A Study on the Hydraulic Properties of Domestic Clay/Crushed Rock Mixture for the Backfill Material in a Radioactive Waste Repository

이재완,조원진,한필수,박헌휘,Lee, J.O.,Cho, W.J.,Hahn, P.S.,Park, H.H. Korean Nuclear Society 1994 Nuclear Engineering and Technology Vol.26 No.1

중저준위 방사성폐기물 처분장 되메움재 후보물질로 제안되고 있는 국산 천연점토와 분쇄암석의 혼합물의 수리특성을 조사하였다. 혼합물의 수분함량 변화에 따른 혼합물의 밀도 변화를 조사하여, 동일 압축력 하에서 최대밀도를 얻을 수 있는 최적수분함량을 찾고자 하였으며, 혼합물 중의 점토함량에 따른 수리전도도 변화를 조사하였다. 혼합물 중 점토함량이 감소할수록 얻어 지는 최대밀도가 증가하였으며, 최적수분함량도 보다 명확해졌으나, 혼합물의 밀도는 수분함량에 그다지 민감하지 않았다. 혼합물의 수리전도도는 점토 함량이 감소할수록 증가하여 건조밀도 1.2 Mg/㎥ 일 때 100% 점토인 경우의 3 $\times$ $10^{-12}$ m/s에서 25% 점토함량의 경우에는 7 $\times$ $10^{-10}$ m/s로 증가하였으나, 건조밀도가 1.5 Mg/㎥ 일 때에는 25% 점토함량의 경우에도 5 $\times$ $10^{-12}$ m/s 의 낮은 값을 유지하였다. 혼합물의 수리전도도 추장을 위한 유효점토건조밀도 개념이 제안되었으며. 이 개념은 다양한 건조밀도와 분쇄암석 함량을 가진 혼할물의 수리전도도를 잘 설명할 수 있었다. The hydraulic properties of domestic natural clay/crushed rock mixture suggested as a candidate backfill material for the low and intermediate level waste repository were investigated. The dry density-water content relationship was studied to define an optimum water content that gives a maximum attainable dry density at constant compaction pressure. The hydraulic conductivities of clay/crushed rock mixture as a function of clay content were also measured. As the clay content decreased, the maximum attainable dry density increased and the optimum water content became more distinct. However the attainable density is not significantly sensitive to water content. The hydraulic conductivities of the mixture increased from 5 $\times$ 10$^{-12}$ m/s to 7 $\times$ 10$^{-10}$ m/s with clay content decreasing from 100 wt.% to 25 wt.% at dry density of 1.2 Mg/㎥. In case of dry density of 1.5 Mg/㎥, they maintain the lower values of 5 $\times$ 10$^{-12}$ m/s even at 25 wt.% clay content. The concept of effective clay dry density was suggested to estimate the hydraulic conductivity of the mixture. It was shown that the effective clay dry density concept can explain welt the hydraulic conductivities of the mixtures with various dry density and crushed rock content.

Diffusion Characteristics of Iodide in a Domestic Bentonite of Korea

이재완,조원진,한필수,박헌휘,Lee, J.O.,Cho, W.J.,Hahn, P.S.,Park, H.H. Korean Nuclear Society 1994 Nuclear Engineering and Technology Vol.26 No.2

압축 벤토나이트에서 핵종이동은 확산에 의해 지배된다. 국산 벤토나이트에 대한 음이온핵종의 확산 특성 규명을 위해서 요오드이온을 대상으로 관통확산실험을 수행하였다. 대상매질은 동해안 지역의 벤토나이트를 사용하였으며, 실험용액은 합성 모의지하수에 I-125를 첨가하여 사용하였다. 압축 벤토나이트의 충전밀도는 1.2, 1.4, 1.7Mg/㎥등 세가지로 하였다. 요오드이온의 겉보기확산계수와 유효확산계수는 충전밀도가 증가함에 따라 감소하였고, 이들 확산계수의 값은 각자 3.80-7.12$\times$$10^{-11}$ $m^2$/s와 1.25-7.97$\times$$10^{-12}$ $m^2$/s의 범위에 있었다. 실험결과, 겉보기확산계수는 벤토나이트의 공극구조에 의존하였으며, 유효확산계수는 공극구조는 물론 핵종확산이동에 이용된 유효공극율에 의해 좌우되었다. 본 연구에서 얻어진 결과는 처분장안전성평가의 기초자료로 활용될 것이다. The transport of radionuclides in a compacted bentonite is dominated by diffusion. Through-diffusion tests for iodide were performed to investigate the diffusion characteristics of anionic radionuclides in a domestic bentonite. The bentonite used was sampled from the southeastern area of Korea and the solution was synthetic groundwater spiked with a tracer of I -125(as Na$^{125}$ I). The dry densities of compacted bentonite were 1.2, 1.4, and 1.7 Mg/㎥. The apparent diffusion coefficients and the effective diffusion coefficients of the iodide decrease with increasing dry density. The values were from 3.80 to 7.12$\times$10$^{-11}$ $m^2$/s for the apparent diffusion coefficients and from 1.25 to 7.97$\times$10$^{-12}$ $m^2$/s for the effective diffusion coefficient, respectively. The experimental results also showed that the apparent diffusion coefficients depended on the pore structure of compacted bentonite and the effective diffusion coefficients were attributed to the pore structure and the effective porosity that represents the available pathway for the diffusional transport of iodide. The results obtained will be used as basic data for the safety assessment of a repository.

