심지층 처분환경에서 공학적방벽 및 자연방벽을 통해 나타나는 핵종의 이동과 지구화학적 반응에 대한 정량적 평가는 방사성 폐기물의 안정적인 처분 및 유지 관리에 핵심적인 요소입니다. 본 연구에서는 기존의 핵종거동 평가 기법을 개선하고 처분환경의 다양한 수문지질 및 생지구화학적 특성을 반영할 수 있는 최신의 수치해석 모형을 개발합니다. 해당 모형을 실험실 또는 현장 규모에서 나타나는 관측 현상에 대해 적용함으로써 수치 모형을 보완, 검증하고 처분환경의 특성을 반영하는 업스케일링 기법 적용을 통해 실제 처분환경에서 나타날 것으로 기대되는 핵종의 수리지구화학적 장기 거동에 대한 정밀한 평가 체계를 수립하고자 합니다.

지중환경에서 유체는 불균질한 공극을 따라 유동하며 흡착, 용해, 침전과 같이 광물의 표면에서 나타나는 다양한 지화학적 반응을 일으킵니다.  따라서 지중매체에서 일어나는 지화학적 반응들의 정량 평가는 다양한 화학물질들의 순환을 이해하기 위해 매우 중요합니다. 하지만 지화학적 반응이 일어나는 반응표면적은 마이크로미터 수준의 매우 작은 규모에서 결정되는 유체의 물리화학적 특성에 의해 결정되기 때문에, 광역적 규모의 연구에서 정확한 지화학 반응의 정량평가는 매우 어려운 문제입니다. 본 연구에서는 광역 규모에서 관측할 수 있는 다중추적자의 농도이력곡선을 이용하여 반응 표면적과 같은 미시규모의 정보를 정량화하는 방법에 대한 연구를 수행합니다.

 다공성 매체, 단열 암반 환경에서 나타나는 유체의 유동은 미세 규모에서 일어나는 생지구화학반응과 복잡한 상호작용을 일으킵니다. 따라서  유체 유동과 화학 물질들의 장기적 거동을 이해하기 위해서는 유체와 암석 사이에서 일어나는 상호작용의 특성을 파악하여 지질매체의 시간에 따른 진화를 이해할 수 있어야 합니다. 본 연구는 지질매체의 공극 규모에서 나타나는 유체 유동과 생지구화학적 반응을 모사하고 정량적으로 평가할 수 있는 수치모형 플랫폼인 CompLaB을 개발합니다. CompLaB은 Lattice Boltzmann 기법을 기반으로 공극 규모의 유체 유동과 용질 운송을 계산할 수 있는 새로운 수치 모형 프로그램입니다. 또한 CompLaB은 미생물의 게놈 정보를 이용하여 구축한 대사모형을 이용할 수 있어 실제 자연환경에서 나타나는 다양한 미생물의 대사활동을 보다 정확하게 예측하고 평가할 수 있다는 장점이 있습니다.