天 然 背 景 輻 射 與 人 造 輻 射 所 佔 比 例 漫 談 生 活 中 輻 射 人 造 輻 射 18% 樹 人 醫 專 醫 學 影 像 暨 放 射 技 術 科 講 員 : 馮 文 昇 碩 士 時 間 :2011.7.23 9:00~12:00 地 點 : 高 雄 榮 民 總 醫 院 1 天 然 背 景 輻 射 82% 2 3 背 景 輻 射 的 來 源 人 造 輻 射 來 源 所 佔 比 例 內 輻 射 11% 醫 用 X 光 11% 人 造 輻 射 核 子 醫 學 4% 消 費 品 3% 其 他 <1% 職 業 曝 露 0.3% 落 塵 <0.3% 核 燃 料 循 環 0.1% 雜 項 0.1% 消 費 品 16% 核 燃 料 循 環 1% 職 業 工 作 人 員 2% 落 塵 2% 地 表 輻 射 8% 宇 宙 射 線 8% 氡 55% 核 子 醫 學 20% 醫 療 X 光 59% 4 5 6
台 灣 與 國 際 背 景 值 差 異 類 別 世 界 平 均 美 國 日 本 台 灣 宇 宙 射 線 0.36 0.28 0.38 0.26 地 表 及 建 物 0.41 0.28 0.29 0.64 小 計 ( 體 外 輻 射 ) 0.77 0.56 0.67 0.92 氡 等 1.26 2.0 0.41 0.44 鉀 40 等 0.36 0.39 0.40 0.28 小 計 ( 體 內 輻 射 ) 1.62 2.39 0.81 0.72 合 計 2.39 2.95 1.48 1.64 UNSCEAR : 聯 合 國 原 子 輻 射 效 應 科 學 委 員 會 (1993) 7 8 9 游 離 與 非 游 離 輻 射 玉 山 0.123 0.123 微 西 弗 玉 山 3000 m 海 0.071 微 西 弗 / 小 時 阿 里 山 拔 1500 m 高 度 0.052 微 西 弗 / 小 時 高 雄 0 m 非 游 離 輻 射 非 游 離 輻 射 頻 率 (Hz) 游 離 輻 射 收 音 機 微 波 爐 紅 外 線 紫 外 線 伽 馬 射 線 10 66 10 10 7 7 10 8 10 8 10 9 10 9 10 10 11 10 11 10 10 12 12 10 10 13 13 10 10 14 14 10 15 10 16 10 17 10 18 10 19 游 離 輻 射 手 機 雷 達 可 見 光 x 光 10 11 12
非 游 離 輻 射 的 種 類 紫 外 線 (ultraviolet, UV): 捕 蟲 燈 消 毒 燈 影 印 機 水 銀 燈 霓 虹 燈 鎔 接 切 割 可 見 光 (visible light) 紅 外 線 (infrared, IR): 加 熱 器 備 微 波 (microwave): 微 波 爐 達 通 信 設 備 加 熱 器 烤 箱 警 報 器 通 信 設 微 波 爐 加 熱 器 烤 箱 警 報 器 雷 電 磁 場 輻 射 (Electromagnetic Field, EMF), 包 括 非 常 低 頻 及 極 低 頻 電 磁 場 (very low frequency and extremely low frequency electric and magnetic fields, VLF and ELF) 13 暴 露 可 見 光 不 同 光 譜 與 身 體 的 交 互 作 用 機 制 及 不 良 健 康 效 應 光 譜 紫 外 線 (180~400 奈 米 (nm)) 可 見 光 (380~600nm) 可 見 光 與 近 紅 外 線 (400~1,400nm) 中 與 遠 紅 外 線 (3 微 米 (μm)~1 公 釐 (mm)) 雷 射 光 (180nm~1mm) 交 互 作 用 機 制 不 良 健 康 效 應 生 物 活 性 分 子 ( 如 DNA 脂 急 性 紅 疹 角 膜 炎 結 膜 肪 和 蛋 白 質 ) 產 生 光 化 學 改 炎 白 內 障 視 網 膜 炎 加 變 速 皮 膚 老 化 皮 膚 癌 視 網 膜 中 的 生 物 活 性 分 子 產 視 網 膜 炎 ( 藍 光 危 害,blue, blue- 生 光 化 學 改 變 light hazard) 熱 活 化 效 應 或 去 活 化 效 應 ; 熱 傷 害 皮 膚 及 角 膜 灼 傷 光 凝 結 蛋 白 質 遇 熱 變 性 組 織 凝 結 (photocoagulation) / 凋 亡 熱 活 化 效 應 或 去 活 化 效 應 ; 熱 傷 害 皮 膚 及 角 膜 灼 傷 光 凝 作 用 白 內 障 蛋 白 質 遇 熱 變 性 組 織 凝 結 / 凋 亡 暴 露 期 間 小 於 1 微 秒 (μs): 組 織 傷 害 皮 膚 灼 傷 眼 睛 光 化 學 光 熱 光 聲 作 用 ; 灼 傷 組 織 蒸 發 暴 露 期 間 小 於 1 奈 秒 (ns): (vaporization) 光 衝 蝕 (photoablative) 作 用 氣 泡 或 血 漿 成 形 作 用 ( 形 態 改 變 ) 非 線 性 視 覺 效 應 14 暴 露 電 場 和 磁 場 與 身 體 的 交 互 作 用 機 制 及 不 良 健 康 效 應 光 譜 靜 電 電 場 隨 時 間 變 化 電 場 (<10MHz) 隨 時 間 變 化 磁 場 (<10 MHz) 電 磁 場 (100kHz~300GHz) 交 互 作 用 機 制. 物 體 表 面 電 荷. 感 應 在 移 動 流 體 和 組 織 中 的 電 場 物 體 表 面 電 荷 感 應 電 場 及 電 流 感 應 電 場 及 電 流 感 應 電 場 和 電 流, 吸 收 體 內 的 能 量 >10GHz: : 表 面 能 量 吸 收 <30μs: : 脈 衝 300MHz~6GHz: : 熱 聲 波 (thermoacoustic wave) 增 加 不 良 健 康 效 應 因 表 面 電 荷 而 產 生 困 擾 休 克 影 響 心 血 管 和 中 樞 神 經 系 統 因 表 面 電 荷 而 產 生 困 擾 電 休 克 灼 傷 刺 激 神 經 和 肌 肉 細 胞 影 響 神 經 系 統 功 能 刺 激 神 經 和 肌 肉 細 胞 影 響 神 經 系 統 功 能 過 度 的 加 熱 電 休 克 灼 傷 對 物 體 表 面 過 度 加 熱 因 微 聽 (micro hearing) 效 應 產 生 困 擾 15 輻 射 ( 放 射 線 ) 發 現 史 放 射 衰 變 正 子 與 電 子 的 互 毀 作 用 成 對 產 生 放 射 性 母 核 核 輻 射 : 阿 伐 粒 子 (α ++ ) 貝 他 粒 子 (β +, β - ) 加 馬 射 線 (γ) >1.022MeV 光 子 正 電 子 Positron 成 對 電 子 β+ 衰 變 1895 德 國 物 理 學 家 倫 琴 發 現 X 光 1896 法 國 物 理 學 家 貝 克 發 阿 伐 貝 他 加 馬 射 線 1898 居 里 夫 人 自 天 然 鈾 礦 尋 得 釙 與 鐳 二 種 放 射 性 1899 拉 塞 福 發 現 放 射 性 元 素 釷 1932 查 兌 克 發 現 中 子 1953 利 用 鈷 六 十 治 療 癌 症 首 先 被 引 用 16 放 射 衰 變 原 子 核 17 γ 射 線 互 毀 作 用 γ 射 線 180 0 環 境 電 子 動 量 守 恆 角 度 約 呈 180 度 18
加 馬 射 線 (Gamma Ray) 的 產 生 原 子 核 的 質 子 中 子 比 半 衰 期 的 衰 減 v 質 子 數 (Z) 質 子 數 (Z) γray 高 能 量 不 穩 定 原 子 核 釋 放 能 量 所 產 生 19 中 子 數 (N) 中 子 數 (N) 遠 離 穩 定 區 的 核 種 皆 傾 向 產 生 衰 變 穩 定 穩 定 β- 衰 變 β- 衰 變 e- 電 子 捕 獲 e- 電 子 捕 獲 α 衰 變 α 衰 變 自 發 性 衰 變 自 發 性 衰 變 質 子 衰 變 質 子 衰 變 12 12 C, C, 14 C 衰 變 14 C 衰 變 未 知 未 知 20 21 電 場 對 輻 射 粒 子 的 影 響 各 種 輻 射 源 電 磁 輻 射 電 磁 波 X 射 線 γ 射 線 直 流 電 源 鉛 塊 屏 蔽 放 射 性 物 質 電 場 + - β 射 線 γ 射 線 X 光 射 線 α 射 線 阿 伐 粒 子 貝 他 粒 子 中 子 加 馬 或 X 射 線 質 子 中 子 原 子 核 電 子 游 離 輻 射 粒 子 輻 射 荷 電 粒 子 α 粒 子 β 粒 子 電 子 射 線 質 子 β - 粒 子 ( 負 電 子 ) β + 粒 子 ( 正 電 子 ) 射 出 桌 面 的 磁 力 線 感 光 底 片 22 23 非 荷 電 粒 子 重 離 子 或 介 子 中 子 24