A Theoretical Study on the Radionuclide Transport Mediated by Pseudo-Colloid in the Fractured Rock Medium

백민훈,한필수,박헌휘,Baik, M.H.,Hahn, P.S.,Park, H.H. Korean Nuclear Society 1995 Nuclear Engineering and Technology Vol.27 No.4

In this study, a transport model was developed in order to analyze and predict the transport behaviors of radionuclides mediated by pseudo-colloid in the fractured rock media. The effect of pseudo-colloid formation on the transport of a radionuclide was shown to be tory significant when an ap-parent pseudo-colloid formation constant, $A_{ap}$ (㎥/kg), os greater than 100. It was resulted from example calculations that the transport of Pu-239 was faster than Ni-63 because pseudo-colloid formation constant of Pu-239 was venter than that of Ni-63. Thus, it can be concluded that acceleration of radionuclide migration may be occurred because the pseudo-colloid formation of radionuclides increases the amount of mobile components in the solution and consequently decreases the amount of radionuclides adsorbed on the stationary solid medium.

지중환경에서 방사성 폐기물의 거동에 관한 Surface Complexation Model 의 응용

박상원,한필수,박헌휘 ( S . W . Park,P . S . Hahn,H . H . Park ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 1994 한국폐기물자원순환학회지 Vol.11 No.1

A Stochastic Model for the Nuclide Migration in Geologic Media Using a Continuous Time Markov Process

이연명,강철형,한필수,박헌휘,이건재,Lee, Y.M.,Kang, C.H.,Hahn, P.S.,Park, H.H.,Lee, K.J. Korean Nuclear Society 1993 Nuclear Engineering and Technology Vol.25 No.1

A stochastic method using continuous time Markov process is presented to model the one-dimensional convective nuclide transport in geologic media, which have usually heterogeneous feature in physical/geochemical parameters such as velocity, dispersion coefficient, and retardation factor resulting poor description by conventional deterministic advection-dispersion model. The primary desired quantities from a stochastic model are the mean values and variance of the state variables as a function of time. The time-dependent probability distributions of nuclides are presented for each discretized compartment given the volumetric groundwater flux and the intensity of transition. Since this model is discrete in medium space, physical/geochemical parameters which affect nuclide transport can be easily incorporated for the heterogeneous media as well as remarkably layered media having spatially varied parameters. Even though the Markov process model developed in this study was shown to be sensitive to the number of discretized compartments showing numerical dispersion as the number of compartments are increased, this could be easily calibrated by comparing with the analytical deterministic model. 연속시간 마코프프로세스를 이용한 한 통계적 방법에 의한 일차원 지하 핵종이동 모델이 제시되었다. 지하매질은 보편적으로 지하수속도, 분산계수 또는 지연계수 등 물리화학적 변수 등의 비균질성을 보여 일반적인 결정론적 이류분산모델로는 잘 기술되지 않는다. 통계적 모델에서의 최종결과는 시간에 따른 함수로서의 기대값과 그 기대값의 분산도를 보여주는 분산치다. 매질이 균질하다고 생각될 정도로 나뉘어진 구획에 대한 핵종의 농도 분포를 구하여 결정론적인 해석해에 의한 농도분포와 비교하여 비균질 매질, 또는 현저하게 구분되는 다층매질의 경우에 대해서 유용 할 것이라는 결론을 얻었다. 매질을 나눈 구획수가 수치적 분산에 민감한 것으로 나타났지만 해석적 모델에 의해 분산계수가 보정될 수 있었다.

