In order to ensure the long-term safety of a deep geological repository, the performance assessment of the Engineered Barrier System (EBS) considering a thermal process should be performed. The maximum temperature at the side wall of a disposal canister for the technical design requirement should not exceed 100°C. In this study, the thermal modelling was conducted to analyze the effects of the thermal process from a disposal canister to the surrounding near-field host rock using the PFLOTRAN code. The mesh was generated using the LaGriT code and the material properties were assigned by applying the FracMan code. Initial conditions were set as the average geothermal gradient (25.7°C/km) and an average surface temperature (14.7°C) in Korea. The highest temperature was observed at the middle of the canister side wall. The temperature of the buffer was lower than that of the canister, and the temperature increase of the deposition tunnel and the host rock was insignificant due to the lower effect of the heat source. The result of the thermal evolution of the EBS represented the highest thermal effects in the vicinity of the canister. In addition, the thermal effects were largely decreased after 10 years of the entire simulation period. It demonstrated that the model took 3 years to heat up the buffer around the canister. The temperature at the canister side wall increased until 3 years and then decreased after that time. This is because that the radioactive decay heat from the heat source was emitted enough to raise the overall temperature of the EBS by 3 years. However, the decay heat rate of the canister decreased exponentially with the disposal time and then its decay heat was not emitted enough after 3 years. In conclusion, the peak temperature results of the EBS were lower than 70°C to meet the technical design requirement.

According to the second high-level radioactive waste management national basic plan announced in December 2021, the reference geological disposal concept for spent nuclear fuels (SNF) in Korea followed the Finnish concept based on KBS-3 type. Also, the basic plan required consideration of the development of the technical alternatives. Accordingly, Korea Atomic Energy Research Institute is conducting analyses of various alternative disposal concepts for spent nuclear fuels and is in the final selection stage of an alternative disposal concept. 10 disposal concepts including reference concept were considered for analysis in terms of disposal efficiency and safety. They were reference concept, mined deep borehole matrix, sub-seabed disposal, deep borehole disposal, multi-level disposal, space disposal, sub-sea bed disposal, long-term storage, deep horizontal borehole disposal, and ice-sheet disposal. Among them, first 4 concepts, mined deep borehole matrix, sub-seabed disposal, deep borehole disposal, multi-level disposal, were selected as candidate alternative disposal concepts by the evaluation of qualitative items. And then, by the evaluation of quantitative and qualitative items with specialists, multi-level disposal concept was being selected as a final alternative disposal concept. Design basis and performance requirements for designing alternative disposal systems were laid in the previous stage. Based on this, the design strategy and main design requirements were derived, and the engineered barrier system of a high-efficiency disposal concept was preliminary designed accordingly. In addition, as an alternative disposal concept, performance targets and related requirements were established to ensure that the high-efficiency repository system and its engineered barrier system components, such as disposal containers, buffer bentonites, and backfill perform the safety functions. Items that qualitatively describe safety functions, performance goals, and related requirements at this stage and items whose quantitative values are changed according to future test results will be determined and updated in the process of finalizing and specifically designing an alternative highefficiency disposal system.

This study aimed to provide better understanding of the bedrock aquifer bacterial communities and their functions in deep geological repository (DGR) environment. Two study sites of uranium deposits in the Ogcheon Metamorphic Belt were selected: Boeun and Guemsan. From two study sites, six groundwater samples were obtained with different boreholes and depths: OB1 (Boeun, 25 m), OB3 (Boeun, 80 m), GS1 (Guemsan, 25 m), GS2 (Guemsan, 85-90 m), GS3-I (Guemsan, 32- 38 m), GS3-II (Guemsan, 70-74 m). The physicochemical properties of groundwater were analyzed by multi-parameter sensors, ion chromatography (IC), and inductively coupled plasma optical emission spectroscopy (ICP-OES). Illumina Miseq sequencing was performed to investigate bacterial community in six groundwater samples. In addition, the number of sulfate-reducing bacteria (SRB) was quantified by a quantitative PCR (qPCR). Bacterial community composition varied in response to boreholes and depths. A total of 14 different phyla and 36 classes were detected from six groundwater samples. Overall, Proteobacteria, Actinomycetota, and Bacteroidota were dominant in the phylum level. SRB and iron-reducing bacteria (IRB) were detected in all groundwater samples even though organic carbon sources were not abundant (0.7-3.3 mg-total organic carbon/L). This result shows a potential to immobilize uranium in DGR environment. In particular, SRB, Desulfosporosinus fructosivorans and Humidesulfovibrio mexicanus were mainly detected in GS1 and GS2 groundwater samples, which attributed to higher dissimilatory sulfite reductase functional gene copy number in GS1 and GS2 groundwater samples. Statistical analysis was performed to understand the correlation between environmental factors and core bacterial species. Dissolved oxygen (DO), Fe, and Mn concentrations were positively correlated with Curvibacter fontanus while Undibacterium rivi had a negative correlation with pH. These results indicate that bacterial community could be changed in response to environmental variation. Further study with a greater number of samples is necessary to obtain statistically reliable and meaningful results for a safe DGR system.