工 業 上 常 用 的 輻 射 源 及 其 半 衰 期 放 射 核 種 消 毒 衛 材 測 量 厚 度 液 位 密 度 診 斷 工 地 建 築 半 衰 期 60 Co 5.3y 137 Cs 30.0y 發 電 醫 學 90 Sr 28.1y 192 Ir 73.8d 註 :y 為 年,d 為 日 25 26 27 軍 事 電 子 顯 微 鏡 離 子 佈 植 機 束 控 制 接 地 收 集 板 垂 直 掃 描 器 反 應 爐 加 速 管 水 平 掃 描 器 晶 圓 離 子 源 28 29 30
農 業 考 古 同 步 輻 射 31 碳 -14 定 年 法 32 33 烟 霧 偵 測 器 靜 電 消 除 器 管 道 爬 行 探 測 装 置 使 用 會 發 射 α 輻 射 之 210 Po 射 源 的 靜 電 消 除 器 工 業 應 用 : 陸 上 管 道 海 底 管 道 管 外 輻 射 源 提 供 內 部 構 造 信 息 使 用 137 Cs 34 35 36
密 度 測 量 儀 Density Gauges 密 度 測 量 儀 ( 核 子 秤 ) 固 定 核 子 測 量 - 液 位 計 傳 送 帶 稱 重 儀 器 Belt weighing gauge 通 過 偵 测 器 测 量 穿 過 被 检 查 物 質 的 輻 射 線 量 射 源 使 用 1GBq 的 137Cs 探 測 器 Detector 物 質 流 向 Material Flow 源 Source 開 關 控 制 Shutter Control 屏 蔽 開 關 Shielding Shutter (open) 37 探 测 器 Detector 傳 送 带 上 的 物 品 Product on conveyor belt 射 源 Source (may be extended) 38 通 常 一 個 或 多 個 探 器 和 探 测 器 被 用 作 開 關,, 用 来 控 制 料 箱 或 料 斗 中 物 料 的 位 置 等, 大 厚 壁 容 器 可 能 使 用 GBq 的 60Co 高 位 探 測 器 High level detector 低 位 探 測 器 Low level detector 射 源 Sources 39 固 定 核 子 測 量 - 厚 度 測 量 儀 探 測 器 Detectors n γ γ 濕 度 / 密 度 計 Moisture / density gauges 密 度 測 量 : 伽 馬 源 ( 137 Cs) 推 出 遮 罩 室 n n γ n 到 源 棒 末 端, 並 位 於 被 測 物 質 中 進 行 測 量 γ 濕 度 測 量 : 儀 器 裏 中 子 源 ( 通 常 是 241 Am-Be) 通 過 中 子 散 射 測 定 濕 度 油 井 測 量 γ γ 40 41 42
電 的 來 源 原 子 的 組 成 核 能 發 電 廠 原 理 原 子 核 質 子 中 子 電 子 樹 人 醫 專 醫 學 影 像 暨 放 射 技 術 科 講 員 : 馮 文 昇 碩 士 時 間 :2011.7.23 9:00~12:00 地 點 : 高 雄 榮 民 總 醫 院 43 44 45 自 從 十 八 世 紀 發 明 了 發 電 的 原 理 之 後, 科 學 家 們 便 努 力 尋 找 推 動 導 線 旋 轉 的 動 力, 以 便 發 展 持 久 且 大 量 的 發 電 方 式 來 造 福 人 類 經 過 近 兩 個 世 紀 努 力 的 成 果, 目 前 較 為 經 濟 且 有 效 的 發 電 方 式 包 括 了 水 力 火 力 及 核 能 發 電 左 圖 是 常 用 發 電 方 式 示 意 圖, 水 力 發 電 是 由 水 庫 貯 存 的 水, 大 量 自 高 處 渲 洩 而 下, 推 動 水 輪 機 再 帶 動 發 電 機 中 的 導 線 線 圈 而 發 出 電 力 火 力 ( 包 括 油 煤 及 天 燃 氣 ) 與 核 能 則 是 將 水 燒 成 蒸 汽, 使 其 推 動 汽 輪 機 再 帶 動 發 進 一 步 顯 示 火 力 發 電 廠 運 作 原 理, 圖 中 左 下 方 鍋 爐 裏 的 水 被 熱 源 燒 成 蒸 汽 後, 送 至 汽 輪 機 再 推 動 發 電 機 發 電 ; 使 用 過 的 蒸 汽 則 送 至 冷 凝 器, 由 海 水 將 其 冷 卻 成 水, 再 送 至 鍋 爐 重 複 使 用 其 中 做 為 熱 源 的 物 質 包 括 了 煤 油 及 天 然 氣, 這 三 種 物 質 的 加 熱 方 式 與 成 本 均 不 相 同, 但 發 電 運 作 則 類 似 至 於 核 能 發 電, 只 要 把 右 圖 中 的 熱 源 換 成 核 能 即 可 ; 但 因 涉 及 控 制 核 分 裂 反 應 防 止 輻 射 外 洩 等 因 素, 所 以 核 能 電 廠 工 電 機 而 發 電 46 47 圖 為 沸 水 式 核 能 電 廠 運 作 原 理 示 意 圖 ( 下 個 主 題 將 解 釋 何 謂 沸 水 式 ), 圖 中 水 與 蒸 汽 的 流 程 類 似 前 述 火 力 電 廠, 但 在 水 加 熱 的 部 份 為 了 要 控 制 核 分 裂 反 應 故 有 控 制 棒 及 再 循 環 泵, 為 了 防 止 輻 射 外 洩 故 有 反 應 器 壓 力 槽 抑 壓 池 及 圍 阻 體 等 之 設 計 48 作 流 程 較 為 複 雜
太 陽 能 風 力 海 水 溫 差 地 熱 其 他 發 電 方 式 49 50 太 陽 能 發 電 利 用 太 陽 能 發 電 的 方 法 有 三 種 : 其 一 為 利 用 光 電 池, 直 接 將 日 光 轉 換 為 電 流 其 二 利 用 集 熱 板 將 水 加 熱, 產 生 蒸 汽 以 推 動 汽 輪 機 及 發 電 機 其 三 則 利 用 日 光 將 水 分 解 成 氫 與 氧 兩 種 氣 體, 再 用 氫 作 為 發 電 的 燃 料 上 述 三 種 方 法 均 須 有 穩 定 的 日 照 及 廣 大 的 土 地, 例 如 要 建 一 座 發 電 量 與 核 四 廠 相 當 的 太 陽 能 電 廠, 則 約 需 6750 公 頃 的 土 地, 約 為 核 四 廠 現 址 面 積 的 十 四 倍, 而 且 還 須 保 證 這 塊 土 地 有 充 足 而 穩 定 的 日 照 51 風 力 發 電 海 水 溫 差 發 電 風 力 發 電 是 直 接 利 用 風 力 推 動 發 電 機 中 的 導 線 線 圈 來 發 電, 其 最 大 特 色 即 為 荷 蘭 的 標 記 ~ 風 車 台 灣 澎 湖 的 七 美 也 有 座 風 力 發 電 廠, 其 發 電 量 約 比 核 四 核 廠 小 了 一 百 萬 倍, 可 知 欲 發 展 這 種 電 廠 也 需 有 大 量 的 土 地, 而 穩 定 且 強 勁 的 風 力 也 是 不 可 或 缺 的 條 件 民 國 七 十 六 年 為 響 應 綠 色 能 源 的 利 用, 政 府 特 別 在 七 美 設 置 示 範 性 七 美 風 力 發 電 廠, 最 後 因 為 技 術 尚 未 成 熟 因 而 宣 告 失 敗, 目 前 呈 停 擺 狀 態 究 其 原 因, 風 力 發 電 需 要 在 卅 公 尺 高 度 平 均 風 速 超 過 每 小 時 廿 五 公 里 始 符 合 經 濟 效 益 澎 湖 群 島 每 年 冬 天 自 十 月 至 翌 年 二 月 也 僅 五 個 月 勉 強 符 合 上 述 標 準, 而 台 灣 本 島 則 沒 有 52 任 何 一 個 站 的 風 力 可 達 上 述 標 準 1. Blade: 葉 片 2. Blade hub: 葉 輪 輪 轂 3. Blade bearing: 葉 片 軸 承 4. Main shaft: 主 傳 動 軸 5. Secondary generator: 副 發 電 機 6. Gearbox: 齒 輪 箱 7. Disc brake: 碟 式 煞 車 8. Oil cooler: 油 溫 冷 卻 器 9. Cardan shaft: 萬 向 接 軸 10. Primary generator: 主 發 電 機 11. Service crane: 維 修 用 小 吊 車 12. Pitch cylinder: 旋 角 控 制 桿 13. Machine foundation: 機 組 座 架 14. Tower: 塔 架 15. Yaw control: 轉 向 控 制 16. Gear tie rod: 齒 輪 箱 支 撐 桿 17. Yaw ring: 轉 向 齒 輪 盤 18. Yaw gears: 轉 向 齒 輪 19. 53 VMP top control unit: 塔 頂 控 制 單 元 20. Hydraulic unit: 油 壓 控 制 單 元 在 海 上 陽 光 只 照 到 海 的 表 層 而 照 不 到 深 處, 因 此 有 些 海 面 與 深 海 的 溫 差 可 達 200,, 目 前 研 究 顯 示 可 利 用 某 些 特 殊 氣 體 ( 如 氨 氣 ), 在 流 經 海 面 時 吸 熱 成 為 氣 態 推 動 氣 輪 機 發 電, 用 過 的 氣 體 再 送 入 深 海 冷 卻 成 液 體 而 繼 續 下 一 次 循 環 就 技 術 而 言, 其 最 大 的 挑 戰 是 深 海 管 路 的 舖 設, 也 正 因 此 一 挑 戰 尚 無 法 有 效 克 服, 故 迄 今 世 界 上 還 沒 有 一 個 商 業 性 海 水 溫 差 電 廠 54