Performance Assessment of Engineered Barrier for Retardation of Radionuclide Release in a Low- and Intermediate-Level Radioactive Waste Repository

조원진,이재완,한필수,박헌휘,Cho, W.J.,Lee, J.O.,Hahn, P.S.,Park, H.H. Korean Nuclear Society 1993 Nuclear Engineering and Technology Vol.25 No.3

중저준위 방사성폐기물처분장 인공방벽의 핵종유출 저지능을 평가할 수 있는 단순 모델이 제안되었다. 이 모델은 현재 우리나라에서 제안되고 있는 처분장 개념을 고려하여 고안되었으며, 인공방벽의 설계에 적합한 설계 기준 유출 과 인공방벽 성능평가에 적합한 현실적 유출 두 가지 경우를 다루고 있다. 모델의 유용성을 보이기 위해 화학적 특성이 다른 다섯 핵종에 대해 모의 계산을 수행하고 그 결과를 분석하였다. A simplified model to assess the performance of engineered barrier for the retardation of radionuclide release in a low- and intermediate-level radioactive waste repository was developed. The model is based on the repository design concept being suggested in Korea, and considers two types of release scenario ; a design-bas release for the design of engineered barrier and a realistic release for the performance assessment. For the numerical illustration, the sample calculations were performed for five radionuclides with different chemical characteristics, and the results were analyzed.

Continuous Time Markov Process Model for Nuclide Decay Chain Transport in the Fractured Rock Medium

이연명,강철형,한필수,박헌휘,이건재,Lee, Y.M.,Kang, C.H.,Hahn, P.S.,Park, H.H.,Lee, K.J. Korean Nuclear Society 1993 Nuclear Engineering and Technology Vol.25 No.4

이전에 제시한 모델 1-3을 다시 확장하여 균열 암반에서의 일차원적 핵종이동에 관한 추계적인 모델을 제시하였다. 이 모델은 처분장 근처의 암반내의 균열을 통한 무한 길이를 갖는 핵종의 붕괴 사슬에 의한 이동을 연속시간 마코프 프로세스를 이용하여 모사한다. 이전의 결정론적 해석해에 의한 모델들이 균일한 다공성매질과 같은 단순성을 요구하고 핵종의 붕괴사슬의 수를 제한하며 균열암반매질내에서의 이동의 경우에는 균열에서 암반으로의 확산등이 고려되지 않거나 그 해의 형태가 복잡하다. 또다른 결정론적인 해를 제시하는 수치모델의 경우에도 해를 얻기 위한 과정이 상당히 복잡하고 정확한 해를 제공하지는 못한다. 이에 반해 이 모델은 매질에서의 핵종의 농도에 관한 기대값과 그 분산으로서 비교적 용이하게 해를 제시한다. 모델을 검증하고 그 효율성가 정착성을 예시하기 위하여 암반으로의 확산이 무시된 단순화된 매질에 대하여 3개의 붕괴 사슬을 갖는 가상의 핵종에 대하여 이동거리와 시간에 대한 농도에 대하여 정확한 해석해와의 비교가 행하여 졌다. 매질을 나눈 구획의 수에 종속 하는 수치분산을 보정하여 계산된 결과에서 이 모델이 해석해와 잘 일치하는 것을 알 수 있었다. A stochastic approach using continuous time Markov process is presented to model the one-dimensional nuclide transport in fractured rock media as a further extension for previous works[1-3]. Nuclide transport of decay chain of arbitrary length in the single planar fractured rock media in the vicinity of the radioactive waste repository is modeled using a continuous time Markov process. While most of analytical solutions for nuclide transport of decay chain deal with the limited length of decay chain, do not consider the case of having rock matrix diffusion, and have very complicated solution form, the present model offers rather a simplified solution in the form of expectance and its variance resulted from a stochastic modeling. As another deterministic way, even numerical models of decay chain transport, in most cases, show very complicated procedure to get the solution and large discrepancy for the exact solution as opposed to the stochastic model developed in this study. To demonstrate the use of the present model and to verify the model by comparing with the deterministic model, a specific illustration was made for the transport of a chain of three member in single fractured rock medium with constant groundwater flow rate in the fracture, which ignores the rock matrix diffusion and shows good capability to model the fractured media around the repository.

