사용후핵연료의 장기 건식 건전성 성능과 주요 열화 기구에 관한 고찰

김주성,국동학,심지형,김용수 한국방사성폐기물학회 2013 방사성폐기물학회지 Vol.11 No.4

최근 국내에서도 원전 부지 내에 건설된 습식저장조의 용량이 곧 포화될 것으로 예상되어 사용후핵연료의 건식저장에 관한논의가 활발하다. 이 논문에서는 앞으로 다양하게 논의될 저장시스템의 안전성과 함께 장기 건식저장 시 발생하는 사용후핵연료의 특성 및 건전성 변화에 대해 이제까지 국내외에서 연구 보고된 내용들을 면밀히 검토하고 향후 추구해야 할 연구방향을 제시하고자 하였다. 조사 결과 건식저장 기간 동안 진행될 수 있는 여러 피복관 열화기구 중에서 가장 대표적인 기구는크립 변형과 수소화물에 의한 영향이었으며, 이들이 사용후핵연료 장기 건식저장 시 규제기술기준의 주요 근간을 이루고 있는 것으로 분석되었다. 한편 과거에는 피복관의 크립 변형이 가장 중요한 열화기구로 평가되었으나, 최근의 연구 결과를 통해 수소화물에 의한 영향이 더 심각한 것으로 드러났고 이는 미국의 규제기준과 새로운 온도 범위를 제시하고 있는 일본의규제기준에서 확인할 수 있었다. 그러나, 아직까지 수소화물에 의한 영향이 발생하는 응력과 온도 조건을 명확히 규명할 수있는 연구 자료가 충분하지 못하며, 나아가 사용후핵연료의 취급 시 거동에 대한 연구도 지속적으로 수행해야 할 부분으로드러났다. 따라서 국내 사용후핵연료 특성에 맞는 건식저장조건을 수립하기 위해서는 국내에서도 본격적인 연구를 통해 이들 자료에 대한 충분한 생산과 평가 및 분석이 뒤따라야 할 것으로 판단된다. As the capacity of spent nuclear fuel storage pool at reactor sites becomes saturated in ten years, long term drystorage strategy has been recently discussed as an alternative option in Korea. In this study, we reviewed safetycriteria-related research results on spent nuclear fuel performance and integrity under long-term dry storage andproposed the direction and the scope of future domestic research and development. Creep and hydride effect inrelation to the embrittlement are known to be the major degradation mechanisms of the spent fuels during the longterm dry storage. However, recent research results showed that hydride reorientation and hydride embrittlementare one of the most critical factors to the spent fuel integrity. Accordingly safety criteria of US and Japan for thestorage system are basically founded on those mechanisms. However, in Korea, not only in-pile but out-of-pileexperimental data have not been generated to understand fuel cladding degradation and to determine the criteriato ensure the safety. In addition, the transient behavior of the spent fuel during transportation also needs to bethoroughly examined. Therefore, various experimental research and development will be required to establish ourown safety criteria for future long-term dry storage of domestic spent fuels.

