KR20100080046A - 방사성 폐기물 지하처분장의 안전성 평가 시스템 및 평가 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 방사성 폐기물 지하처분장의 안전성 평가 시스템 및 평가 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 방사성 폐기물 지하처분장 주변의 단열암반에 존재하는 단열정보를 종합하여 단열망을 구축하고, 이를 통해 방사성 폐기물 지하처분장 주변의 다공암반, 단열암반 및 다공-단열 암반 내의 지하수 유동을 다차원적으로 계산하여, 방사성 폐기물 지하처분장 주변에서의 방사성 핵종의 거동을 종합적으로 모사할 수 있는 방사성 폐기물 지하처분장의 안전성을 평가하는 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 방사성 폐기물 지하처분장의 안전성 평가 시스템은, 방사성 폐기물 지하처분장의 암반에 대한 결정론적 또는 확률론적 단열 데이터에 기초하여 단열을 생성하고, 상기 생성된 단열 간 연결도를 검색하여 단열망을 구축하는 단열망 구축 모듈; 상기 단열망 구축 모듈에서 생성된 단열망에 기초하여 상기 방사성 폐기물 지하처분장 주변의 다공암반, 단열암반 및 다공-단열 암반 내의 지하수 유동을 다차원적으로 계산하는 지하수 유동 계산 모듈; 및 상기 지하수 유동 계산 모듈에서 계산된 지하수의 유동 계산 결과에 기초하여 상기 방사성 폐기물 지하처분장 주변에서의 방사성 핵종의 이동을 계산하는 방사성 핵종이동 계산 모듈;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
안전성 평가, 다공암반, 단열암반, 단열망, 지하수, 핵종이동
Description
본 발명은 방사성 폐기물 지하처분장의 안전성 평가 시스템 및 평가 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 방사성 폐기물 지하처분장 주변의 단열암반에 존재하는 단열정보를 종합하여 단열망을 구축하고, 이를 통해 방사성 폐기물 지하처분장 주변의 다공암반, 단열암반 및 다공-단열 암반 내의 지하수 유동을 다차원적으로 계산하여, 방사성 폐기물 지하처분장 주변에서의 방사성 핵종의 거동을 종합적으로 모사할 수 있는 방사성 폐기물 지하처분장의 안전성을 평가하는 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 방사능은 인간에게 유해하며 특히 방사능에 오래 노출되거나 방사능의 세기가 강할수록 극히 치명적이기 때문에, 방사성 폐기물을 지하처분장에 안전하게 폐기하는 것이 매우 중요하다.
만일 방사성 폐기물 지하처분장에 폐기된 방사능이 지하수 유동 경로 등에 따라 방사성 폐기물 지하처분장 외부로 유출될 경우 인간에게 매우 위험할 수 있다.
따라서 안전한 방사성 폐기물 지하처분장을 선정하는 것이 중요하며, 이를 위해 정밀한 안전성 평가를 통해 방사성 폐기물 지하처분장을 선정하도록 하는 것이 반드시 선행되어야 한다.
이와 관련하여 종래 기술에 따라 방사성 폐기물 지하처분장의 안전성을 평가하는 방법은, 주로 1차원 확률론적 안전성 평가가 주류를 이루고 있다.
