Earticle

한국원자력연구원에서는 사용후핵연료를 직접 처분하는 대신 이를 처리하여 발생하는 방사성 폐기물을 심지 층에 직접 처분하는 방식의 A-KRS 개념의 방사성폐기물 처분 시스템을 개발해 오고 있다. 이러한 A-KRS 개 념에 대한 장기적 안전성 및 처분 시스템 성능 평가를 위한 모델을 GoldSim을 이용 개발하고 이를 지속적으로 수정 보완하고 개선해 오고 있다. KAERI에서 개발된 A-KRS 모델의 신뢰도를 증진 시키기 위하여 유사하게 개 발된 다른 모델과의 벤치마킹을 통한 비교 연구의 결과를 제시하였다. A-KRS모델을 미국 NRC에서 SwRI 연구 소의 협력을 통하여 개발하여 처분 시스템 성능평가에 활용한 SOAR와 비교하고 병행하여 스웨덴의 SKB에서 최근 수행한 SR-SiTE 안전성 평가를 통하여 KBS-3 개념의 처분 시스템 내 전단 응력에 따른 용기의 파손에 따른 유출 계산 결과와도 비교 검토하여, 전반적으로 상호 잘 일치하는 결과를 얻어 내었다. 보다 개선된 GoldSim으로의 모델의 이행의 필요성은 있으나 A-KRS 모델이 GoldSim을 통해 잘 이행되어 처분 시스템 안전 성 평가에 적합한 것으로 나타났다.

The Korea Atomic Energy Research Institute has developed a performance assessment model implementing the A-KRS concept, which was constructed with the GoldSim. In the A-KRS concept, spent nuclear fuel produced from pressurized-water-reactor operations would be pyroprocessed to reduce waste volume and radioactivity. The wastes to be disposed of in a geologic repository are comprised of metal and ceramic waste forms. In this study, results of simulations conducted to establish credibility and build confidence for the A-KRS model are presented. Specifically, release rates and breakthrough times simulated using the A-KRS model were compared to corresponding results from the U.S. NRC SOAR model. In addition, the A-KRS model results were compared to published release rates from the SKB repository performance assessment. This comparison of the A-KRS model results to other independent performance assessments is expected to form part of a suite of model verification and validation activities to provide confidence that the A-KRS model has been implemented appropriately.

월성원자력환경센터 중저준위방사성폐기물 처분시설은 서로 다른 방식의 처분시설이 혼재하고, 월성 원자력발전소와도 인 접해있다. 이와 같은 높은 복잡성으로 인해 처분시설 안전성 평가 시 보다 면밀한 현상이해가 필요하다. 기존 1단계 사일로 처분시설의 성능평가모델들에 포함된 불필요한 보수성을 줄이고 복합처분시설에 대한 보다 실제적인 성능을 파악하기 위해 서는 다차원 수리/핵종이동 모델이 필요하다. 이와 함께 향후 복합처분시스템의 특성에 기인한 다양한 불확실성을 관리하 고 파라미터의 중요도를 분석하기 위해 많은 계산이 필요할 것으로 예상하며, 이를 위해 보다 효율적인 성능평가 모델이 요 구된다. 본 논문에서는 두 요건을 충족시키기 위해 수리성능 모델과 핵종이동 모델을 연계한 2단계 천층처분시설의 근계영 역 2차원 통합성능평가 모델을 개발하였다. 수리 및 핵종이동은 PORFLOW와 GoldSim 전산 코드를 이용해 평가하였으며, GoldSim 핵종이동 모델은 PORFLOW 핵종이동 모델과의 벤치마크를 통해 검증하였다. GoldSim 모델은 계산효율이 뛰어났 으며 기존의 모델에 비해 핵종이동거동을 이해하는데 용이하였다.

