폐기물 심층처분시스템에 대한 프로세스 기반의 종합성능평가체계(APro) 개발을 위하여 사용자 편의성이 향상된 모델링 인터페이스를 구축하였다. APro의 모델링 인터페이스는 프로그래밍 언어인 MATLAB을 이용하여 구축되었고, 다중물리현상 모사가 가능한 COMSOL과 지화학반응 계산이 가능한 PHREEQC를 계산 엔진으로 활용하여 연산 자분리 방식을 적용하였다. APro는 모델링 영역을 기존의 정형화된 처분시스템으로 제한함으로써 모델의 자유도는 낮지만, 사용자 편의성을 향상시켰다. 처분시스템에서 고려되는 주요 현상들을 모듈화하였고, 이를“Default process”와 다수의“Alternative process”로 구분하여 사용자가 선택할 수 있도록 함으로써 모델의 유연성을 높였다. APro는 크게 입력자료 부분과 계산실행 부분으로 구성된다. 기본 입력자료는 하나의 EXCEL 파일에 일정한 포맷으로 정리되고, 계산실행 부분은 MATLAB을 이용하여 코딩되었다. 최종적인 전체 계산 결과는 독립적인 COMSOL 파일 형태로 생성되도록 하여 COMSOL을 이용한 계산 결과의 후처리가 가능하도록 하였다.

방사성폐기물 처분 연구 사업이 법률적인 인허가 뿐만이 아니라 일반 국민의 동의를 얻기 위해서는 처분 사업의 안전성에 대한 신뢰성 획득이 중요하며 이를 위해 투명하게 공개될 수 있는 종합 성능 평가 (TSPA, Total System Performance Assessment)의 수행 이 필요하다. 본 연구에서는 처분 성능 평가의 투명성 증진을 위한 방안의 하나로 처분 종합 성능 평가 전 과정에 대해 품질 보증 원칙을 도입하여 평가 관련 전체 업무에 관한 신뢰성 향상을 꾀하고자 하였다. 이를 위해 처분 종합 성능 평가 수행의 다섯 단계인 (1) 기획, (2) 연구 수행 , (3) 문서화, (4) 내부 검토, (5) 독자적인 외부 검토 과정에 T2R3의 품질 보증 원칙을 적용한 인터넷 기반의 Cyber R&D Platform이 개발되었다. 인터넷을 기반으로 하는 본 시스템의 개발을 통해 안전성 평가 관련 모든 참여자들은 평가 전 과정에서 투명성이 유지된 데이터들에 쉽게 접근하여 이를 이용할 수 있다 Cyber R&D Platform은 안전성 평가를 위한 시나리오 개발 관련 데이터인 FEP 목록과 관련 시나리오 정보, 관련 시나리오 도출 과정 및 평가 체계 등을 체계적으로 구축한 FEAS (FEp to Assessment through Scenario development)프로그램과 안전성 평가에 필요한 입력 데이터들을 분류, 저장해 놓은 PAID (Performance Assessment Input Data) 프로그램, 그리고 이러한 자료들을 품질 보증 원칙과 절차에 의한 승인 과정을 통해 입력, 저장할 수 있는 품질 보증 시스템으로 구성되어 있으며 이를 통합 운영함으로써 도출된 데이터들의 신뢰성을 높이고자 하였다. 향후 연구에서는 Cyber R&D Platform과 평가 software와의 통합 운영으로 웹 기반 시스템에 대한 한 번의 접속만으로 안전성 평가 관련 모든 정보를 확인, 이용할 수 있도록 할 것이다.