한국과 미국의 사용후핵연료 처리에 관한 비교법제 연구

배효성 ( Bae Hyo-sung ) 한남대학교 과학기술법연구원 2023 과학기술법연구 Vol.29 No.2

우리나라는 지리적으로 지하자원이 부족하고, 국토의 대부분이 산지로 구성되어 있다. 이러한 지리적 상황으로 에너지 안보를 위해 원자력 에너지를 선택하였으며, 1987년 고리1호기 원자력발전소를 시작으로 약 35년이 지난 현재까지도 원자력 에너지를 지속적으로 이용하고 있다. 원자력 발전소의 지속적인 가동으로 발생되는 사용후핵연료는 고준위방사성폐기물로 구분하고 있으며, 우리나라는 한미협정에 의하여 사용후핵연료의 재처리를 할 수 없는 이유로 원자력발전소 부근 임시저장 시설에 사용후핵연료를 보관하고 있다. 그러나 우리나라는 원자력발전소 부지에 임시로 저장되어 있는 사용후핵연료의 보관 양은 머지않아 포화상태에 도래하게 될 것이며, 이로 인하여 현재 운영 중인 원자력발전소 가동을 불가피하게 중단해야 되는 상황이 발생할 수 있다. 또한 우리나라는 고준위방사성폐기물에 관한 영구 관리처분 등에 관한 법률이 존재하고 있지 않고 있어, 하루빨리 사용후핵연료 처리를 위한 고준위방사성폐기물 영구처분에 관한 법률 제정이 시급하다. 미국은 1960년대 상업용 원자력발전소를 가동후 1982년에 제정한 방사성폐기물정책법(Nuclear Waste Policy Act)은 고준위방사성폐기물에 관한 영구처분계획을 발전시킨 최초의 법이라는 측면에서 주요내용을 살펴볼 필요가 있다. 우리나라의 원전정책과 유사한 미국의 사용후핵연료 관리 정책과 법제를 검토하는 것은 우리나라가 갖는 사용후핵연료 처리에 대한 문제점 해결을 위한 개선방안을 도출하기 위해 필요하다. 또한 사용후핵연료 처분장 건설을 위한 부지선정 절차에 있어서 정부는 사용후핵연료 처분장 건설을 위하여 부지선정 절차에 따른 해당 지역주민들에 대한 투명한 정보의 제공과 양방향 의사소통 방식을 통한 수평적인 구조 속에서 해당 지역주민의 참여가 활성화 될 수 있도록 노력하여야 할 것이다. 따라서 본 논문에서는 사용후핵연료 처리에 관하여 크게 절차적·보상적·안전관리 측면에서 법적인 검토를 통하여 이와 관련한 사용후핵연료 처분장 관련 입법적 논의와 법제를 갖춘 미국의 사용후핵연료 처분장과 문제를 둘러싼 입법적 상황을 비교법적으로 분석함으로써 향후 우리나라의 사용후핵연료 처분장 부지선정과 주변지역 보상 및 지원, 나아가 사회갈등 해결을 위한 사용후핵연료 처리시설의 안전관리 문화 확립을 위한 안전관리 거버넌스 구축을 위한 해결 방안을 모색하였다. Korea is geographically lacking in underground resources, and most of the country is composed of mountainous areas. Due to this geographical situation, nuclear energy was selected for energy security, and nuclear energy is continuously used until about 35 years later, starting with the Gori Unit 1 nuclear power plant in 1987. Spent nuclear fuel generated by continuous operation of nuclear power plants is classified as high-level radioactive waste, and Korea is stored in temporary storage facilities near nuclear power plants for reprocessing spent nuclear fuel under the Korea-U.S. agreement. However, in Korea, the amount of spent nuclear fuel stored temporarily on the nuclear power plant site will soon reach saturation, which may inevitably lead to the inevitable suspension of the operation of the currently in operation. In addition, there is no law on permanent management and disposal of high-level radioactive waste in Korea, so it is urgent to enact a law for permanent disposal of high-level radioactive waste for disposal of spent nuclear fuel as soon as possible. The Nuclear Waste Policy Act, enacted in 1982 after operating commercial nuclear power plants in the 1960s, is the first law to develop a permanent disposal plan for high-level radioactive waste. Reviewing the US spent nuclear fuel management policy and legislation similar to Korea's nuclear power plant policy is necessary to derive improvement measures to solve the problem of Korea's disposal of spent nuclear fuel. Therefore, through a legal review in terms of procedural, compensatory, and safety management of spent nuclear fuel, this paper comparedly analyzed the legislative situation surrounding the US spent fuel disposal site and the issue.