Wolsong Low- and Intermediate-level radioactive waste (LILW) disposal center has two different types of disposal facilities and interacts with the neighboring Wolsong nuclear power plant. These situations impose a high level of complexity which requires in-depth understanding of phenomena in the safety assessment of the disposal facility. In this context, multidimensional radionuclide transport model and hydraulic performance assessment model should be developed to identify more realistic performance of the complex system and reduce unnecessary conservatism in the conventional performance assessment models developed for the 1st stage underground disposal. In addition, the advanced performance assessment model is required to calculate many cases to treat uncertainties or study parameter importance. To fulfill the requirements, this study introduces the development of two-dimensional integrated near-field performance assessment model combining near-field hydraulic performance assessment model and radionuclide transport model for the 2nd stage near-surface disposal. The hydraulic and radionuclide transport behaviors were evaluated by PORFLOW and GoldSim. GoldSim radionuclide transport model was verified through benchmark calculations with PORFLOW radionuclide transport model. GoldSim model was shown to be computationally efficient and provided the better understanding of the radionuclide transport behavior than conventional model.

파이로처리 방사성폐기물 처분장에서 폐쇄 후 처분장의 성능에 영향을 줄 수 있는 근계 영역 내 세가지 주요 설계 관련 요소에 대하여 주요 핵종별로 최종 피폭 선량에 주는 민감도를 확률론적인 접근을 통하여 조사하였다. 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 위하여 처분 용기의 수명, 선원항으로서 처분 용기에서의 연간 핵종 유출률, 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 시나리오로서 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.

A parametric sensitivity to the annual exposure dose rate to the farming exposure group has been probabilistically carried out for three principal elements associated with the nuclide transport behavior in the near-field of the pyroprocessed waste repository system. Credit time for both metal and ceramic containers, annual nuclide release rete, and the degree of loss of bentonite buffer around the container are selected as the elements and investigated for important nuclides. All the elements are shown to be sensitive to the results. Methodology studied through this study and the results are expected to make a good feedback to the repository design. As a follow-up study, separated in Part 2, the A-KRS will be deterministically assessed and then compared among each other with the normal, the worst, and the best case scenarios associated with their extreme values these elements could have.

당해 연구의 제 1 부 논문에서 확률론적으로 접근한 데에 이어, 파이로처리 방사성 폐기물 처분장에 대하여 폐쇄 후 처분장의 성능에 영향을 줄 수 있는 근계 영역 내 세가지 주요 설계 관련 요소에 대하여 각 핵종별로 최종 피폭 선량에 주는 민감도를 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 위하여 제 1 부에서 처분 용기의 수명, 선원항으로서의 처분 용기에서의 연간 핵종 유출률, 그리고 처분장 주요 인공 방벽으로서의 완충재의 손실도 등의 변화를 확률론적 접근 방법으로 검토한 데 이어, 제 2 부의 이 연구를 통해서는 통계적인 확률론적 민감도를 검토하는 대신 세가지 인자에 대하여 가장 나쁜 경우와 이상적인 조합을 구성한 후 이를 결정론적으로 평가하여 인지된 3개의 요소들이 제 1 부에서의 결과와 동일하게 처분장 설계에 매우 중요할 수 있다는 결과를 얻을 수 있었다.

A parametric sensitivity to the annual exposure dose rate to the farming exposure group has been deterministically carried out for three principal elements identified in the near-field of the pyroprocessed waste repository system as a series study of Part 1 of the coupled paper with the same title. Credit time for both metal and ceramic containers, annual nuclide release rete and the degree of loss of bentonite buffer around the container are selected and investigated deterministically for important nuclides. To this end the A-KRS has been assessed and then compared among each other with the normal, the worst, and the best case scenarios associated with their extreme values these elements could have. All the elements are shown to be sensitive to the results as was in Part 1. Methodology studied through this study and the results are expected to make a good feedback to the repository design.