地 熱 發 電 地 球 為 半 徑 六 千 公 里 的 球 體, 其 表 面 岩 石 層 的 地 殼 約 為 三 十 公 里, 而 因 地 球 中 心 溫 度 高 達 攝 氏 六 千 度 左 右, 故 一 般 地 區 每 深 入 地 層 一 百 公 尺, 溫 度 上 升 約 30 在 火 山 溫 泉 地 區, 其 溫 度 上 升 則 可 達 100,, 此 為 岩 漿 從 地 殼 裂 縫 慢 慢 湧 出 的 結 果, 而 地 下 水 流 經 這 些 地 區 後 會 變 成 高 溫 高 壓 的 蒸 汽, 如 以 適 當 的 工 程 方 法 引 出 這 些 蒸 汽, 即 可 送 入 汽 輪 機 作 功 而 發 電 台 灣 地 處 環 太 平 洋 火 山 帶, 具 有 很 多 地 熱 區, 但 卻 因 酸 性 太 高 或 蒸 汽 含 量 太 少, 大 都 無 法 用 來 發 電 1980 年 國 科 會 曾 於 宜 蘭 清 水 地 區 興 建 一 座 地 熱 示 範 電 廠, 但 後 因 地 熱 產 量 衰 減, 已 於 1993 年 底 停 止 運 轉 開 發 核 能 的 科 學 家 先 前 所 描 述 的 原 子 內 部 結 構 是 由 科 學 家 拉 塞 福 (Rutherford) 先 生 於 1911 年 以 微 小 粒 子 高 速 撞 擊 金 泊 所 發 現 的, 當 時 有 許 多 其 他 科 學 家 也 熱 衷 於 類 似 的 撞 擊 實 驗, 中 子 及 質 子 的 特 性 也 在 此 段 時 間 獲 得 驗 證 ; 而 在 這 股 研 究 原 子 內 部 特 性 的 風 潮 中, 義 大 利 物 理 學 家 費 米 (Fermi) 在 1934 年 以 中 子 撞 擊 鈾 元 素 後, 發 現 會 有 新 的 元 素 產 生, 這 也 是 人 類 第 一 次 發 現 核 分 裂 反 應 核 子 連 鎖 反 應 55 56 57 其 後 經 過 多 位 科 學 家 的 努 力, 發 現 天 然 的 鈾 元 素 中 含 有 鈾 - 238 及 鈾 -235 兩 種 同 位 素, 天 然 鈾 中 鈾 -238 的 含 量 為 99.3%, 鈾 -235 含 量 則 只 有 0.7%, 而 經 中 子 撞 擊 後 也 只 有 鈾 -235 會 發 生 分 裂 反 應, 其 反 應 過 程 如 圖 所 示 ; 自 圖 左 開 始, 一 個 中 子 撞 擊 鈾 -235 原 子 核 後, 暫 時 共 同 形 成 鈾 -236 原 子 核, 同 時 因 其 內 部 吸 收 了 該 中 子 的 能 量, 故 開 始 作 劇 烈 的 啞 鈴 狀 震 盪, 最 後 啞 鈴 狀 結 構 終 因 震 盪 過 劇 而 瓦 解, 並 因 而 產 生 兩 個 質 量 較 小 的 原 子 核, 且 放 出 2 到 3 個 新 的 中 子 ; 這 時 如 果 旁 邊 有 其 他 鈾 -235 原 子 核 存 在, 則 會 被 新 的 中 子 撞 擊, 繼 續 發 生 分 裂 反 應, 此 即 所 謂 的 連 鎖 反 應 在 前 述 的 核 分 裂 反 應 裏, 反 應 後 產 生 兩 個 較 輕 的 原 子 核 及 2 至 3 個 中 子 的 總 質 量 比 反 應 前 鈾 - 235 加 上 一 個 中 子 的 總 質 量 小, 其 間 損 失 的 質 量 會 變 成 能 量 ; 而 根 據 愛 因 斯 坦 (Einstein( Einstein) 在 1905 年 提 出 的 理 論, 質 量 變 成 能 量 時, 其 轉 換 關 係 為 能 量 = 質 量 光 速 的 平 方,, 而 光 速 是 一 個 非 常 大 的 數 值, 約 是 每 秒 3 億 公 尺, 因 此 極 小 的 質 量 即 可 變 成 極 大 的 能 量 1945 年 在 日 本 廣 島 上 空 爆 炸 的 原 子 彈, 其 總 重 量 為 440 公 斤, 鈾 235 含 量 為 45 公 斤, 而 其 中 僅 有 1 公 斤 發 生 核 分 裂 反 應, 反 應 中 又 只 有 1 公 克 ( 約 如 一 小 塊 巧 克 力 重 ) 的 質 量 轉 化 成 能 量, 但 它 的 威 力 卻 相 當 於 16 萬 公 噸 黃 色 炸 藥 發 生 爆 炸, 瞬 間 摧 毀 了 整 個 城 市, 並 造 成 十 幾 萬 日 本 人 當 場 死 亡 58 E=MC 2 59 60
核 分 裂 過 程, 上 半 部 顯 示 每 次 分 裂 後 會 有 2 到 3 個 新 的 中 子 產 生, 而 這 些 中 子 也 就 是 引 發 後 續 分 裂 反 應 的 關 鍵, 如 果 它 們 分 別 又 引 發 了 2 到 3 次 分 裂 反 應, 則 分 裂 反 應 的 次 數 便 會 一 直 增 加, 而 且 是 以 等 比 級 數 的 速 度 增 加, 即 1 次 變 2 次,2, 次 變 4 次,4, 次 變 8 次,8, 次 變 16 次,, 而 因 每 次 都 放 出 巨 大 的 能 量, 故 總 量 便 很 驚 人, 這 就 是 原 子 彈 爆 炸 能 產 生 巨 大 威 力 的 原 因 但 如 果 我 們 有 辨 法 在 每 次 分 裂 後 把 2 到 3 個 新 產 生 的 中 子 吸 收 掉 一 兩 個, 而 只 讓 一 個 中 子 繼 續 引 發 下 一 次 分 裂 反 應, 則 我 們 即 可 控 制 每 次 反 應 的 數 目 使 其 保 持 固 定, 並 可 把 每 次 反 應 產 生 的 能 量 用 來 發 電, 這 種 狀 況 即 稱 為 臨 界 核 分 裂 反 應, 而 前 述 分 裂 次 數 一 代 比 一 代 多 的 狀 態 稱 為 超 臨 界 反 應, 反 之 若 分 裂 次 數 一 代 比 一 代 少 則 稱 為 次 臨 界 反 應 ; 核 能 電 廠 運 轉 發 電 時 是 保 在 臨 界 反 應 狀 態, 停 機 時 則 保 持 在 次 臨 界 狀 態 61 控 制 核 子 連 鎖 反 應 如 果 能 在 每 次 分 裂 後 把 2 到 3 個 新 產 生 的 中 子 吸 收 掉 1 2 個, 而 只 讓 一 個 中 子 繼 續 引 發 下 一 次 分 裂 反 應, 則 即 可 控 制 每 次 核 分 裂 反 應 的 數 目 使 其 保 持 固 定, 這 種 狀 況 即 稱 為 臨 界 核 分 裂 反 應 若 分 裂 次 數 一 代 比 一 代 多 的 狀 態 稱 為 超 臨 界 反 應, 反 之 若 分 裂 次 數 一 代 比 一 代 少 則 稱 為 次 臨 界 反 應 ; 核 能 電 廠 運 轉 發 電 時 是 保 在 臨 界 反 應 狀 態, 停 機 時 則 保 持 在 次 臨 界 狀 態 62 兩 種 主 要 核 能 發 電 廠 的 型 式 沸 水 式 反 應 爐 核 一 / 核 二 / 核 四 廠 直 接 循 環 壓 水 式 反 應 爐 核 三 廠 間 接 循 環 63 我 國 核 能 電 廠 基 本 資 料 概 要 表 64 65 66