사용후핵연료 동굴저장

조원진,권상기,김경수 한국방사성폐기물학회 2015 방사성폐기물학회지 Vol.13 No.4

사용후핵연료 건식저장을 위한 지상저장 기술 및 동굴저장 기술의 현황을 살펴보고, 동굴저장 기술을 이용한 사용후핵연료 건식저장의 국내 적용 가능성을 분석하였다. 사용후핵연료 건식저장을 위한 동굴저장 기술의 타당성, 경제성 및 기술적 측 면을 검토하였다. 지상 건식저장시설을 건설하기 위해서는 외부로부터 격리되어 있는 상당한 면적의 평탄한 부지가 필요하 나, 산악지형이 주를 이루는 우리나라의 실정에서, 이러한 부지를 확보하는 것이 쉽지 않을 수도 있다. 만일 산지의 동굴 내 에 사용후핵연료 저장시설을 건설한다면, 이러한 부지 문제를 보다 쉽게 해결할 수 있다. 따라서 동굴저장 방식은 자연 및 사회적 환경을 고려할 때, 우리나라의 사용후핵연료 건식저장을 위한 유력한 대안이 될 수 있다. 사용후핵연료 동굴저장 방 식은 지상 건식저장 기술에 비해 여러 가지 장점을 가지고 있으며, 경제성 측면에서도 큰 차이가 없다. 또 동굴저장 방식을 국내의 사용후핵연료 건식저장에 적용하는 데 큰 기술적인 장벽은 없다. The rock cavern storage for spent fuel has been assessed to apply in Korea with reviewing the state of the art of the technologies for surface storage and rock cavern storage of spent fuel. The technical feasibility and economic aspects of the rock cavern storage of spent fuel were also analyzed. A considerable area of flat land isolated from the exterior are needed to meet the requirement for the site of the surface storage facilities. It may, however, not be easy to secure such areas in the mountainous region of Korea. Instead, the spent fuel storage facilities constructed in the rock cavern moderate their demands for the suitable site. As a result, the rock cavern storage is a promising alternative for the storage of spent fuel in the aspect of natural and social environments. The rock cavern storage of spent fuel has several advantages compared with the surface storage, and there is no significant difference on the viewpoint of economy between the two alternatives. In addition, no great technical difficulties are present to apply the rock cavern storage technologies to the storage of domestic spent fuel.

Investigation of PWR Spent Fuels for the Design of a Deep Geological Repository

Dong-Keun Cho,Jungwoo Kim,In-Young Kim,Jong-Youl Lee 한국방사성폐기물학회 2019 방사성폐기물학회지 Vol.17 No.3

제8차 전력수급기본계획에 근거하여 현재 운영중이거나 계획중인 원자력발전소에서 발생할 사용후핵연료의 양과 특성을 추정하였다. 본 연구에서 고려된 특성은 핵연료집합체에 대한 제원, 핵연료봉 배열, 235U 초기 농축도, 방출연소도, 냉각기간이다. 이들은 사용후핵연료 처분시스템을 설계하는데 필수적인 항목이다. 2082년까지 가압경수로 사용후핵연료의 예상발 생량은 약 62,500 다발로 추정되었다. 2018년 말까지 발생한 사용후핵연료 중 상대적으로 길이가 짧은 웨스팅하우스형 원전 연료가 약 60%, 상대적으로 길이가 50 cm 정도 긴 한국형 원전 연료가 약 40%를 차지하였다. 235U 초기 농축도 4.5 wt% 이 하를 갖는 사용후핵연료의 비율은 전체 발생량의 약 90%를 차지하였으며, 방출연소도는 98%의 물량이 55 GWd/tU 이하로 나타났다. 2077년을 기준으로 웨스팅하우스형 원전에서 발생한 사용후핵연료의 냉각기간은 50년 이상이 97% 정도를 차지하였으며, 본 논문에서 가정한 처분 완료시점인 2125년을 기준으로 한국형 원전에서 발생한 사용후핵연료의 냉각기간은 45 년 이상이 98% 정도를 차지하는 것으로 나타났다. 이러한 결과를 바탕으로 효율적인 처분시스템 설계를 위해 기준 사용후 핵연료는 제원적 특성을 고려하여 두 가지 형태로 설정하였으며, 웨스팅하우스형 원전 연료의 경우, 집합체 제원으로 KSFA, 초기 농축도 4.5 wt%, 방출연소도 55 GWd/tU, 냉각기간 50년으로, 한국형 원전 연료의 경우, 집합체 제원으로 PLUS7, 초기 농축도 4.5 wt%, 방출연소도 55 GWd/tU, 냉각기간 45년으로 설정하였다. Based on the 8th Basic Plan for Electric Power Demand and Supply, an estimation has been made for inventories and characteristics of spent fuel (SF) to be generated from existing and planned nuclear power plants. The characteristics under consideration in this study are dimensions, fuel array, 235U enrichment, discharge burnup, and cooling time for each fuel assembly. These are essentially needed for designing a disposal facility for SFs. It appears that the anticipated quantity by the end of 2082 is about 62,500 assemblies for PWR SFs. The inventories of Westinghouse-type and Korean-type SFs were revealed to be 60% and 40%, respectively as of the end of 2018. The proportion of SFs with initial 235U enrichment below 4.5 weight percent (wt%) was shown to be approximately 90% in total as of the end of 2018. As of 2077, more than 97% of SFs generated from Westinghouse-type nuclear reactors were shown to have cooling time of over 50 years. As of 2125, more than 98% of SFs generated from Korean-type nuclear reactors were shown to have cooling time of over 45 years. Based on these results, for the efficient design of a disposal system, it is reasonable to adopt two types of reference spent fuel. SF of KSFA with 235U enrichment of 4.5 wt%, discharge burnup of 55 GWd/tU, and cooling time of 50 years was determined as reference fuel for Westinghouse-type SFs; SF of PLUS7 with 235U enrichment of 4.5 wt%, discharge burnup of 55 GWd/tU, and cooling time of 45 years was determined as reference fuel for Korean-type SFs.