A Nuclide Transport Model in the Fractured Rock Medium Using a Continuous Time Markov Process

이연명,강철형,한필수,박헌휘,이건재,Lee, Y.M.,Kang, C.H.,Hahn, P.S.,Park, H.H.,Lee, K.J. Korean Nuclear Society 1993 Nuclear Engineering and Technology Vol.25 No.4

A stochastic way using continuous time Markov process is presented to model the one-dimensional nuclide transport in fractured rock matrix as an extended study for previous work [1]. A nuclide migration model by the continuous time Markov process for single planar fractured rock matrix, which is considered as a transient system where a process by which the nuclide is diffused into the rock matrix from the fracture may be no more time homogeneous, is compared with a conventional deterministic analytical solution. The primary desired quantities from a stochastic model are the expected values and variance of the state variables as a function of time. The time-dependent probability distributions of nuclides are presented for each discretized compartment of the medium given intensities of transition. Since this model is discrete in medium space, parameters which affect nuclide transport could be easily incorporated for such heterogeneous media as the fractured rock matrix and the layered porous media. Even though the model developed in this study was shown to be sensitive to the number of discretized compartment showing numerical dispersion as the number of compartments are decreased, with small compensating of dispersion coefficient, the model agrees well to analytical solution. 이전에 제신된 시간 균일적인 경우의 모델[1]에 대한 확장으로 균열암반내 핵종이동에 관한 연속시간 마코프 프로세스를 이용한 통계적 방법에 의한 모델이 제시되었다. 단일 평판 균일을 갖는 암반매질에서 핵종이 균열로부터 알반조직내로 확산 이동하는 경우 더 이상 균열시간적인 마코프 모델을 적용할 수 없으므로 암반으로의 확산항을 시간에 따라 변화하는 과정으로 보아 모델을 제시한 후 기존의 결정론적 해석해와 비교하였다. 통계적모델의 최종 결과는 시간의 함수로서의 상태변수에 대한 기댓값과 그 분산치일 것이다. 핵종의 시간 종속적인 확률분포가 전이강도가 주어질 때 매질내의 특성이 균질하다고 볼 수 있도록 나누어진 암반매질의 각 구획에 대해 주어지게 된다. 이 모델은 매질공간에 대해 불연속적이므로 핵종이동에 영향을 주는 변수들이 쉽게 균열암반이나 다중매질 등과 같은 비균질한 매질에 적용되어 질수 있다. 매질을 나눈 구획수가 수치적 분산에 민감한 것으로 나타났지만 분산계수의 보정에 의해 해석해와 잘 일치되는 것을 알 수 있었다.

Assessment Of Radionuclide Release Rates From The Engineered Barriers And The Quantification Of Their Uncertainties For A Low- And Intermediate-Level Radioactive Waste Repository

조원진,이재완,한필수,박헌휘,Cho, W.J.,Lee, J.O.,Hahn, P.S.,Park, H.H. Korean Nuclear Society 1994 Nuclear Engineering and Technology Vol.26 No.1

콘크리트 구조물과 점토성 되메움재로 구성된 중저준위 방사성폐기물처분장 인공방벽으로 부터의 핵종유출률이 평가되었다. 네 종류의 유출경로가 고려되었으며, 각 유출경로가 방사성핵종의 총유출률에 미치는 영향이 분석되었다. 입력변수 간의 불확실도가 핵종유출률 분석에 미치는 영향을 정량화하기 위해 Latin Hypercube 표본추출 방법이 이용되었으며, 그 결과 얻어진 유출률 분포는 적합도검증을 통하여 결정되었다. 마지막으로 최대유출률의 범위가 통계적방법에 의해 95% 신뢰도수준으로 추정되었다. The radionuclide release rates from the engineered barrier composed of concrete structure and clay-based backfill in a low and intermediate level waste repository were assessed. Four types of release pathway were considered, and the contribution of each pathway to the total release were analyzed. To quantify the effect of uncertainties of input parameter values on the assessment of radionuclide release rates, the Latin Hypercube sampling method was used, and the resulting release rate distribution were determined through a goodness-of-fit test. Finally, the ranges of maxi-mum release rates ore estimated statistically with a confidence level of 95%.

압축된 국산 벤토나이트에서의 Cs-137 , Sr-90 , Co-60 의 확산계수

이재완 조원진,한필수,박헌휘 ( J . O . Lee,W . J . Cho,P . S . Hahn,H . H . Park ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 1994 한국폐기물자원순환학회지 Vol.11 No.1