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

우리나라에서는 현재 23기의 원자력발전소를 운영 중에 있으며, 이들 원자력발전소로부터 발생하는 사용후핵연료를 처분대상으로 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 일환으로서 사용후핵연료의 종류 및 연소도 특성 등 발생특성을 검토하였다. 그리고 기준 사용후핵연료에 비하여 길이가 짧고 연소도가 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 소요량 등 경제성 관점에서 비교 분석한 결과 약 20% 이상 향상을 보이는 것을 확인하였다. 본 분석결과는 사용후핵연료 관리정책 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.