An Improved Concept of Deep Geological Disposal System Considering Arising Characteristics of Spent Fuels From Domestic Nuclear Power Plants

한국방사성폐기물학회 한국방사성폐기물학회 2019 방사성폐기물학회지 Vol.17 No.4

국내 원자력발전소에서 발생하는 사용후핵연료의 제원 및 방출시점 등 특성과 현재의 고준위 방사성폐기물 기본계획에 근거한 처분시나리오를 도출하여 기존 심층 처분시스템을 바탕으로 처분효율과 경제성을 향상시킨 개선된 처분시스템을 제안 하였다. 이를 위하여 국내 원자력발전소에서 발생하는 사용후핵연료의 길이에 따라 2종류의 처분용기 개념을 도출하고, 사용후핵연료 발생 년도와 현재의 기본계획에 근거한 처분 시나리오 설정에 따른 처분시점에서의 냉각기간을 고려하여 처분 용기내 수용 가능한 붕괴열량을 결정하였다. 그리고 2종류의 처분용기에 대한 처분시스템과 결정된 붕괴열을 바탕으로 열 적 안정성 분석을 통하여 제안된 처분시스템의 설계요건에 대한 적합성 여부를 확인하고, 처분효율을 평가하였다. 개선된 처분시스템은 기존 처분시스템에 비하여 처분면적은 약 20% 감소되고 처분밀도는 약 20% 향상됨을 확인하였고, 처분용기와 완충재 재료도 상당량 절감됨을 확인하였다. 본 연구의 결과는 향후 사용후핵연료 관리정책 수립 및 실제 사업을 위한 처분시스템 설계를 위한 자료로 활용될 수 있다. Based on spent fuels characteristics from domestic nuclear power plants and a disposal scenario from the current basic plan for high-level radioactive waste management, an improved disposal system has been proposed that enhances disposal efficiency and economic effectiveness compared to the existing disposal system. For this purpose, two disposal canisters concepts were derived from the length of the spent fuel generated from the nuclear power plants. In the disposal scenario, the acceptable amount of decay heat for each disposal container was determined, taking into account the discharge and disposal times of spent fuels in accordance with the current basic plan. Based on the determined decay heat of the two types of disposal canisters and the associated disposal system, thermal stability analyses were performed to confirm their suitability to the proposed disposal system design requirement and disposal efficiency assessment. The results of this study confirm 20% reduction in the disposal area and 20% increase in disposal density for the proposed disposal system compared to the existing system. These results can be used to establish a spent fuel management policy and to design a viable commercial disposal system.