沸 水 式 核 能 電 廠 的 特 色 Boiling Water Reactor (BWR) 反 應 爐 壓 力 約 72Kg/cm 2 (1000psig) 反 應 爐 產 生 ( 煮 沸 ) 之 水 蒸 汽, 直 接 推 動 汽 輪 發 電 機 控 制 棒 由 反 應 爐 下 方 插 入 具 備 爐 心 再 循 環 水 ( 內 / 外 ) 抑 壓 池 可 作 為 降 壓 及 事 故 後 之 補 水 來 源 67 欲 保 持 臨 界 核 分 裂 反 應 則 須 找 到 能 吸 收 中 子 的 物 質, 目 前 核 能 電 廠 中 常 用 的 是 鎘 或 硼, 這 兩 種 物 質 便 是 構 成 控 制 棒 的 主 要 材 料 核 能 電 廠 停 機 時 控 制 棒 整 個 插 在 爐 心 裏, 吸 收 絕 大 部 份 的 中 子, 使 整 個 爐 心 保 持 次 臨 界 狀 態, 電 廠 起 動 時 控 制 棒 便 被 慢 慢 抽 出 來, 一 直 到 爐 心 達 到 臨 界 狀 況 時 將 控 制 棒 固 定, 便 可 保 持 穩 定 而 持 續 性 的 核 分 裂 反 應 ; 若 有 異 常 狀 況 發 生, 控 制 棒 便 被 迅 速 插 入 爐 心, 停 止 其 分 裂 反 應 ; 因 此 控 制 捧 的 作 用 有 點 像 汽 車 的 煞 車 裝 置, 可 以 防 止 車 速 過 快 沸 水 式 反 應 爐 功 率 控 制 控 制 棒 ( 起 動 急 停 ) 利 用 再 循 環 系 統 改 變 反 應 爐 爐 心 的 水 流 量 可 提 高 / 減 少 反 應 爐 的 核 分 裂 機 率 爐 心 功 率 與 再 循 環 系 統 流 量 呈 正 向 關 係 備 用 硼 液 系 統 ( 因 應 萬 一 無 法 控 制 的 狀 況 ) 68 69 而 發 生 意 外 外 部 循 環 水 系 統 ( 核 一 二 廠 ) 內 部 循 環 水 系 統 ( 核 四 廠 ) 核 能 發 電 是 利 用 鈾 -235 分 裂 反 應 所 產 生 的 能 量, 將 水 加 熱 使 其 變 成 蒸 汽, 再 推 動 汽 輪 機 與 發 電 機 來 發 電, 而 核 分 裂 產 生 的 能 量 則 來 自 分 裂 後 損 失 的 質 量 看 似 很 簡 單 的 兩 句 話, 但 是 真 想 利 用 這 種 原 理 來 發 電 還 須 透 過 很 複 雜 的 工 程 技 術 ; 而 在 不 同 地 區 不 同 國 家 的 工 程 師 各 自 努 力 下, 核 能 發 電 雖 源 自 相 同 的 物 理 現 象, 卻 有 不 同 的 工 程 設 計 目 前 世 界 上 數 量 最 多 的 是 壓 水 式 核 電 廠, 其 次 是 沸 水 式 核 電 廠, 而 我 國 核 一 二 廠 採 用 後 者, 核 三 廠 則 採 用 前 者 之 設 計, 因 此 特 別 針 對 這 兩 類 電 廠 再 詳 加 說 明 其 構 造 圖 為 沸 水 式 核 反 應 器 的 示 意 圖, 圖 中 與 控 制 棒 相 間 較 粗 的 紅 棒 為 燃 料 棒, 核 分 裂 的 主 角 鈾 -235 即 裝 在 其 中, 燃 料 棒 必 須 一 直 泡 在 水 中, 而 水 除 了 吸 收 核 分 裂 反 應 產 生 的 能 量 外, 還 兼 做 中 子 的 緩 和 劑 ; 要 瞭 解 這 個 名 詞 須 先 回 顧 一 下 核 分 裂 反 應 過 程 沸 水 式 核 電 廠 70 71 72
圖 左 邊 使 鈾 -235 發 生 分 裂 的 中 子 必 須 是 低 能 量 的 中 子 ( 在 核 能 界 稱 其 為 慢 中 子 或 熱 中 子 ), 而 圖 右 邊 新 生 中 子 的 能 量 約 為 慢 中 子 的 四 千 萬 倍, 因 此 被 稱 為 快 中 子 ; 若 想 使 快 中 子 引 發 下 一 個 鈾 -235 原 子 核 之 分 裂, 則 必 須 使 其 能 量 降 低, 而 水 中 的 氫 原 子 質 量 與 中 子 相 近, 故 快 中 子 與 氫 原 子 碰 撞 多 次 後 能 量 會 傳 給 氫 原 子 而 變 成 慢 中 子 因 此 水 因 有 緩 和 快 中 子 能 量 的 作 用 而 被 稱 為 緩 和 劑, 而 也 因 有 此 種 現 象 才 能 使 核 分 裂 反 應 得 以 持 續 發 生 中 子 如 何 減 低 能 量 如 果 對 快 中 子 碰 撞 氫 原 子 後 能 量 降 低 的 道 理 還 不 太 明 瞭, 則 請 參 考 撞 球 碰 撞 情 形, 圖 中 母 球 由 左 而 右 正 面 碰 撞 原 為 靜 止 的 子 球, 碰 撞 後 母 球 會 將 所 有 能 量 傳 給 子 球 而 停 在 子 球 原 來 的 位 置, 子 球 則 因 吸 收 了 母 球 賦 予 的 能 量 而 向 右 滾 去 ; 如 果 玩 過 或 看 過 撞 球 比 賽, 對 此 種 情 形 一 定 很 熟 悉, 而 其 道 理 是 因 母 子 兩 球 質 量 相 同, 故 母 球 原 來 的 能 量 可 以 完 全 傳 給 子 球 前 述 中 子 碰 撞 氫 原 子 的 現 象, 也 因 氫 原 子 核 是 由 一 個 質 子 所 構 成, 而 質 子 與 中 子 質 量 非 常 相 近, 故 高 速 的 快 中 子 碰 到 靜 止 的 氫 原 子 時 會 把 能 量 傳 給 後 者, 不 過 在 核 反 應 器 中 兩 者 不 見 得 每 次 都 能 正 面 碰 撞, 故 一 般 須 有 多 次 碰 撞 才 能 使 快 中 子 變 成 慢 中 子 瞭 解 了 緩 和 劑 的 道 理 後, 讓 我 們 再 看 看 燃 料 棒 的 構 造 天 然 鈾 中 鈾 -235 的 含 量 只 有 0.7%, 而 沸 水 式 核 能 電 廠 所 用 的 鈾 燃 料 必 須 經 過 濃 縮 處 理 使 鈾 -235 含 量 提 高 為 2% 至 5%, 此 舉 是 為 了 增 加 核 分 裂 反 應 的 機 會, 若 要 做 原 子 彈 則 其 濃 度 必 須 提 高 至 99% 以 上 此 外 核 能 電 廠 所 用 的 燃 料 為 了 承 受 運 轉 時 攝 氏 一 千 度 以 上 的 高 溫, 特 別 將 鈾 做 成 二 氧 化 鈾 的 粉 末, 再 燒 結 成 直 徑 與 高 度 均 為 1.6 公 分 左 右 的 柱 狀 燃 料 丸, 然 後 再 將 燃 料 丸 放 入 長 約 3.86 公 尺, 厚 約 0.8 公 分 的 鋯 合 金 管 內, 做 成 燃 料 棒 73 74 75 壓 水 式 核 反 應 器 水 式 核 反 應 器 流 程 如 圖 所 示, 其 分 裂 反 應 原 理, 燃 料 棒 設 計, 緩 和 劑 功 能, 壓 槽 與 圍 阻 體 之 作 用 等 都 與 沸 水 式 核 反 應 器 類 似 ; 兩 者 間 最 大 的 差 別 是 壓 水 式 反 器 在 水 加 熱 成 蒸 汽 的 過 程 中 採 用 了 兩 套 迴 路, 在 壓 水 式 反 應 器 中 的 主 迴 路 冷 水 經 過 爐 心 加 熱 後 只 增 加 溫 度 但 不 變 成 蒸 汽, 熱 水 送 至 蒸 汽 產 生 器 中 把 量 傳 給 次 迴 路 的 水 後 變 成 冷 水 再 送 回 爐 心 ; 而 次 迴 路 的 水 則 會 被 加 熱 成 蒸 去 推 動 汽 輪 機, 用 過 的 蒸 汽 再 經 海 水 冷 卻 後 重 複 使 用, 這 種 設 計 可 以 確 保 汽 輪 使 用 的 蒸 汽 絕 無 核 分 裂 反 應 所 產 生 的 放 射 性 物 質, 但 因 系 統 較 為 複 雜, 故 運 轉 維 護 也 較 沸 水 式 反 應 器 費 事 此 外, 壓 水 式 反 應 器 的 控 制 棒 設 在 壓 力 槽 上 端, 上 向 下 抽 插, 比 起 沸 水 式 反 應 器 由 下 往 上 的 設 計 在 運 作 與 保 養 上 較 為 方 便 壓 水 式 核 能 電 廠 特 色 Pressurized Water Reactor, PWR 反 應 爐 約 157Kg/cm 2 (2235 psig) 反 應 爐 充 滿 高 壓 水, 為 次 冷 狀 態, 爐 心 熱 量 經 由 蒸 汽 產 生 器 傳 至 二 次 循 環, 再 由 蒸 汽 產 生 器 之 二 次 側 產 生 蒸 汽 控 制 棒 由 爐 心 上 方 插 入, 以 電 力 做 為 抽 出 動 力, 以 重 力 為 插 入 動 力 爐 水 中 含 硼 酸, 作 為 控 制 功 率 的 方 式 之 ㄧ 76 77 78
壓 水 式 反 應 爐 一 次 系 統 簡 圖 79 80 81 外 部 循 環 水 系 統 ( 核 一 二 廠 ) 內 部 循 環 水 系 統 ( 核 四 廠 ) 壓 水 式 反 應 爐 燃 料 元 件 與 控 制 棒 82 83 84