예를 들어, 가장 널리 사용되는 상용 프로그램인 'Serco 사'의 'CONNECTFLOW'의 경우 다공암반에서의 지하수 및 핵종이동을 해석할 때는 'NAMMU 모듈'을, 단열암반에서의 지하수 및 핵종이동을 해석할 때는 'NAPSAC 모듈'을 이용하고 있으며, 간헐적으로 두 모듈을 결합시켜 지하수 및 핵종의 거동을 모사하는 경우도 있기는 하나, 실제로 존재하는 결합된 단열-다공 암반에서의 지하수 및 핵종의 거동을 모사하는데는 그 한계가 있는 상황이다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 방사성 폐기물 지하처분장 주변의 단열암반에 존재하는 단열정보를 종합하여 단열망을 구축하고, 이를 통해 방사성 폐기물 지하처분장 주변의 다공암반, 단열암반 및 다공-단열 암반 내의 지하수 유동을 다차원적으로 계산하여, 방사성 폐기물 지하처분장 주변에서의 방사성 핵종의 거동을 종합적으로 모사할 수 있는 방사성 폐기물 지하처분장의 안전성을 평가하는 방사성 폐기물 지하처분장의 안전성 평가 시스템 및 평가 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 방사성 폐기물 지하처분장의 안전성 평가 시스템은, 방사성 폐기물 지하처분장의 암반에 대한 결정론적 또는 확률론적 단열 데이터에 기초하여 단열을 생성하고, 상기 생성된 단열 간 연결도를 검색하여 단열망을 구축하는 단열망 구축 모듈; 상기 단열망 구축 모듈에서 생성된 단열망에 기초하여 상기 방사성 폐기물 지하처분장 주변의 다공암반, 단열암반 및 다공-단열 암반 내의 지하수 유동을 다차원적으로 계산하는 지하수 유동 계산 모듈; 및 상기 지하수 유동 계산 모듈에서 계산된 지하수의 유동 계산 결과에 기초하여 상기 방사성 폐기물 지하처분장 주변에서의 방사성 핵종의 이동을 계산하는 방사성 핵종이동 계산 모듈;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 방사성 폐기물 지하처분장의 안전성 평가 시스템은, 방사성 폐기물 지하처분장 주변의 단열암반에 존재하는 단열정보를 종합하여 단열망을 구축하고, 이를 통해 방사성 폐기물 지하처분장 주변의 다공암반, 단열암반 및 다공-단열 암반 내의 지하수 유동을 다차원적으로 계산하여, 방사성 폐기물 지하처분장 주변에서의 방사성 핵종의 거동을 종합적으로 모사할 수 있는 방사성 폐기물 지하 처분장의 안전성을 평가하기 때문에, 지하수 유동 및 핵종이동의 해석을 더욱 정확하게 할 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 방사성 폐기물 지하처분장의 안전성 평가 시스템을 나타낸 블록구성도이다.
도 1을 참조하면, 주 처리부(300)는 입력부(200)를 통해 입력된 사용자의 방사성 폐기물 지하처분장 평가 조건에 따라 데이터베이스(100)에 저장된 방사성 폐기물 지하처분장의 안전성 평가를 수행하는데 필요한 각종 데이터를 읽어들여, 내장된 각각의 계산 모듈을 이용하여 방사성 폐기물 지하처분장의 안전성을 평가하고, 그 안전성 평가 결과를 표시부(400)를 통해 출력하여 사용자에게 제공한다.
주 처리부(300)가 수행하는 구체적인 내용은 이하에서 도 2를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
데이터베이스(100)에는 방사성 폐기물 지하처분장의 안전성 평가를 수행하는데 필요한 각종 데이터로서 표 1과 같이 다공암반 내 지하수 경계조건, 다공암반 내 핵종 경계조건, 단열 내 지하수 경계조건, 단열 내 핵종 경계조건, 천이적 경계조건, 결정론적 단열 정보, 확률론적 단열 정보, 각 그리드(grid)별 암반 정의, 수치계산 환경 전반에 대한 정보, 방사성 핵종 및 엘리먼트(element) 정보, 암반 물성값 정보, 핵종 의존 암반 물성값 정보, 선원항 정보, 천이적 소스 플럭스(source flux) 정보, 및 천이적 폐기물 매트릭스 붕괴(waste matrix degradation) 정보 등이 저장되어 있다.
입력 파일명 | 데이터 |
BC_GW.dat | 다공암반 내 지하수 경계조건 |
BC_RNUC.dat | 다공암반 내 핵종 경계조건 |
BCF_GW.dat | 단열 내 지하수 경계조건 |
BCF_RNUC.dat | 단열 내 핵종 경계조건 |
BCFactors.dat | 천이적 경계조건 |
DetFrac.dat | 결정론적 단열 정보 |
FracProp.dat | 확률론적 단열 정보 |
GridProp.dat | 각 그리드(grid)별 암반 정의 |
MDPSA.dat | 수치계산 환경 전반에 대한 정보 |
RNElemProp.dat | 방사성 핵종 및 엘리먼트(element) 정보 |
RockProp.dat | 암반 물성값 정보 |
RockRNProp.dat | 핵종 의존 암반 물성값 정보 |
Source.dat | 선원항 정보 |
SrcFlux.dat | 천이적 소스 플럭스(source flux) 정보 |
SrcVolume.dat | 천이적 폐기물 매트릭스 붕괴(waste matrix degradation) 정보 |
이하에서는 도 2를 참조하여 주 처리부(300)의 동작을 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 방사성 폐기물 지하처분장의 안전성 평가 방법을 단계별로 나타낸 순서도이다.