An Analysis of the Deep Geological Disposal Concepts Considering Spent Fuel Rods Consolidation

Jongyoul Lee,Hyeona Kim,Minsoo Lee,Geonyoung Kim,Heuijoo Choi 한국방사성폐기물학회 2014 방사성폐기물학회지 Vol.12 No.4

사용후핵연료 또는 고준위폐기물의 안전한 처분을 위하여 지난 수십 년 동안 많은 나라들이 다양한 처분대안을 연구하여 왔다. 본 논문에서는 심지층처분기술에 있어서 사용후핵연료를 직접 처분하는 방안으로서 처분효율 향상을 위한 다양한 방 안 중의 하나로 고려할 수 있는 PWR 사용후핵연료 집합체를 해체하여 연료봉을 밀집한 경우에 대한 처분 효율을 분석하였 다. 이를 위하여, 우선 사용후핵연료 연료봉 밀집개념과 관련 처분용기 및 심지층처분 개념을 설정하였다. 이 개념에 근거하 여 심지층 처분시스템의 공학적방벽 설계에 있어서 가장 중요한 요건인 완충재의 온도 제한요건을 만족시키는지 여부를 확 인하기 위하여 각 처분개념 별로 열해석을 수행하였다. 그리고, 처분공 간격, 처분터널 간격 및 처분용기 열발산 면적에 따 른 열해석 결과를 바탕으로, 단위처분면적 관점에서의 처분효율을 비교/분석하고 평가하였다. 또한, 사용후핵연료봉을 밀 집시킨 경우에 있어서 냉각기간에 따른 처분개념을 분석하였다. 분석결과에 따르면 사용후핵연료봉을 밀집하여 심지층처 분하는 경우 처분효율 측면에서 불리한 것으로 판단되었다. 다만, 사용후핵연료의 냉각기간을 70년 이상으로 장기화 할 경 우 처분효율은 향상될 것으로 예상되지만, 사용후핵연료의 내구성 및 장기저장에 따른 조건 등 추가적인 분석이 필요하다. For several decades, many countries operating nuclear power plants have been studying the various disposal alternatives to dispose of the spent nuclear fuel or high-level radioactive waste safely. In this paper, as a direct disposal of spent nuclear fuels for deep geological disposal concept, the rod consolidation from spent fuel assembly for the disposal efficiency was considered and analyzed. To do this, a concept of spent fuel rod consolidation was described and the related concepts of disposal canister and disposal system were reviewed. With these concepts, several thermal analyses were carried out to determine whether the most important requirement of the temperature limit for a buffer material was satisfiedin designing an engineered barrier of a deep geological disposal system. Based on the results of thermal analyses, the deposition hole distance, disposal tunnel spacing and heat release area of a disposal canister were reviewed. And the unit disposal areas for each case were calculated and the disposal efficiencies were evaluated. This evaluation showed that the rod consolidation of spent nuclear fuel had no advantages in terms of disposal efficiency. In addition, the cooling time of spent nuclear fuels from nuclear power plant were reviewed. It showed that the disposal efficiency for the consolidated spent fuel rods could be improved in the case that cooling time was 70 years or more. But, the integrity of fuels and other conditions due to the longer term storage before disposal should be analyzed.