蒸 汽 產 生 器 調 壓 槽, 藉 電 氣 加 熱 器 與 噴 灑 系 統 來 維 持 調 壓 槽 壓 力 於 適 當 運 轉 壓 力 反 應 爐 冷 卻 水 泵, 強 迫 冷 卻 水 循 環 流 經 爐 心 和 蒸 汽 產 生 器, 及 時 移 走 爐 心 產 生 之 熱 量 85 86 87 核 能 電 廠 的 多 重 障 礙 設 計 整 個 核 能 電 廠 安 全 措 施 設 計 理 念 植 基 於 深 度 防 禦 的 哲 學 所 謂 深 度 防 禦, 是 將 放 射 性 物 質 置 於 層 層 安 全 保 護 防 禦 屏 障 之 中, 以 阻 止 放 射 性 物 質 與 外 界 環 境 接 觸 深 度 防 禦 的 邏 輯 如 下 : 縱 使 第 一 層 防 禦 因 故 而 失 效, 還 有 第 二 層 防 禦 可 提 供 安 全 保 護 ; 要 是 不 幸 第 二 層 防 禦 也 敗 下 陣 來, 仍 然 有 第 三 層 防 禦, 甚 至 第 四 層 防 禦 可 持 續 提 供 安 全 防 禦 多 層 防 禦 的 目 的 是 要 把 核 能 電 廠 發 生 核 子 事 故 的 機 會 及 其 產 生 的 影 響 均 降 到 非 常 低 的 程 度 燃 料 丸 鋯 合 金 燃 料 護 套 厚 實 反 應 器 壓 力 槽 和 相 連 密 閉 冷 卻 水 系 統 圍 阻 體 結 構 燃 料 丸 : 核 分 裂 發 生 在 燃 料 丸 內, 而 絕 大 部 份 的 放 射 性 物 質 帶 有 極 大 的 電 荷, 故 平 均 移 動 距 離 非 常 的 短, 因 此 均 滯 留 在 核 分 裂 發 生 處, 只 有 非 常 少 量 的 惰 性 氣 體 和 具 高 揮 發 性 的 碘, 會 藉 著 擴 散 作 用 而 離 開 燃 料 丸 燃 料 丸 是 層 層 防 禦 的 最 前 線 燃 料 丸 88 89 90
鋯 合 金 燃 料 護 套 的 燃 料 棒 核 燃 料 丸 及 燃 料 棒 組 合 燃 料 丸 燃 料 棒 燃 料 束 壓 力 槽 第 二 道 防 禦 則 是 燃 料 棒 燃 料 丸 裝 入 鋯 合 金 燃 料 護 套 成 為 燃 料 棒, 只 要 護 套 不 破 裂, 溢 出 燃 料 丸 的 放 射 性 氣 體 及 碘, 還 是 可 以 有 效 的 被 阻 滯 在 燃 料 護 套 之 內 商 用 核 能 電 廠 所 使 用 的 反 應 器 中, 通 常 裝 填 有 數 萬 根 的 燃 料 棒 眾 多 的 燃 料 棒 中, 很 可 能 會 有 少 數 因 製 造 組 裝 過 程 的 缺 陷 長 時 間 使 用 的 材 料 腐 蝕 等 原 因, 而 無 法 完 全 將 放 射 性 氣 體 密 封 侷 限 住 對 此, 電 廠 設 計 有 其 它 的 系 統, 可 以 吸 收 或 遲 滯 這 些 從 燃 料 棒 溢 出 的 放 射 性 氣 體 一 般 說 來, 在 正 常 運 轉 狀 況 之 下, 從 核 能 電 廠 排 出 的 放 射 性 氣 體, 對 附 近 民 眾 造 成 的 輻 射 劑 量, 只 有 自 然 背 景 輻 射 的 百 分 之 一 而 已 91 92 93 厚 實 反 應 器 壓 力 槽 和 相 連 密 閉 冷 卻 水 系 統 第 三 道 防 禦 是 厚 實 反 應 器 壓 力 槽 和 相 連 密 閉 冷 卻 水 系 統 從 燃 料 棒 洩 漏 出 來 的 分 裂 產 物, 均 會 被 侷 限 在 密 閉 冷 卻 水 循 環 系 統 內, 只 有 少 量 放 射 性 物 質 會 從 維 修 不 完 善 的 閥 門 幫 浦 或 其 它 組 件 而 洩 漏 到 系 統 之 外, 形 成 空 浮 圍 阻 體 結 構 電 廠 設 計 的 最 後 一 道 防 線 是 圍 阻 體 結 構, 它 是 厚 實 鋼 筋 混 凝 土 的 建 築 物, 把 反 應 器 及 密 閉 冷 卻 水 循 環 系 統 通 通 納 入 它 的 防 護 範 圍 任 何 自 反 應 器 或 冷 卻 水 系 統 釋 出 之 放 射 性 物 質, 均 無 法 釋 放 到 外 界 環 境 緊 急 爐 心 冷 卻 94 95 96
多 重 性 與 多 樣 性 的 設 計 緊 急 爐 心 冷 卻 系 統 設 計 有 高 壓 與 低 壓 系 統 二 部 分 高 壓 系 統 有 爐 心 噴 灑, 低 壓 系 統 有 爐 心 噴 灑 及 注 水 共 四 套 的 設 計 冷 卻 系 統 的 水 源 有 冷 凝 水 儲 存 槽 及 抑 壓 池 兩 種 緊 急 爐 心 冷 卻 起 動 信 號 反 應 爐 低 水 位 乾 井 高 壓 力 手 動 97 核 子 廢 料 處 理 98 廢 料 是 指 無 法 再 回 收 使 用, 必 須 丟 棄 的 廢 棄 物 如 果 廢 棄 物 釋 放 出 的 輻 射 強 度 較 背 景 輻 射 為 高, 且 達 到 法 規 限 制 時, 即 稱 為 放 射 性 廢 料 放 射 性 廢 料 必 須 特 別 處 理, 以 防 止 廢 棄 物 的 放 射 性 物 質 對 環 境 或 人 體 造 成 危 害 依 來 源 不 同, 放 射 性 廢 料 可 以 具 有 完 全 不 同 之 物 理 及 化 學 特 性, 亦 可 能 以 氣 體 液 體 或 固 體 的 形 式 存 在 放 射 性 廢 料 可 以 廣 義 的 區 分 為 高 階 放 射 性 廢 料 及 低 階 放 射 性 廢 料 高 階 放 射 性 廢 料 為 用 過 核 燃 料 或 其 經 再 處 理 所 產 生 之 萃 取 液 或 產 物, 通 常 包 括 半 衰 期 較 長 的 核 種, 故 在 最 終 處 置 上 遠 較 低 階 放 射 性 廢 料 為 複 雜 放 射 性 廢 料 的 輻 射 強 度 會 隨 時 間 而 減 少, 附 圖 所 示 為 低 階 放 射 性 廢 料 產 生 後, 其 輻 射 強 度 隨 時 間 衰 減 的 情 況 99 高 階 放 射 性 廢 料 低 階 放 射 性 廢 料 高 階 放 射 性 廢 料 溼 式 的 貯 存 乾 式 的 貯 存 最 終 處 置 作 業 1. 我 國 用 過 核 子 燃 料 管 理 策 略, 係 採 近 程 以 廠 內 水 池 式 貯 存, 中 程 採 廠 內 乾 式 貯 存 及 在 遵 守 國 際 核 子 保 防 協 定 下, 尋 求 在 國 外 進 行 再 處 理 之 可 行 性, 長 程 推 動 最 終 處 置 等 短 中 長 程 方 案 對 我 國 最 為 有 利 2. 核 子 燃 料 含 有 鈾 235 同 位 素, 經 由 原 子 爐 的 中 子 撞 擊, 產 生 核 分 裂 釋 放 能 量, 大 約 經 過 3 年 到 5 年 時 間, 鈾 235 含 量 低 於 約 1~2%, 無 法 達 到 效 率 時, 即 需 退 出 反 應 爐, 成 為 用 過 核 子 燃 料 3. 鈾 235 在 撞 擊 後 會 產 生 分 裂 產 物, 屬 於 不 穩 定 同 位 素, 用 過 核 子 燃 料 從 反 應 器 退 出 後, 仍 具 有 放 射 性 和 衰 變 熱, 必 須 放 在 反 應 器 廠 房 的 用 過 核 子 燃 料 池 裡 冷 卻, 待 其 放 射 性 及 熱 量 衰 減 後, 再 進 行 後 續 的 乾 式 貯 存 及 最 終 處 置 作 業 100 101 102
用 過 核 子 燃 料 吊 卸 與 運 送 程 序 示 意 圖 用 過 核 子 燃 料 貯 存 型 式 濕 式 儲 存 乾 式 貯 存 使 用 時 機 用 過 核 子 燃 料 自 爐 用 過 核 子 燃 料 濕 式 心 退 出 時 貯 存 10 年 以 上 貯 存 設 備 廠 內 用 過 核 子 燃 料 乾 式 貯 存 設 施 池 冷 卻 方 式 循 環 換 水 : 熱 交 換 空 氣 自 然 對 流 : 無 須 水 電 使 用 設 備 須 配 備 冷 卻 淨 化 系 統 及 維 修 無 須 配 備 動 力 機 械 設 備 溼 式 貯 存 乾 式 貯 存 當 核 反 應 器 爐 心 內 之 核 燃 料 使 用 效 率 降 低 而 必 須 更 換 時, 從 反 應 器 退 出 的 核 燃 料 核 燃 料 在 反 應 器 爐 心 中 運 轉 使 用 3-5 年 後, 必 須 退 出 爐 心 國 內 三 座 核 電 廠 均 採 18 個 月 運 轉 週 期, 每 週 期 更 換 1/4~1/3 核 燃 料 103 104 105 溼 式 的 貯 存 用 過 核 子 燃 料 貯 存 於 燃 料 池 的 情 形 乾 式 貯 存 的 特 色 乾 式 貯 存 筒 規 格 將 用 過 核 子 燃 料 置 於 金 屬 容 器 內 填 充 惰 性 氣 體 後 加 以 密 封 藉 由 空 氣 的 自 然 對 流 冷 卻 外 部 有 混 凝 土 護 箱 來 保 護 金 屬 容 器 並 降 低 輻 射 劑 量 乾 式 貯 存 運 轉 維 護 容 易 操 作 成 本 低 不 會 產 生 二 次 廢 棄 物 及 發 生 輻 射 洩 漏 等 特 性 密 封 鋼 筒 直 徑 1.70 公 尺 高 4.84 公 尺 重 16.65 噸 傳 送 護 箱 外 徑 2.12 公 尺 內 徑 1.72 公 尺 高 5.13 公 尺 重 46 18 噸 混 凝 土 護 箱 外 徑 3.45 公 尺 內 徑 1.89 公 尺 高 5.70 公 尺 重 112.73 噸 外 加 屏 蔽 底 座 4.5 x 4.5 公 尺 直 徑 4.20 公 尺 壁 厚 0.35 公 尺 高 6.03 公 尺 重 81.20 噸 106 107 108