파이로처리 방사성 폐기물 처분 시스템에 대하여 골드심을 이용하여 개발된 확률론적 평가 프로그램을 이용하여 폐쇄후 방사선적 안전성 평가를 수행하였다. 처분장으로부터 핵종이 유출되어 다양한 처분 시스템 내 매질을 이동하는 것에 관련된 정상 시나리오에 대한 평가를 위하여, 평가 결과에 대한 민감도나 일반적으로 불확실성의 범위가 큰 입력자료 중 주요하다고 판단되는 파라미터를 9개로 선정하여 평가에 고려된 핵종 중 Tc, Sn, Pa, Cs 4개의 원소에 대하여 평가 결과를 논의해 보았다. 확률론적 안전성 평가와 함께 이들 각 입력 자료에 대한 최종 방사선 피폭선량에 대한 민감도도 분석하여 결과에 대한 각 입력 파라미터의 중요도도 비교하였다.

A GoldSim template program for a safety assessment of a hybrid-typed repository system, called A-KRS, in which two kinds of pyro-processed radioactive wastes, low-level metal wastes and ceramic high-level wastes that arise from the pyro-processing of PWR nuclear spent fuels are disposed of, has been developed. This program is ready both for a deterministic and probabilistic total system performance assessment which is able to evaluate nuclide release from the repository and farther transport into the geosphere and biosphere under various normal, disruptive natural and manmade events, and scenarios. The A-KRS has been probabilistically assessed with 9 selected input parameters, each of which has its own statistical distribution for a normal release and transport scenario associated with nuclide release and transport in and around the repository. Probabilistic dose exposure rates to the farming exposure group have been evaluated. A sensitivity of 9 selected parameters to the result has also been investigated to see which parameter is more sensitive and important to the exposure rates.

파이로 처리 방사성 폐기물 처분 시스템 A-KRS에 대한 결정론적, 확률론적 안전성 평가가 가능하도록 골드심 프로그램을 개발하였다. 처분장에서 핵종이 유출되어 다양한 처분 시스템 내 매질을 이동하는 것 에 관련된 주요 시나리오를 도출하기 위하여 처분 시스템을 구성하는 각 요소 별로, 그리고 처분 시스템 내 핵종의 이동에 관여하는 FEP을 인지 선별하여 수학적 모델을 개발하고 이를 골드심 템플릿 프로그램 으로 개발하였다. 이 프로그램을 이용하여 폐쇄후 방사선적 안전성 평가를 결정론적으로 수행하여 5개의 정상 및 비정상 시나리오를 평가하여 그 결과를 상호 비교하였다.

A GoldSim template program for a safety assessment of a hybrid-typed repository system, called “A-KRS,” in which two kinds of pyro-processed radioactive wastes, low-level metal wastes and ceramic high-level wastes that arise from the pyro-processing of PWR nuclear spent fuels are disposed of, has been developed. This program is ready both for a deterministic and probabilistic total system performance assessment which is able to evaluate nuclide release from the repository and farther transport into the geosphere and biosphere under various normal, disruptive natural and manmade events, and scenarios. The A-KRS has been deterministically assessed with 5 various normal and abnormal scenarios associated with nuclide release and transport in and around the repository. Dose exposure rates to the farming exposure group have been evaluated in accordance with all the scenarios and then compared among other.

상용의 GoldSim과 GoldSim 이동 모듈 (GoldSim Transport Module; GTM)을 이용하여 방사성폐기물 처분시스템과 같이 복잡한 질량 이동 시스템을 신뢰성 있고 효율적으로 모사할 수 있다. 그러나 GTM의 특성을 보다 정확하게 이해하여야 이를사용하여 실제 처분시스템의 안전성 평가 프로그램을 개발할 때 발생할 수 있는 오류를 피할 수 있다는 것을 인지하는 것이중요하다. 이를 위하여 GTM에서 다양하게 제공되는 요소 (element) 중, 질량 이동 모사에 유용한 Transport pathway의 특징에 대하여 소개하고, 방사성폐기물 처분시스템 안전성 평가를 위해 시스템 내 핵종의 거동과 같은 질량 이동 모사에서 이에 대한 올바른 활용 방안을 제시하였다.

It is very important to properly understand such “Transport Pathways” elements as “Pipe” and “Cell” pathways incommercial GoldSim Transport Module (GTM) for developing higer quality models and programs for performanceassessment of complex radioactive waste repositories. With an illustrative case under an earthquake scenario, by whichan increasement in the groundwater flow rate occurs though the geological medium, ways of avoiding possible modelingerrors in the nuclide transport modeling in the radioactive waste repository system for its safety assessment by utilizing suchpathways are discussed and a proper usage of the pathways is proposed.