파이로공정 시설 개념설계를 위한 기준 사용후핵연료 선정

조동건,윤석균,최희주,최종원,고원일 한국방사성폐기물학회 2008 방사성폐기물학회지 Vol.6 No.3

제3차 전력수급기본계획에 근거하여 현재 운영중이거나 계획중인 원자력발전소에서 발생할 사용후핵연료의 양과 특성을 추정하였다. 본 연구에서 고려된 대상 특성은 핵연료집합체에 대한 제원, 핵연료봉 배열, 무게, 235U 초기 농축도 및 방출연소도이다. 이들은 파이로공정 시설을 설계하는데 필수적인 것이다. 2077년말까지 가압경수로 사용후핵연료의 예상발생량은 약 23,000 tU이 될 것으로 보인다. 235U 초기 농축도 4.5 wt.% 이하를 갖는 사용후핵연료의 비율은 전체 발생량의 약 95%를 차지할 것이며, 16×16 배열을 갖는 핵연료집합체는 74%를 차지할 것 같다. 현재 사용후핵연료의 평균연소도는 45 GWd/tU인데 반해, 2010년대 중·후반 이후 발생할 사용후 핵연료의 평균연소도는 55 GWd/tU이 될 것 같다. 이상의 결과에 따라 파이로공정 시설의 설계를 위한 기준 사용후핵연료를 도출하였다. 예상 사용후핵연료는 21.4 cm × 21.4 cm의 단면적, 453 cm의 길이, 672 kg의 질량, 4.5 wt.%의 235U 초기 농축도 및 55 GWd/tU의 방출연소도를 갖는 16×16 한국표준형연료가 타당할 것으로 판단된다. An estimation has been made for inventories and characteristics of spent nuclear fuel(SNF) tobe generated from existing and planned nuclear power plants based on the 3rd Basic Plan forElectric Power Demand and Supply. The characteristics under consideration in this study aredimensions, a fuel rod array, a weight, 235U enrichment, and the discharge burnup in terms of fuelassembly. These are essentially needed for designing a pyroprocessing facility. It is appeared thatthe anticipated quantity by the end of 2077 is about 23,000 tU for PWR spent nuclear fuel. It isrevealed that the proportion of SNF with the initial 235U enrichment below 4.5 weightpercent(wt.%) is approximately 95 % in total. For SNF with 1616 fuel rod array the proportion isexpected approximately 74% in total. It appears that the average burnup of SNF will be 55GWd/tU after the medium and/or latter part of 2010s while the average burnup is 45 GWd/tU atpresent. Finally, a requirement in terms of reference SNF for designing the pyroprocessing facilityhas been derived from the above-mentioned results. The anticipated SNF seems to be 1616Korean Standard Fuel Assembly with a cross section of 21.4 cm21.4 cm, a length of 453 cm, amass of 672 kg, the initial 235U enrichment of 4.5 wt.%, and the discharge burnup of 55 GWd/tU.