用 過 核 子 燃 料 吊 卸 與 運 送 程 序 示 意 圖 日 本 福 島 核 一 廠 乾 貯 設 備 目 前 全 球 33 個 核 能 國 家 ( 共 444 座 機 組 ) 已 有 18 個 國 家 之 用 過 核 子 燃 料 採 用 乾 式 貯 存 如 美 國 加 拿 大 瑞 典 西 班 牙 及 日 本 等 國 家 乾 式 貯 存 美 國 現 有 104 座 核 能 機 組, 已 有 55 座 乾 式 貯 存 設 施 營 運 中 109 110 111 各 國 乾 式 的 貯 存 乾 貯 設 施 安 全 標 準 乾 貯 設 施 密 西 根 州 的 帕 利 塞 德 (Palisades) 核 電 廠 亞 利 桑 那 州 的 巴 洛 維 德 (Palo Verde) 核 電 廠 麻 薩 諸 塞 州 的 洋 基 羅 威 (Yankee Rowe) 核 電 廠 康 涅 迪 格 州 的 洋 基 (Yankee) 核 電 廠 貯 存 護 箱 貯 存 護 箱 可 耐 用 50 年 密 封 鋼 筒 可 完 全 包 封 放 射 性 物 質 不 可 發 生 自 發 性 連 鎖 反 應 具 輻 射 屏 蔽 在 意 外 事 故 下, 仍 可 確 保 用 過 核 子 燃 料 的 完 整 性 用 過 核 子 燃 料 可 安 全 再 取 出 貯 存 設 施 混 凝 土 結 構 體 應 具 備 屏 蔽 功 能 ㄧ 般 民 眾 年 等 效 劑 量 為 1mSv, 貯 存 設 施 對 廠 界 民 眾 年 等 效 劑 量 0.05 msv ( 一 般 民 眾 的 1/20) 確 認 貯 存 設 施 可 耐 用 50 年 核 一 廠 用 過 核 子 燃 料 乾 式 貯 存 場 址 現 況 核 一 廠 用 過 核 子 燃 料 乾 式 貯 存 設 施 竣 工 模 型 112 113 114
執 行 密 封 鋼 筒 製 程 品 保 檢 查 執 行 用 過 核 子 燃 料 完 整 性 檢 驗 作 業 檢 查 其 他 核 子 燃 料 乾 貯 護 箱 型 式 混 凝 土 窖 (Concrete Vault) 混 凝 土 模 組 (Concrete Module) 金 屬 護 箱 (Metal Cask) 混 凝 土 護 箱 (Concrete Cask) 115 116 117 1. 混 凝 土 窖 : 金 屬 密 封 容 器 盛 裝 用 過 燃 料, 置 放 於 混 凝 土 庫 房 內 之 地 窖 2. 金 屬 貯 存 護 箱 : 金 屬 密 封 容 器 盛 及 屏 蔽 材 料 均 為 金 屬 材 料 ( 不 銹 鋼 碳 鋼 ),, 成 本 較 高, 但 可 兼 用 於 運 送 護 箱 3. 混 凝 土 模 組 : 金 屬 密 封 容 器 盛 裝 用 過 燃 料 後 水 平 置 放 於 混 凝 土 模 組, 共 用 混 凝 土 屏 蔽 節 省 空 間, 但 操 作 較 不 方 便 當 4. 混 凝 土 護 箱 : 金 屬 密 封 容 器 盛 裝 用 過 燃 料 後, 置 入 混 凝 土 護 箱, 具 有 操 作 方 便 特 性, 為 目 前 國 際 間 普 遍 採 行 及 核 一 廠 使 用 118 的 型 式 低 階 放 射 性 廢 料 119 120
放 射 性 廢 料 來 源 低 階 放 射 性 廢 料 可 粗 分 為 溼 性 廢 料 與 乾 性 廢 料, 溼 性 廢 料 主 要 包 括 廢 樹 脂, 廢 液 濃 縮 液, 及 淨 化 水 系 統 所 產 生 的 過 濾 殘 渣 乾 性 廢 料 包 括 污 染 泥 土 保 溫 材 爐 灰 水 泥 塊 及 廢 金 屬 等, 乾 性 廢 料 又 大 致 可 以 分 為 可 燃 性 廢 料 及 非 燃 性 廢 料 兩 類 121 低 階 放 射 性 廢 料 的 來 源 包 括 : 核 能 電 廠 在 維 護 除 污 作 業 或 運 轉 過 程 中 所 產 生 受 放 射 性 物 質 污 染 的 廢 樹 脂 濃 縮 液 衣 物 手 套 工 具 及 廢 棄 的 零 組 件, 設 備, 或 是 淨 化 水 系 統 所 產 生 的 殘 渣 核 能 電 廠 運 轉 壽 命 終 了 時, 各 項 廢 棄 核 設 施 拆 除 過 程 中, 所 產 生 之 廢 棄 物 醫 療 院 所 農 業 工 業 及 學 術 研 究 單 位 使 用 放 射 性 同 位 素 過 程 中, 所 產 生 的 廢 棄 物 與 使 用 過 但 仍 具 相 當 輻 射 強 度 之 輻 射 源 在 台 灣, 約 有 5~10% 的 低 階 放 射 性 廢 料 並 非 來 自 核 能 電 廠 依 照 英 國 的 經 驗 顯 示, 放 射 性 廢 料 的 產 生 量 ( 約 估 1%) ) 遠 低 於 其 他 工 業 設 施 所 產 生 之 有 毒 廢 棄 物 ( 約 佔 99%); 其 中 高 階 放 射 性 廢 料 的 產 生 量 只 佔 全 部 放 射 性 廢 料 總 量 的 4% 放 射 性 廢 料 的 產 量 較 少, 且 其 所 釋 出 的 輻 射 較 易 監 測, 再 加 上 其 危 害 的 程 度 會 隨 時 間 衰 減 的 特 性, 因 此 放 射 性 廢 物 的 處 理 與 管 制, 較 其 他 有 害 廢 物 為 容 易 122 123 用 過 但 仍 具 相 當 輻 射 強 度 之 輻 射 源 核 能 電 廠 利 用 高 溫 高 壓 的 水, 自 爐 心 移 出 核 分 裂 所 產 生 的 熱 能 在 高 溫 的 狀 況 下, 水 會 對 構 成 反 應 器 系 統 的 金 屬 材 料 產 生 侵 蝕 與 腐 蝕 的 作 用 自 金 屬 材 料 釋 出 之 腐 蝕 產 物, 隨 著 冷 卻 水 進 入 反 應 器 的 爐 心 腐 蝕 產 物 有 可 能 與 爐 心 內 的 中 子 碰 撞, 吸 收 中 子, 成 為 放 射 性 物 質, 這 些 放 射 性 物 質 又 被 稱 為 活 化 產 物 為 維 持 良 好 水 質, 放 射 性 腐 蝕 產 物 必 須 利 用 淨 化 系 統 予 以 移 除 淨 化 系 統 所 過 濾 出 的 殘 渣, 所 使 用 的 樹 脂, 放 射 性 腐 蝕 產 物 在 隨 著 冷 卻 水 在 反 應 器 系 統 內 移 動 的 過 程 中, 有 可 能 沈 積 於 設 備 或 零 組 件 的 表 面, 造 成 設 備 或 零 組 件 的 污 染 這 些 沈 積 於 設 備 或 零 組 件 表 面 的 放 射 性 腐 蝕 產 物 亦 會 污 染 電 廠 維 修 人 員 的 衣 物 手 套 及 工 具 電 廠 廢 棄 的 零 組 件, 受 污 染 的 衣 物 手 套 工 具 等 即 成 為 乾 性 低 階 放 射 性 廢 料 反 應 器 在 運 轉 過 程 中, 反 應 器 冷 卻 水 經 爐 心 照 射 後 形 成 活 化 氣 體, 即 成 為 氣 體 廢 料 另 外, 低 階 放 射 性 廢 料 焚 化 或 熔 融 處 理 時 亦 會 產 生 氣 態 之 放 射 性 廢 料 及 用 來 清 洗 淨 化 系 統 的 廢 水 即 成 為 溼 性 低 階 放 射 性 廢 料 124 125 除 了 活 化 之 放 射 性 腐 蝕 產 物 會 造 成 污 染 外, 另 一 類 會 造 成 污 染 的 放 射 性 物 質 是 自 護 套 破 裂 之 燃 料 棒 釋 出 之 分 裂 產 物 核 能 電 廠 使 用 過 的 燃 料 中, 尚 有 許 多 可 以 用 來 發 電 的 鈾 - 235 及 鈽 -239 為 了 利 用 這 些 物 質, 須 利 用 化 工 程 序 將 鈾 - 235 及 鈽 -239 與 無 用 的 分 裂 產 物 分 離, 這 就 是 所 謂 的 核 燃 料 再 處 理 燃 料 再 處 理 過 程 中 會 產 生 具 高 輻 射 強 度 的 廢 棄 物, 即 所 謂 的 高 階 放 射 性 廢 料 由 於 我 國 並 無 核 燃 料 再 處 理 設 施 亦 沒 有 委 託 國 外 進 行 核 燃 料 再 處 理, 因 此 國 內 並 沒 有 高 階 放 射 性 廢 料 我 國 目 前 雖 然 決 定 暫 時 不 處 理 使 用 過 的 核 燃 料 但 使 用 過 的 核 燃 料 中 具 有 相 當 高 的 輻 射, 必 須 妥 善 處 理 嚴 格 說 起 來, 使 用 過 的 核 燃 料 中 尚 有 許 多 可 用 的 物 質, 所 以 並 不 是 廢 物 126