도 2를 참조하면, 주 처리부(300)는 입력부(200)를 통해 입력된 사용자의 방사성 폐기물 지하처분장 평가 조건에 따라 데이터베이스(100)에 저장된 방사성 폐기물 지하처분장의 안전성 평가 수행을 위해 계산하는데 필요한 각종 데이터를 표 1과 같은 텍스트 파일 형태로 읽어들인다(단계 S100).
다음 주 처리부(300) 내의 단열망 구축 모듈(310)은 방사성 폐기물 지하처분장의 암반에 대한 결정론적 또는 확률론적 단열 데이터에 기초하여 단열을 생성하고, 상기 생성된 단열 간 연결도를 검색하여 단열망을 구축한다(단계 S110).
이와 같은 단열망 구축의 예를 도 3a 내지 도 3d를 참조하여 보다 상세히 보면 다음과 같다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 방사성 폐기물 지하처분장의 안전성 평가에 따른 복수개의 단열을 활용한 단열망 생성 과정을 나타낸 도면이다.
단열암반에 존재하는 단열들을 특정하는 대표적인 물성값으로는 단위 체적 내에 존재하는 단열면적을 나타내는 단열밀도(fracture density)를 들 수 있으며, 이 단열밀도에 따라 단열암반 내에 존재하는 단열들을 일정한 특성의 단열군들로 각각 구분할 수 있다.
다시 말해서, 도 3a 내지 도 3c에 나타난 바와 같이, 단열암반 내에 존재하는 단열들을 단열밀도 0.5의 단열군(도 3a), 단열밀도 0.3의 단열군(도 3b), 및 단열밀도 0.2의 단열군(도 3c) 등으로 각각 그룹화하여 단열군을 생성하고, 최종적으로 이들 단열군들 각각의 연결을 검색하여 단열군들을 조합함으로써 도 3d에 도시된 바와 같은 단열망을 형성한다.
이후, 지하수 유동 계산 모듈(320)은 단열망 구축 모듈(310)에서 생성된 단열망에 기초하여 상기 방사성 폐기물 지하처분장 주변의 다공암반, 단열암반 및 다공-단열 암반 내의 지하수 유동을 다차원적으로 계산한다(단계 S120).
이때, 다공암반 내 지하수 유동모델은 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
여기서, q는 다시(Darcy) 속도이고, k는 투수 계수이고, μ는 유체의 점성 계수이고, ∇는 3차원 델(del) 연산자이고, P는 유체 내 압력이고, 는 유체 밀도이며, 는 중력가속도이다.
또한, 단열암반 내 지하수 유동모델은 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
상술한 바와 같은 계산모델을 통해 처분장 주변 지형 내부에서의 지하수 유동이 계산되면, 핵종이동 계산 모듈(330)은 지하수 유동 계산 모듈(320)에서 계산된 지하수의 유동 계산 결과에 기초하여 상기 방사성 폐기물 지하처분장 주변에서의 방사성 핵종의 이동을 계산한다(단계 S130).
이때, 다공암반 내 방사성 핵종의 이동모델은 수학식 3과 같이 나타낼 수 있 다.
여기서, 는 핵종에 대한 유동 공극률(the flowing porosity accessible to the radionuclide)이고, 및 는 지연계수이고, 는 방사성 핵종 농도이고, t는 시간이고, ∇는 3차원 델 연산자이고, 는 비배출율(the specific discharge)이고, 는 분산계수이고, 는 붕괴상수이고, 는 핵종 분지비율(the branching ratio)이고, 는 모핵종의 붕괴상수이고, 는 모핵종에 대한 유동 공극률이고, 는 모핵종 농도이며, 는 핵종 선원항이다. 이때 는 딸핵종, 는 모핵종을 각각 의미한다.