사용후핵연료 관리 정책의 딜레마와 정책의 표류 - 정책변화와 사용후핵연료 관련 용어 및 개념 변화의 상관관계 -

이원희 ( Won-hui Lee ) 한국법정책학회 2018 법과 정책연구 Vol.18 No.2

1986년부터 시작된 정부의 사용후핵연료 관리정책은 30여년이 지난 지금까지도 중간저장시설 또는 영구처분시설을 확보하지 못하였고, 사용후핵연료의 재처리와 폐기에 대한 결정조차 내리지 못하고 표류하고 있다. 이러는 동안, 각 원자력발전소에는 사용후핵연료가 늘어나고 있고 임시저장시설의 추가 건설이라는 임시방편을 통해 문제를 해결하려 하자, 지역 주민들의 불만도 커지고 있다. 정부는 처분시설 부지확보라는 근본적인 문제해결보다는 처분전저장시설, 임시저장시설, 저장과 보관, 중간저장시설, 처분전보관시설, 사용후핵연료 저장시설과 핵연료물질저장시설, 관련시설과 관계시설과 같은 수많은 용어와 개념을 만들어내고 다른 용어들을 사용하면서 고준위방사성폐기물 저장시설이 아니라는 말만 되풀이하며 임시저장시설 추가건설을 정당화하는 것에 초점을 맞춰왔다. 그러나 이렇게 만들어진 수많은 용어와 개념들로 인해 정부는 주민들과 시민단체들에 대한 신뢰를 상실하였고, 결국 정책결정의 장애요소로 작용하면서 어떠한 결정도 내릴 수 없는 딜레마에 빠지게 되었다. 사용후핵연료 관리 정책의 표류를 끝내고, 효과적이고 성공적인 관리 정책의 수립을 위해서는 반드시 관련법령을 정비하고, 용어를 단순화시키고 명확하게 정의하여 논란의 여지를 최소화 시켜야만 한다. 이러한 것들이 전제되지 않는다면, 현재 논의 중인 고준위방사성폐기물 관리 기본계획에 대한 재검토와 사용후핵연료 재공론화는 이전의 실패를 반복할 수밖에 없을 것이다. The Korean government established a radial waste management policy in 1986 and made many attempts to secure disposal facilities. However, 30 years have passed since the government failed to secure interim storage facilities and disposal facilities for spent nuclear fuel. Most of the OECD members, including the IAEA, define interim storage facilities as those for cooling and storing spent nuclear fuels before reprocessing or permanent disposal. However, the Korean government uses several terms, such as temporary storage, pre-classified storage facilities, short-term storage facilities, and nuclear fuel storage facilities, separating them from interim storage. This is because the government enacted a law to prevent the construction of spent nuclear fuel related facilities in the area while constructing a LILW disposal facility. The categories of spent nuclear fuel related facilities include interim storage facilities, permanent disposal facilities, and management facilities for them. If the dry storage facility at Wolseong Nuclear Power Station is included in an interim storage facility, it is against the law. This is why the government has created new terms such as temporary storage and short-term storage to justify that it is not a interim storage facility. However, the government's actions have resulted in the loss of public trust. Furthermore, this action led to the dilemma of not being able to decide any policies afterwards. What the government chose was to create new terms to avoid the problems faced rather than fundamentally solving them. The government created new terms by changing policies, but they eventually became obstacles to government policy decisions. In the end, the terms created by the government have caused policy drift. The government established a high-level radioactive waste management plan through public discussion in 2016, but failed to form a national consensus. The need for a complete revision of the high-level radioactive waste management plan has been made since 2017, and discussions on it will begin after August 2018. But for this debate to work properly and to end policy drift, the definition of the term must be clear and simplified. And meta policy decisions on reprocessing and disposal of spent nuclear fuel must be preceded.

Analysis of the Spent Fuel Cooling Time for a Deep Geological Disposal

Jong-Youl Lee,Dong-Geun Cho,Heui-Joo Choi,Jong-Won Choi,Yang Lee 한국방사성폐기물학회 2008 방사성폐기물학회지 Vol.6 No.1

사용후핵 연료 심지층 처분의 목적은 그 독성이 인간 및 자연환경에 영향을 미치지 않도록 장기간 동안 격리하고, 방사성물질의 누출을 지연시키는 것이다. 이러한 심지층 처분장 설계시 주요한 요건은 처분시스템의 건전성 유지를 위하여 폐기물로부터 발생된 열로 인하여 완충재의 온도가 를 넘지 않도록 하는 것이다. 따라서, 원자력 발전소에서 방출된 후의 사용후핵연료 냉각기간은 심지층 처분장 설계시 효율 및 경제성을 위한 중요한 고려인자이다. 본 연구에서는 가장 적절한 사용후핵연료 냉각기간 설정을 위하여 처분시스템 온도요건을 만족하는 심지층 처분장 배치에 필요한 처분터널-처분공 간격 및 그에 따른 면적, 열하중에 대한 분석을 수행하였다. 이를 위하여, 기준 처분개념을 바탕으로 사용후핵연료의 냉각기간 및 처분터널/처분공 간격을 다양하게 설정하여, 처분시스템에서의 열적 안정성을 해석하고 그 결과를 비교분석하였다. 그리고 분석 결과를 바탕으로 처분면적 측면에서 효율적인 사용후핵연료 냉각기간을 도출하였다. 그 결과, 사용후핵연료의 냉각기간이 짧을수록 처분장에서 설계온도 제한치 범위내 최고온도에 이르는 시간은 빨라지고, 사용후핵연료 냉각기간이 길수록 처분장에서 온도상승 및 하강속도는 완만해지는 것으로 나타났다. 또한, 본 연구에서 고려대상으로 삼은 처분장 규모와 사용후핵연료를 심지층에 처분한다고 할 때 그 냉각기간을 40-50년으로 함이 적합한 것으로 나타났다. The purpose of the HLW deep geological disposal is to isolate and to delay the radioactive material release to human beings and the environment for a long time so that the toxicity does not affect to the environment. The main requirements for the HLW repository design is to keep the buffer temperature below in order to maintain its integrity. So the cooling time of spent fuels discharged from the nuclear power plant is the key consideration factors for efficiency and economic feasibility of the repository. The disposal tunnel/disposal hole spacing, the disposal area and thermal capacity required for the deep geological repository layout which satisfies the temperature requirement of the disposal system is analyzed to set the optimized spent fuels cooling time. To do this, based on the reference disposal concept, thermal stability analyses of the disposal system have been performed and the derived results have been compared by setting the spent fuels cooling time and the disposal tunnel/disposal hole spacing in various ways. From these results, desirable spent fuels cooling time in view of disposal area is derived. The results shows that the time reaching the maximum temperature within the design limit of the temperature in the disposal site is likely shortened as the cooling time of spent fuels becomes short. Also it seems that the temperature-rising and-dropping patterns in the disposal site are of smoothly varying form as the cooling time of spent fuels becomes long. In addition, it is revealed that a desirable cooling time of spent fuels is approximately 40-50 years when spent fuels are supposedly disposed in the deep geological disposal site with its structural scale under consideration in this study.