放 射 廢 料 的 處 理 高 階 放 射 廢 料 的 處 理 低 階 放 射 廢 料 的 處 理 低 階 放 射 廢 料 的 處 理 為 了 防 止 低 階 放 射 性 廢 料 中 的 放 射 性 核 種 污 染 環 境 及 對 生 物 造 成 傷 害, 處 理 低 階 放 射 性 廢 料 時, 需 將 放 射 性 廢 料 轉 變 為 較 穩 定 的 形 態, 在 經 過 適 當 的 包 裝 後, 使 其 所 含 的 放 射 性 核 種, 無 法 自 廢 料 中 釋 出 ; 再 將 包 裝 處 理 後 的 放 射 性 廢 料 送 往 最 終 處 置 場 堆 存 最 終 處 置 場 可 藉 多 重 障 礙 之 設 計 來 阻 滯 自 放 射 性 廢 料 釋 出 放 射 性 核 種 進 一 步 釋 放 到 外 界 環 境 中, 確 保 長 期 置 放 的 過 程 中, 不 致 對 環 境 品 質 與 人 類 生 活 安 全 造 成 不 良 的 影 響 低 階 放 射 性 廢 料 的 處 理 流 程 包 括.. 1. 廢 料 體 積 的 縮 小 ( 減 容 ) 2. 廢 料 的 固 化 3. 廢 料 的 運 輸 4. 廢 料 的 最 終 處 置 127 128 129 廢 料 體 積 的 縮 小 ( 減 容 ) 氣 體 放 射 性 廢 料 的 減 容 液 態 放 射 性 廢 料 的 減 容 固 態 放 射 性 廢 料 的 減 容 氣 體 放 射 性 廢 料 的 減 容 核 能 電 廠 氣 體 放 射 性 廢 料 的 處 理 流 程 如 圖 二 所 示 氣 體 放 射 性 廢 料 射 性 核 種 會 累 積 在 前 過 濾 器 活 性 碳 床 及 後 過 濾 器 中, 這 些 組 件 內 所 使 用 的 材 料 會 被 污 染, 成 為 固 體 低 階 放 射 性 廢 料 圖 中 滯 留 管 的 功 能 為 延 長 氣 體 通 過 的 時 間, 使 氣 體 內 短 半 衰 期 的 核 種 有 機 會 衰 變 液 態 放 射 性 廢 料 的 減 容 核 能 電 廠 低 濃 度 的 液 態 放 射 性 廢 料 的 處 理 流 程 如 圖 所 示 其 處 理 的 方 式 均 為 經 過 層 層 的 過 濾, 或 利 用 離 子 交 換 的 技 術, 將 放 射 性 核 種 自 液 態 放 射 性 廢 料 中 分 離, 使 放 射 性 核 種 的 濃 度 到 達 可 排 放 的 標 準, 或 者 將 處 理 過 的 液 態 物 質 回 收 利 用 處 理 過 程 中, 亦 會 產 生 固 體 低 階 放 射 性 廢 料 130 131 132
固 態 放 射 性 廢 料 的 減 容 核 能 電 廠 固 態 放 射 性 廢 料 的 處 理 流 程 如 圖 六 所 示 可 燃 性 廢 料 採 用 焚 化 方 式 處 理, 廢 料 的 體 積 可 以 減 少 20 至 25 倍 對 非 燃 性 放 射 性 廢 料 除 了 採 用 壓 縮 方 式 來 減 少 其 體 積, 將 來 亦 可 增 設 電 漿 焚 化 熔 融 設 施 來 處 理 採 用 電 槳 焚 化 熔 融 爐 處 理, 可 將 廢 料 體 積 減 少 2 倍 到 10 倍, 熔 融 所 得 的 熔 岩 抗 壓 強 度 大 於 每 平 方 公 分 1,000 公 斤 133 134 135 放 射 性 廢 料 的 固 化 及 裝 桶 為 防 止 放 射 性 廢 料 中 的 放 射 性 核 種 自 廢 料 外 釋, 放 射 性 廢 料 必 須 固 化, 即 將 放 射 性 廢 料 與 較 穩 定 的 物 質 混 合 成 為 固 體, 再 經 過 適 當 的 包 裝, 以 方 便 放 射 性 廢 料 的 運 輸 與 貯 存 目 前 國 內 核 能 電 廠 所 產 生 的 硫 酸 鈉 濃 縮 液 及 粉 狀 樹 脂 與 過 濾 殘 渣 採 用 水 泥 固 化 方 法 處 理 水 泥 固 化 依 攪 拌 方 式 可 分 為 55 加 侖 鍍 鋅 鋼 桶 內 拌 合 及 桶 外 攪 拌 後 再 裝 入 桶 內 兩 種 方 式 不 管 採 用 那 一 種 固 化 方 式, 粉 狀 樹 脂 與 過 濾 殘 渣 固 化 前, 須 經 離 心 機 脫 水 核 一 廠 採 用 55 加 侖 桶 內 拌 合 固 化 方 式, 係 將 經 離 心 機 脫 水 後 之 粉 狀 樹 脂 與 過 濾 殘 渣 或 濃 縮 廢 液 裝 入 55 加 侖 鍍 鋅 鋼 桶 內 後, 再 注 加 凝 結 水 及 水 泥, 在 桶 內 直 接 拌 合 核 二 廠 採 用 桶 外 拌 合 固 化 方 式, 係 將 經 脫 水 後 之 粉 狀 樹 脂 與 過 濾 殘 渣 或 濃 縮 廢 液 在 混 合 進 料 攪 拌 裝 置 內 與 水 泥 混 合 均 勻 後, 再 裝 入 55 加 侖 桶 內 目 前 核 三 廠 固 化 系 統 與 核 二 廠 類 似, 由 於 含 有 硼, 需 添 加 石 灰 方 可 獲 得 好 品 質 之 固 化 廢 料 體 136 137 138
高 減 容 固 化 系 統 民 國 67~94.6 臺 灣 小 產 源 放 射 性 廢 棄 物 產 生 機 構 分 布 人 經 由 水 中 大 氣 以 及 陸 上 途 徑 受 曝 露 的 途 徑 139 140 141 低 階 放 射 性 廢 料 的 運 輸 國 內 低 放 射 性 廢 料 運 輸 主 要 是 將 各 核 設 施 所 產 生 的 固 化 廢 料 桶 運 送 至 蘭 嶼 貯 存 場 貯 存 暫 存 運 輸 方 式 包 括 陸 運 與 海 運 兩 種 陸 運 係 將 符 合 主 管 機 關 規 定 的 固 化 廢 料 桶 裝 載 於 特 種 貨 櫃 中, 以 拖 板 車 運 至 台 電 公 司 專 屬 碼 頭 裝 船 海 運 係 由 專 用 船 舶 將 固 化 廢 料 桶 運 至 國 家 低 放 射 性 廢 料 蘭 嶼 貯 存 場 貯 存 特 種 貨 櫃 長 4.68 公 尺 寬 3.28 公 尺 高 2.12 公 尺 牆 版 及 蓋 厚 為 3.8 公 分, 底 板 厚 2.5 公 分, 每 一 特 種 貨 櫃 可 裝 48 個 廢 料 桶, 分 為 上 下 兩 層 底 板 與 中 間 隔 板 均 焊 有 錐 形 墩 以 固 定 鋼 桶, 並 黏 貼 高 彈 性 橡 膠 以 免 鋼 桶 於 運 送 過 程 中 受 碰 撞 而 變 形 脫 漆 海 運 係 利 用 台 電 公 司 低 放 射 性 廢 料 運 送 專 用 船 舶 電 光 一 號 輪, 該 輪 全 長 53 公 尺, 載 重 650 公 噸, 可 裝 載 特 種 貨 櫃 12 只, 一 航 次 最 多 可 運 送 廢 料 576 桶 船 身 採 雙 層 船 殼 並 有 輻 射 屏 蔽 設 計, 通 訊 採 多 重 系 統, 另 裝 有 衛 星 導 航, 完 全 符 合 航 政 與 原 子 能 主 管 機 關 之 規 定 142 143 144
低 階 放 射 性 廢 料 的 最 終 處 置 選 擇 最 終 處 置 場 時 最 重 要 的 考 慮 是 如 何 避 免 或 減 少 因 地 下 水 等 媒 介 將 放 射 性 核 種 遷 移 至 人 類 生 活 圈 最 終 處 置 場 可 藉 多 重 障 壁 之 設 計 來 阻 滯 放 射 性 核 種 的 遷 移, 確 保 長 期 置 放 的 過 程 中, 不 致 對 環 境 品 質 與 人 類 生 活 安 全 造 成 不 良 之 影 響 目 前 美 國 法 國 日 本 西 班 牙 瑞 典 德 國 英 國 芬 蘭 南 非 等 國 皆 採 用 此 種 方 式 處 置 低 放 射 性 廢 料, 且 順 利 運 轉 中 所 謂 多 重 障 壁 包 括 放 射 性 廢 料 固 化 體 鋼 製 容 器 水 泥 砂 漿 緩 衝 材 料 鋼 筋 混 凝 土 回 填 材 料 覆 土 排 水 設 施 及 植 被 等, 其 中 緩 衝 材 料 採 用 具 低 滲 水 性 與 高 吸 附 性 材 料, 其 作 用 有 二, 一 是 利 用 其 低 滲 水 性, 使 外 部 滲 水 不 易 入 侵 到 廢 料 固 化 體, 另 一 是 即 使 外 部 滲 水 入 侵 到 廢 料 固 化 體, 所 釋 出 的 放 射 性 核 種 可 利 用 其 高 吸 附 特 性 加 以 吸 附, 使 核 種 不 易 遷 移 至 地 下 水 等 媒 介 日 本 採 用 俗 稱 膨 潤 土 之 黏 土 作 為 緩 衝 材 料, 台 北 捷 運 工 程 亦 採 用 此 類 黏 土 來 止 水, 效 果 相 當 不 錯 一 旦 處 置 場 啟 用 後, 地 區 環 境 之 空 氣 地 表 水 地 下 水 土 壤 動 植 物 與 水 中 生 物 等 均 需 定 期 取 樣 分 析 作 成 紀 錄, 並 呈 報 主 管 機 關 在 人 員 劑 量 方 面, 需 有 一 套 完 整 的 劑 量 偵 測 計 畫, 各 項 作 業 均 須 在 嚴 密 管 制 下 進 行 廢 料 處 置 場 的 選 擇 依 照 目 前 台 灣 電 力 公 司 之 規 