위 수학식 3에서 좌변의 첫 번째 항은 검사체적 내에서의 방사성 핵종 량의 변화율을 의미하며, 두 번째 항은 이류(泥流)를 의미한다. 우변의 첫 번째 항은 분산, 두 번째 항은 방사성 붕괴, 세 번째 항은 방사성 인그로우스(ingrowth), 및 네 번째 항은 선원항을 의미한다. 는 흡착효과를 나타낸다.
또한, 단열암반 내 방사성 핵종의 이동모델은 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
여기서, 는 단열폭이고, 및 는 지연계수이고, 는 방사성 핵종 농도이고, t는 시간이고, 는 2차원 델 연산자이고, Q는 비배출률이고, 는 분산계수이고, 는 붕괴상수이고, 는 핵종 분지비율이고, 는 모핵종의 붕괴상수이고, 는 모핵종 농도이고, 는 핵종 선원항이고, 는 고유확산계수이고, 는 단열에 대한 법선벡터이고, ∇는 3차원 델 연산자이며, 는 암반에서의 핵종이동이다. 이때 는 단열면, 는 딸핵종, 는 모핵종을 각각 의미한다.
이후, 주 처리부(300)는 지하수 유동 계산 모듈(320) 및 핵종이동 계산 모듈(330)에서 계산된 다차원의 다공암반, 단열암반 및 다공-단열 암반 내 지하수 유동 및 방사성 핵종의 이동에 대한 계산 결과를 표시부(400)로 송출한다(단계 S140).
표시부(400)는 주 처리부(300)로부터 전달받은 계산결과를 출력하거나 또는 모니터를 통해 사용자에게 디스플레이하여 준다.
이와 같은 본 발명은 방사성 폐기물 지하처분장 주변의 단열암반에 존재하는 단열정보를 종합하여 단열망을 구축하고, 이를 통해 방사성 폐기물 지하처분장 주변의 다공암반, 단열암반 및 다공-단열 암반 내의 지하수 유동을 다차원적으로 계산하여, 방사성 폐기물 지하처분장 주변에서의 방사성 핵종의 거동을 종합적으로 모사할 수 있는 방사성 폐기물 지하처분장의 안전성을 평가하기 때문에, 지하수 유동 및 핵종이동의 해석을 더욱 정확하게 할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백하다 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 방사성 폐기물 지하처분장의 안전성 평가 시스템을 나타낸 블록구성도.
도 2는 본 발명에 따른 방사성 폐기물 지하처분장의 안전성 평가 방법을 단계별로 나타낸 순서도.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 방사성 폐기물 지하처분장의 안전성 평가에 따른 복수개의 단열을 활용한 단열망 생성 과정을 나타낸 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
100 : 데이터베이스 200 : 입력부
300 : 주 처리부 310 : 단열망 구축 모듈
320 : 지하수 유동 계산 모듈 330 : 방사성 핵종이동 계산 모듈
400 : 표시부
Claims (9)
- 방사성 폐기물 지하처분장의 안전성 평가를 수행하기 위한 시스템에 있어서,사용자로부터 방사성 폐기물 지하처분장의 평가 조건을 입력받는 입력부;상기 방사성 폐기물 지하처분장의 안전성 평가를 수행하는데 필요한 각종 데이터를 저장하고 있는 데이터베이스;상기 입력부를 통해 입력된 사용자의 방사성 폐기물 지하처분장 평가 조건에 따라 상기 데이터베이스에 저장된 방사성 폐기물 지하처분장의 안전성 평가를 수행하는데 필요한 각종 데이터를 읽어들여, 상기 방사성 폐기물 지하처분장의 안전성을 평가하고, 그 안전성 평가 결과를 출력하는 주 처리부; 및상기 주 처리부로부터 제공되는 안전성 평가 결과를 사용자가 볼 수 있도록 제공하는 표시부;를 포함하여 구성되되,상기 주 처리부는,상기 방사성 폐기물 지하처분장의 암반에 대한 결정론적 또는 확률론적 단열 데이터에 기초하여 단열을 생성하고, 상기 생성된 단열 간 연결도를 검색하여 단열망을 구축하는 단열망 구축 모듈;상기 단열망 구축 모듈에서 생성된 단열망에 기초하여 상기 방사성 폐기물 지하처분장 주변의 다공암반, 단열암반 및 다공-단열 암반 내의 지하수 유동을 다차원적으로 계산하는 지하수 유동 계산 모듈; 및상기 지하수 유동 계산 모듈에서 계산된 지하수의 유동 계산 결과에 기초하여 상기 방사성 폐기물 지하처분장 주변에서의 방사성 핵종의 이동을 계산하는 방사성 핵종이동 계산 모듈;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 방사성 폐기물 지하처분장의 안전성 평가 시스템.