An Analysis on the Deep Geological Disposal Concepts Considering the Spent Fuel Length

Jongyoul LEE,Hyeona KIM,Minsoo LEE,Heuijoo CHOI,Keonyoung KIM 한국방사성폐기물학회 2015 방사성폐기물학회지 Vol.13 No.3

우리나라에서는 현재 23기의 원자력발전소를 운영 중에 있으며, 이들 원자력발전소로부터 발생하는 사용후핵연료를 처분 대상으로 기준 심지층 처분시스템을 개발한 바 있다. 현재 이 기준 심지층 처분시스템은 초기농축도 4.5wt%, 방출연소도 55 GWd/MtU의 40 년 냉각된 사용후핵연료를 기준으로 하고 있다. 본 논문에서는 처분효율 및 경제성 향상 방안의 일환으로 서 사용후핵연료의 종류 및 연소도 특성 등 발생특성을 검토하였다. 그리고 기준 사용후핵연료에 비하여 길이가 짧고 연소 도가 비교적 낮은 사용후핵연료에 대한 처분용기 개념을 도출하고 열해석을 수행하여 처분시스템 개념을 제시하였다. 또한, 이 처분시스템 개념과 기준 사용후핵연료 처분시스템 개념을 처분밀도, 처분면적 등의 처분효율 및 구리와 벤토나이트 소요 량 등 경제성 관점에서 비교 분석한 결과 약 20% 이상 향상을 보이는 것을 확인하였다. 본 분석결과는 사용후핵연료 관리정 책 수립 및 실제 처분시스템 설계에 활용될 수 있을 것으로 사료된다. Currently, 23 nuclear power plants are in operation at Kori, Uljin, Younggwang and Wolsong site and a reference deep geological disposal system has been developed for the spent fuels generated by them. The reference spent fuel for this disposal system has 4.5wt% of initial enrichment, 55 GWd/MtU of burn-up, and 40 years of cooling time. In this paper, to improve disposal efficiency and economic feasibility, the characteristics of spent fuels from nuclear power plants, such as type and burn-up, were reviewed. A disposal canister concept for shorter length and relatively lower burn-up spent fuels than the reference spent fuels was developed. Based on this canister concept, thermal analyses were carried out and a deep geological disposal concept was proposed. Measures of disposal efficiency such as unit disposal area and disposal density were compared between this disposal system and the reference disposal system. Also, economic feasibility, such as the volume reduction of copper, cast iron, and bentonite, was analyzed and the results of these analyses showed that the disposal system proposed in this paper has an efficiency of at least 20%. These results could be used for establishing spent fuel management policy and designing practical disposal systems for spent fuels.