In the design of HLW repositories, it is important to confirm the performance and safety of buffer materials at high temperatures. Most existing models for predicting hydraulic conductivity of bentonite buffer materials have been derived using the results of tests conducted below 100°C. However, they cannot be applied to temperatures above 100°C. This study suggests a prediction model for the hydraulic conductivity of bentonite buffer materials, valid at temperatures between 100°C and 125°C, based on different test results and values reported in literature. Among several factors, dry density and temperature were the most relevant to hydraulic conductivity and were used as important independent variables for the prediction model. The effect of temperature, which positively correlates with hydraulic conductivity, was greater than that of dry density, which negatively correlates with hydraulic conductivity. Finally, to enhance the prediction accuracy, a new parameter reflecting the effect of dry density and temperature was proposed and included in the final prediction model. Compared to the existing model, the predicted result of the final suggested model was closer to the measured values.

Gyeongju radioactive waste repository has been operated to dispose low and intermediate level radioactive waste in Korea since 2016. Currently, only deep geological disposal facility (1st) is in operation, surface disposal facility (2nd) is scheduled to operate from 2024. As a result, the annual amount of radioactive waste that can be disposed of at deep geological disposal facilities and surface disposal facilities is almost determined. According to this result, it was possible to derive the total annual disposal amount to dispose of all radioactive waste at the Gyeongju repository after landfill disposal facility (3rd) construction. To evaluate it, a predictive model has been designed and radioactive waste generation, storage, and disposal data were input. The predictive model is based on system dynamics, which is useful to analyze the correlation between input variables. As a result of analysis, radioactive waste generation amount and maximum annual radioactive waste disposal were predicted to reach 741,615 drum and 17,030 drum per year respectively. From these results, it seems that the expansion of radioactive waste acceptance system or temporary storage is necessary.

당해 연구의 제 1 부 논문에서 확률론적으로 접근한 데에 이어, 파이로처리 방사성 폐기물 처분장에 대하여 폐쇄 후 처분장 의 성능에 영향을 줄 수 있는 근계 영역 내 세가지 주요 설계 관련 요소에 대하여 각 핵종별로 최종 피폭 선량에 주는 민감 도를 결정론적인 방법을 통하여 조사해 보았다. 농축 피폭 집단에 방사선 피폭을 주는 주요한 핵종들이 처분장에서 유출된 후 처분 시스템 근계 영역 내 다양한 매질을 이동하는 것에 관련되어 이들 요소가 어느 정도의 영향을 주게 되는지 보기 위 하여 제 1 부에서 처분 용기의 수명, 선원항으로서의 처분 용기에서의 연간 핵종 유출률, 그리고 처분장 주요 인공 방벽으로 서의 완충재의 손실도 등의 변화를 확률론적 접근 방법으로 검토한 데 이어, 제 2 부의 이 연구를 통해서는 통계적인 확률 론적 민감도를 검토하는 대신 세가지 인자에 대하여 가장 나쁜 경우와 이상적인 조합을 구성한 후 이를 결정론적으로 평가 하여 인지된 3개의 요소들이 제 1 부에서의 결과와 동일하게 처분장 설계에 매우 중요할 수 있다는 결과를 얻을 수 있었다.

파이로처리 방사성폐기물 처분장에서 폐쇄 후 처분장의 성능에 영향을 줄 수 있는 근계 영역 내 세가지 주요 설계 관련 요 소에 대하여 주요 핵종별로 최종 피폭 선량에 주는 민감도를 확률론적인 접근을 통하여 조사하였다. 농축 피폭 집단에 방사 선 피폭을 주는 주요한 핵종들이 처분장에서 유출된 후 처분 시스템 근계 영역 내 다양한 매질을 이동하는 것에 관련되어, 이들 요소가 어느 정도의 영향을 주게 되는지 보기 위하여 처분 용기의 수명, 선원항으로서 처분 용기에서의 연간 핵종 유출 률, 그리고 처분장 주요 인공 방벽으로서 완충재의 손실도 등의 변화에 따른 결과를 검토하였다. 처분장에 대한 결정론적, 확률론적 안전성 평가를 병행 수행하여, 이 세가지 설계 요소의 물리적 변화가 통계적 분포를 가지고 일어난다고 가정하는 확률론적 접근 방법에 따른 연구 결과는 제 1 부의 이 연구에, 그리고 세가지 설계 요소가 가질 수 있는 조합을 서로 다른 시 나리오로서 비교하는 결정론적인 방법으로 접근한 결과는 별도로 제 2 부에 제시하였다. 두 가지 접근 결과와 함께 고려된 인자들에 대하여 모두 결과에 민감한 것으로 나타나 이러한 결과와 방법론은 향후 처분장 설계에 모범적인 피드백을 줄 수 있을 것으로 기대된다.

