SHS論壇:如何管理與最終處置使用過的核燃料─從美國經驗談起
主講人:卓鴻年 (美國國家實驗室核廢專家) 與談人:徐光蓉 (臺灣大學大氣科學系 教授) 主持人:陳竹亭 (SHS計畫主持人/臺灣大學化學系榮譽教授) 逐字稿整理:歐陽巽 跨閱誌編輯 (論壇的現場錄影) 卓鴻年: 我從美國的經驗稍微跟大家介紹一下怎麼樣處置用過燃料的問題,因為我的工作經驗都是在美國,所以對美國的情況比較清楚。 我先提一下世界核能的趨勢,以及用過核燃料spent nuclear fuel的管理的方法-主要是中程中期的管理方法,還有如何追蹤處置,最後談一下我個人的觀點,例如追蹤處置的問題是什麼,像是很多不確定的參數問題、人類能夠知道的知識怎麼能夠預測幾萬年這麼長的時間(因為很多半衰期非常長的)。換言之,我們人類的知識跟技術是有限制的,沒辦法很有信心地預測未來的情況。 我們先看一下世界核能使用的潮流,從第二次世界大戰結束後,美國想把核子武器裡面的某些技術轉換到民用裡面去,美國艾森豪總統提的Atoms for Peace就是訴諸使用和平方法使用核或是原子,這也是蓋核電站的開始,所以你可以看的出來1960年代的發電量增加地很快,到70年代後期、80年代初增加非常快。美國的核電大部分是70年代到80年代初的時候蓋的,而1979年的三哩島事件,對整個核能的發展並沒有很大的影響,到了1986年Chernobyl的時候,稍微有點影響,核電站興建的總量就慢下來了,福島事件以後也是稍微有點影響,但是實際上並沒有很大的影響,主要是因為在過去十年以來,中國蓋的數量是世界上蓋核電站速度最快、量最多的,而且未來計畫量也是最多的,但整個世界的潮流來看,並沒有增加那麼快,沒有像60年代、70年代、80年代數字那麼快。 可是世界上還是蠻多國家在討論使用核能適不適合。當然主要的是三個大問題,一個就是意外事件,核電站可能會發生意外,這對核電站周邊人民老百姓還有整個範圍污染的影響都很嚴重;第二,建造核電站的費用越來越貴了,尤其美國電力公司都是私人的,所以當蓋核電站的費用太高的,他們就想辦法使用其他的能源發電,尤其過去大概十年天然氣的價錢在美國下降的非常快,所以最近幾年美國比較舊的核電站都早點除役,替代用天然氣, 另外歐洲有不少國家考慮到要慢慢地不再蓋新的核電站,並將已經在發電的廠在時間結束以後除役。但其他對使用核能有興趣的國家還是在增加的,譬如東南亞國家的越南、印度尼西亞,都在考慮蓋核電站;最近還有消息指出日本或韓國簽了一些合約要蓋核電站;另外就連中東這些產石油的國家,像沙烏地阿拉伯,UAE等也在考慮蓋核電廠,當然他們的想法是:油或是天然氣遲早會用完,所以他們考慮到在未來幾十年以後,或可以核能代替化石油或是天然氣。 可是這些國家在考慮使用核電站時,沒有一個國家規劃怎麼樣處置與管理用過核燃料。不過回過頭看,1960、70年代,蓋了核電站的國家,包括美國、台灣,在蓋之前都沒有考慮到如何管理用過燃料與其最終處置等等。換言之,政策的計畫的人,或是能源使用計畫的人等,主要的看法就是按照成本計算,用核能發電可以馬上省很多錢,且如果該國沒有其他能源的話,核能是一個非常有吸引力的方法。 那用過燃料中期的管理方法是是什麼?用過燃料用一段時間以後要從核電廠反應爐拿出來,因為反應爐產生核反應發電的主要是鈾裡面的鈾235。 鈾在天然界裡面,鈾235的百分比很小,小於0.1,小於1%,大概只有0.5左右,需要把它增加到差不多至少要3%到5%才有辦法產生核反應,所以它要濃縮,濃縮完了以後放進去,燒了一段時間,幾年以後鈾235的量就減少,小於不到1%,就要把它拿出來,那就是用過核燃料。 拿出來後要先放在一個用過燃料的水池裏,因為那時的溫度還很高、放射性很強。放個幾十年後再把用過燃料以化學方法處理後,把鈾238改變成鈽239了,就可以當核燃料了,這個叫做Mixed oxide fuel,裡面的鈽跟鈾混在一起,可以當作核燃料放在原子堆裏面發電。可是在處理的過程中也產生了高階廢料,高階廢料也要最終處置(低階廢料也有,那都是要最終處置的)。另外的作法是,不做再處理,直接把用過燃料放在最終處置。現在大部分的國家都採取再處理的方法。 我們看這個燃料的循環。我們在核能裡面叫左半部前端,就是最上面的原子爐、發電廠是怎麼樣去採鈾礦、再去做一些處理、再濃縮,然後再製造成核燃料。製造好以後放到反應爐裡面發電,這就叫前端。右邊是後端,把用過燃料放到水池裏儲存。如果不做再處理就直接放到儲存場,這就是直接處置了。而這裡是一個經過再處理的Open fuel cycle,就是不立刻把用過燃料做最終處理,而是把可以用的鈽的核燃料提出來再使用。 剛剛講到把用過燃料拿出來以後放在水池裏面,這叫做濕式的暫時儲存(Wet storage),大部分的儲存時間都是幾十年,除非是真的要過一段時間後做再處理的,儲存時間可能比較短,大部分不做再處理的就是一直放在核電站的水池裡三十年或四十年。 核電站的執照大約是四十年,台灣核一核二運轉的執照是一發就是四十年,所以它蓋水池時大概是設計三十年左右的儲量。但有時候水池不夠大了,就必須要把它放緊一點。當用過燃料溫度降很低時,可以把它排緊一點,這樣就會有些新空位,可以把比較新的用過燃料放進去,這樣儲存水池大概可以用到四十年左右。 如果四十年到了,還沒有決定是不是要做再處理,或是還沒有一個最終處置場開始運轉的話,你只好暫時把它儲存。現在大部分的國家採取從水池拿出來放在乾式儲存裡面,核一廠的乾式儲存就是這種方法,放在水池裡三十年四十年,然後拿出來放到乾式儲存的罐子裡。以世界的潮流的來看,乾式儲存的情況越來越多了。 這個照片是儲存用過燃料的水池。這裡每一個每一個格的,都可以放一個燃料束。...
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