- 제 1항에 있어서,상기 데이터베이스에 저장된 방사성 폐기물 지하처분장의 안전성 평가를 수행하는데 필요한 각종 데이터는, 다공암반 내 지하수 경계조건, 다공암반 내 핵종 경계조건, 단열 내 지하수 경계조건, 단열 내 핵종 경계조건, 천이적 경계조건, 결정론적 단열 정보, 확률론적 단열 정보, 각 그리드별 암반 정의, 수치계산 환경 전반에 대한 정보, 방사성 핵종 및 엘리먼트 정보, 암반 물성값 정보, 핵종 의존 암반 물성값 정보, 선원항 정보, 천이적 소스 플럭스 정보, 및 천이적 폐기물 매트릭스 붕괴 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사성 폐기물 지하처분장의 안전성 평가 시스템.
- 방사성 폐기물 지하처분장의 안전성 평가를 수행하기 위한 방법에 있어서,사용자로부터 입력된 방사성 폐기물 지하처분장의 안전성 평가 조건에 따라 해당 안전성 평가를 수행하는데 필요한 각종 데이터를 읽어들이는 단계;상기 방사성 폐기물 지하처분장의 암반에 대한 결정론적 또는 확률론적 단열 데이터에 기초하여 단열을 생성하고, 상기 생성된 단열 간 연결도를 검색하여 단열망을 구축하는 단계;상기 단열망 구축 모듈에서 생성된 단열망에 기초하여 상기 방사성 폐기물 지하처분장 주변의 다공암반, 단열암반 및 다공-단열 암반 내의 지하수 유동을 다차원적으로 계산하는 단계; 및상기 지하수 유동 계산 모듈에서 계산된 지하수의 유동 계산 결과에 기초하여 상기 방사성 폐기물 지하처분장 주변에서의 방사성 핵종의 이동을 계산하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 방사성 폐기물 지하처분장의 안전성 평가 방법.
- 제 3항에 있어서,지하수 유동 및 방사성 핵종 이동에 대한 계산 결과를 문서로 출력하거나 또는 모니터 화면을 통해 디스플레이 함으로써 사용자에게 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방사성 폐기물 지하처분장의 안전성 평가 방법.
- 제 3항에 있어서,상기 안전성 평가를 수행하는데 필요한 각종 데이터는, 다공암반 내 지하수 경계조건, 다공암반 내 핵종 경계조건, 단열 내 지하수 경계조건, 단열 내 핵종 경계조건, 천이적 경계조건, 결정론적 단열 정보, 확률론적 단열 정보, 각 그리드별 암반 정의, 수치계산 환경 전반에 대한 정보, 방사성 핵종 및 엘리먼트 정보, 암반 물성값 정보, 핵종 의존 암반 물성값 정보, 선원항 정보, 천이적 소스 플럭스 정보, 및 천이적 폐기물 매트릭스 붕괴 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사성 폐기물 지하처분장의 안전성 평가 방법.
- 제 3항에 있어서,상기 방사성 핵종의 이동을 계산하는 단계의 다공암반 내 방사성 핵종의 이동모델은 하기의 수학식 12와 같이 계산되는 것을 특징으로 하는 방사성 폐기물 지하처분장의 안전성 평가 방법.
- 제 3항에 있어서,상기 방사성 핵종의 이동을 계산하는 단계의 단열암반 내 방사성 핵종의 이동모델은 하기의 수학식 13과 같이 계산되는 것을 특징으로 하는 방사성 폐기물 지하처분장의 안전성 평가 방법.
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