South Korea operates multiple nuclear power plants, which continuously produce spent nuclear fueland high-level radioactive waste (HLW). Due to their high radioactivity and long half-lives, HLW requires carefullong-term management. However, establishing a permanent disposal facility has been challenging because of limitedland availability and public acceptance. To address these issues, evaluating the long-term safety of disposal systemsis essential. In this study, we performed a scenario analysis based on Features, Events, and Processes (FEPs) toidentify potential risks at a repository. A combined scenario, accounting for both seismic activity and possible humanintrusion, was developed. Using GoldSim, we simulated radionuclide migration within the disposal system andassessed the resulting radiological impacts on the environment. The results indicate that radionuclide release ratesand the associated radiation doses remain well within regulatory limits. This study presents a practical frameworkfor analyzing complex scenarios and provides baseline data to support future repository design and extended in-situtesting.

In accordance with the regulatory requirements for preventing radiological risks to thepublic health and environment, the radiological impacts on the public around the radioactive wastedisposal facility should be evaluated to confirm whether the performance goal is satisfied. In this study,therefore, we developed the biosphere model for calculating the annual effective dose of the criticalgroup during the post-closure period of the LILW (Low- and Intermediate-Level radioactive Waste)complex disposal facility using the GoldSim. The receptor and exposure pathways to be assessed, andthe mathematical model by each exposure pathway were determined considering characteristics specificto the disposal facility, based on the Korean regulatory guideline that provides method and procedure forassessing the exposure dose from radioactive effluents released to the environment during the operationof the nuclear power plant. Data (such as dose conversion factors, bioaccumulation factors, transfercoefficients) required in the assessment were constructed as a database file in the format of MS-Exceland can be directly applied as input file for the GoldSim-based assessment tool. Through performing acase study for normal and human intrusion scenarios of the complex disposal facility on the basis of aspecific emplacement scheme, it was confirmed that the GoldSim-based biosphere model implementedin this study is proper to calculate the exposure dose by pathway and the total effective dose for thecritical group, which can be applied to demonstrate whether the disposal facility meets its performancegoal. The Goldsim-based biosphere model proposed in this paper can be applied to both individual andcomplex disposal facility for LILW, linking with radionuclide transport model, groundwater flow model,and etc. In addition, it is expected to be utilized for more diverse purposes provided that it is improvedand/or upgraded by reflecting various features of the radioactive waste management facility in the future.

상용의 GoldSim과 GoldSim 이동 모듈 (GoldSim Transport Module; GTM)을 이용하여 방사성폐기물 처분시스템과 같이 복잡한 질량 이동 시스템을 신뢰성 있고 효율적으로 모사할 수 있다. 그러나 GTM의 특성을 보다 정확하게 이해하여야 이를 사용하여 실제 처분시스템의 안전성 평가 프로그램을 개발할 때 발생할 수 있는 오류를 피할 수 있다는 것을 인지하는 것이 중요하다. 이를 위하여 GTM에서 다양하게 제공되는 요소 (element) 중, 질량 이동 모사에 유용한 Transport pathway의 특징에 대하여 소개하고, 방사성폐기물 처분시스템 안전성 평가를 위해 시스템 내 핵종의 거동과 같은 질량 이동 모사에서 이에 대한 올바른 활용 방안을 제시하였다.

It is very important to properly understand such "Transport Pathways" elements as "Pipe" and "Cell" pathways in commercial GoldSim Transport Module (GTM) for developing higer quality models and programs for performance assessment of complex radioactive waste repositories. With an illustrative case under an earthquake scenario, by which an increasement in the groundwater flow rate occurs though the geological medium, ways of avoiding possible modeling errors in the nuclide transport modeling in the radioactive waste repository system for its safety assessment by utilizing such pathways are discussed and a proper usage of the pathways is proposed.