현재까지 개발된 고준위폐기물 심지층처분장의 열-수리-역학적 복합거동 해석을 위한 전산 코드의 현황을 조사하고, 문헌에 보고된 각 코드에 의한 계산치와 현장실험 측정치의 비교 결과를 이용하여, 기존 전산 코드들의 신뢰도를 분석하였다. 개발된 전산코드들은 완충재가 없는 처분장에서는 붕괴열에 따른 암반의 열-수리-역학적 거동을 비교적 잘 모사하였으나, 포화 경암층에 위치한 완충재가 존재하는 처분장의 공학적방벽시스템 내에서 일어나는 열-수리-역학적 복합거동의 예측은 만족스럽지 못하였다. 현재 제안된 열-수리-역학적 복합거동 해석모델을 고준위폐기물 처분장 공학적방벽시스템의 거동 해석에 적용하기위해서는 완충재 내의 수분함량 및 전 압력 분포를 보다 정교하게 모사할 수 있도록 수학적 모델의 개선이 필요하다.

지하 동굴식 처분장의 건설, 운영 및 중-저준위 방사성폐기물을 처분한 이후 발생하게 되는 오염물질(Rn, CH CO, HS, Radiolysis에 의한 방사능 가스 등)은 적절한 공기량을 필요로 한 곳에 정확히 분배시킬 수 있는 환기시스템에 의해 통제되도록 하여야한다. 특히 지하 처분장은 여러 개의 진입 터널, 저장 터널, 공기 유입-배기 터널, 수직갱 등으로 이루어진 복잡한 회로망의 형태로 나타나기 때문에 이에 적절한 기술적 접근이 필요하다. 본 논문에서는 이러한 환기시스템 구축을 위한 기술적 접근을 위해 미국의 WIPP (Waste Isolation Pilot Plant)처분장과 스웨덴의 SFR (Slutforvar for Reaktoravfall) 중-저준위 처분장을 모델로 하여 두 처분장의 소요환기량을 선정하고 설계상 통풍로의 단면적, 길이, 표면 거칠기 등을 고려한 환기회로를 구성하였으며, 수학적으로 계산되는 각 회로의 저항에 대해 기술하였다. 또한 이를 바탕으로 적절한 선풍기의 용량과 수직갱 운용방안을 설계하였다. 두 처분장의 지형상의 규모 및 환기시설 비교 결과, SFR 처분장에 비해 WIPP 처분장에서와 같이 병렬구조가 많을수록 처분장 전체의 저항이 감소되며 이러한 결과로 환기시스템의 운용비 절감효과를 얻을 수 있다는 결론을 얻었다. 따라서 처분용량 증대를 위한 대단면의 SFR 처분장 구조와 전체 저항 감소를 위한 WIPP 처분장의 병렬구조를 조합한 형태가 가장 합리적이며 효율적인 환기가 이루어질 수 있을 것으로 사료된다.

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.

방사성 폐기물의 지층 처분장 건설 및 운영을 위한 개념 선정 단계에서는 폐기물 운반 및 거치뿐 아니라, 처분장의 건설/운영/폐쇄 기간 동안 지하 처분장의 작업 환경 및 위생, 안전, 그리고 처분장내의 수분 제거와 같은 향후 처분장의 환경을 위해 처분장 환기시스템에 대한 고려가 향후 처분장의 환경을 위해 반드시 필요하다. 본 논문은 동굴처분 방식의 중-저준위 처분장 및 지하 심부에 위치하게 될 고준위 처분장에 대한 환기시스템 개념설계 기준 및 요구사항에 대한 내용이다. 방사성폐기물 처분장의 환기 시스템에서 가장 주된 기본 설계 개념은 처분장 건설과 폐기물저장을 위한 작업활동을 위해 각각 독립적이고 분리된 환기시스템을 적용하여야 한다는 것이다. 본 논문에서는 방사성폐기물 처분장의 환기시스템의 설계과정에 대해 기술하고 환기회로 모델링 방법, 자연 환기, 환기 모니터링 시스템과 실시간 환기 시뮬레이션, 화재 시뮬레이션 및 비상 방재 시스템에 관한 사항도 논의하였다