劃, 只 要 一 平 方 公 里 左 右 的 處 理 場 面 積, 即 可 容 納 我 國 現 階 段 與 未 來 所 產 生 的 低 階 廢 料 我 國 原 子 能 委 員 會 放 射 性 物 料 管 理 局 為 放 射 性 廢 料 主 管 機 關, 訂 有 低 放 射 性 廢 料 陸 地 最 終 處 置 管 制 規 範, 規 範 中 明 訂 低 放 射 性 廢 料 陸 地 最 終 處 置 場 場 址 選 擇 之 條 件, 選 擇 的 條 件 包 括 場 址 應 位 於 低 人 口 密 度 及 低 開 發 潛 力 之 地 區 : 145 146 147 場 址 應 避 免 位 於 地 質 構 造 作 用 足 以 影 響 處 置 設 施 安 全 之 地 區 場 址 應 避 免 位 於 地 表 地 質 作 用 足 以 影 響 處 置 設 施 安 全 之 地 區 場 址 應 避 免 位 於 地 表 水 文 條 件 可 能 危 及 處 置 設 施 之 地 區 場 址 應 避 免 位 於 地 下 水 文 條 件 可 能 危 及 處 置 設 施 之 地 區 場 址 應 避 免 位 於 已 知 地 質 或 水 文 條 件 複 雜, 無 法 確 實 評 估 之 地 區 場 址 應 避 免 位 於 有 已 知 重 要 天 然 資 源 及 其 相 關 之 地 區 場 址 應 避 免 位 於 已 知 之 生 態 保 護 區 場 址 應 避 免 位 於 已 知 之 史 蹟 保 存 區 低 放 射 性 廢 料 最 終 處 置 之 最 高 目 標, 係 將 低 放 射 性 廢 料 永 久 隔 離 於 人 類 生 活 環 境, 為 確 保 人 類 生 活 安 全 與 環 境 品 質 及 處 置 場 設 施 安 全 與 隔 離 功 能, 有 必 要 訂 定 處 置 場 場 址 選 擇 之 條 件 廢 料 處 置 場 實 例 美 國 邦 威 爾 (Barnwell) 低 放 射 性 廢 料 最 終 處 置 場 日 本 六 個 所 村 低 放 射 性 廢 料 最 終 處 置 場 法 國 Centre del'aube 低 放 射 性 廢 料 最 終 處 置 場 148 149 150
美 國 邦 威 爾 (Barnwell) 低 放 射 性 廢 料 最 終 處 置 場 美 國 邦 威 爾 低 放 射 性 廢 料 最 終 處 置 場 位 於 南 卡 羅 萊 州 哥 倫 比 亞 市 近 郊,1971, 年 開 始 運 轉, 係 以 淺 地 掩 埋 方 式 進 行 處 置 處 置 溝 制 式 規 格 為 1,000 呎 長 100 呎 寬 22 呎 深 ( 約 305 公 尺 長 30.5 公 尺 寬 6.7 公 尺 深 ) 處 置 溝 開 挖 完 成 後, 再 將 溝 內 土 壤 表 層 約 3 呎 厚 之 砂 層 挖 除, 並 代 之 以 黏 土 類 材 質 處 置 溝 之 地 面 設 計 成 向 其 中 一 端 斜 1 度, 並 設 置 有 集 水 井, 以 便 收 集 並 量 測 水 分 151 日 本 六 個 所 村 低 放 射 性 廢 料 最 終 處 置 場 日 本 六 個 所 村 低 放 射 性 廢 料 最 終 處 置 場 位 於 日 本 青 森 縣 上 北 郡 六 個 所 村, 該 處 置 場 於 1990 年 開 始 興 建,1992, 年 完 成 並 開 始 運 轉 第 一 階 段 容 量 為 40,000 立 方 公 尺 ( 約 為 200,000 桶 ) 處 置 設 施 規 劃 為 40 個 處 置 坑 (pit),, 每 一 個 處 置 坑 為 24 公 尺 長 24 公 尺 寬 6 公 尺 深, 劃 分 為 16 個 處 置 槽, 每 一 個 處 置 槽 分 為 8 層, 每 層 8 列 5 行, 可 容 納 320 桶 廢 料 桶 ( 每 桶 55 加 侖 ),, 每 一 處 置 坑 可 容 納 5,120 桶 目 前 每 年 約 接 收 20,000 桶, 預 估 2012 年 告 一 段 落 152 法 國 Centre del'aube 低 放 射 性 廢 料 最 終 處 置 場 法 國 Centre delaube 低 放 射 性 廢 料 最 終 處 置 場 位 於 巴 黎 東 方 約 200 公 里 之 一 片 森 林 中, 處 置 場 的 高 度 為 海 拔 160 公 尺, 其 周 圍 20 公 里 半 徑 內 有 天 然 泉 水 庫 及 古 蹟 等 處 置 場 地 質 結 構 優 良, 由 一 層 透 水 砂 層 覆 蓋 在 不 透 水 黏 土 層 之 上, 再 加 上 處 置 場 之 自 然 斜 波, 使 得 滲 透 水 流 向 唯 一 出 口 Noues damance 小 溪 該 處 置 場 從 1981 年 開 始 計 劃 執 行 到 1992 年 正 式 啟 用 約 花 了 11 年, 共 投 資 50 億 新 台 幣 處 置 場 擁 有 100 萬 立 方 公 尺 容 量, 處 置 方 式 為 地 上 混 凝 土 處 置 窖, 處 置 區 採 模 組 式, 每 一 模 組 約 為 2,200 立 方 公 尺 容 量, 廢 料 桶 可 疊 5 層, 每 一 層 疊 滿 後 灌 以 水 泥 漿, 固 定 後 再 疊 第 二 層 當 模 組 運 作 時, 上 面 有 活 動 式 的 遮 雨 蓬 以 防 雨 水, 當 5 層 疊 滿 後, 該 模 組 即 以 水 泥 漿 封 閉, 外 面 塗 上 防 水 漆 柏 油 砂 黏 土 及 最 外 層 覆 蓋 6 公 尺 厚 之 表 面 土 壤, 上 面 種 植 花 草 與 矮 灌 木, 這 種 結 構 亦 為 多 重 障 壁 的 概 念 模 組 下 方 ( 地 下 ) 有 良 好 的 集 水 管 路 設 施 與 維 護 用 通 道, 可 收 集 微 量 滲 透 過 模 組 之 雨 水, 並 加 以 偵 測 分 析 處 理 與 排 放 另 外, 有 一 座 30,000 立 方 公 尺 防 洪 池, 配 以 每 天 50 立 方 公 尺 之 生 物 處 理 法 來 調 節 排 水 量 與 消 防 用 水 153 核 能 發 電 廠 事 故 應 變 措 施 154 第 一 類 緊 急 事 故 異 常 事 件 (unusual event) 依 據 原 子 能 委 員 會 核 能 安 全 法 規 要 求 而 制 訂 的 電 廠 運 轉 規 範 中, 嚴 格 的 規 定 了 電 廠 各 系 統 的 運 轉 條 件, 當 電 廠 發 生 超 越 運 轉 規 範 限 制 且 離 事 故 尚 遠 時, 稱 為 異 常 事 件 第 一 類 的 事 故 屬 於 輕 微 異 常 事 件, 因 此 並 不 需 要 任 何 緊 急 處 理, 但 是 仍 然 須 要 在 兩 個 小 時 內, 依 循 正 常 組 織 體 系 向 上 呈 報 給 台 電 總 公 司, 和 通 報 給 主 管 機 關 原 子 能 委 員 會 曉 得 155 第 二 類 緊 急 事 故 緊 急 戒 備 (alert) 如 果 核 能 電 廠 所 發 生 的 異 常 事 件, 嚴 重 違 反 運 轉 規 範 限 制, 且 反 應 器 的 狀 況 遂 漸 惡 化 時, 電 廠 立 即 宣 佈 發 生 了 第 二 類 緊 急 事 故 ( 緊 急 戒 備 ), 核 能 電 廠 內 的 緊 急 應 變 組 織 全 部 動 員 不 論 有 無 放 射 性 物 質 外 釋 到 廠 外 (A( 級 ), 核 能 電 廠 必 須 在 一 小 時 內, 經 由 台 電 總 管 理 處 之 緊 急 計 劃 執 行 委 員 會 ( 簡 稱 緊 執 會 ) 緊 執 會 通 知 原 能 會, 緊 執 會 所 屬 四 個 技 術 工 作 組 立 即 動 員 如 果 有 異 常 的 放 射 性 物 質 外 釋 到 廠 外 (B( 級 ), 核 能 電 廠 必 須 立 即 通 知 台 電 總 管 理 處 緊 執 會 全 體 動 員, 成 立 緊 急 指 揮 中 心, 以 協 助 值 班 運 轉 員 處 理 事 故, 並 轉 報 原 能 會 知 悉, 遂 步 動 員 廠 外 組 織, 投 入 救 災 行 列 第 二 類 緊 急 事 故 的 判 定 是 依 照 既 定 的 運 轉 規 範, 只 要 核 能 電 廠 的 機 組 狀 況 合 乎 既 定 的 條 件, 運 轉 人 員 就 必 須 宣 佈 進 入 第 156 二 類 緊 急 事 故
第 三 類 緊 急 事 故 廠 區 緊 急 事 故 (site area emergency) 核 能 電 廠 發 生 重 大 事 故, 造 成 電 廠 系 統 功 能 嚴 重 損 壞, 影 響 到 安 全 時, 是 為 第 三 類 緊 急 事 故 第 三 類 緊 急 事 故 依 放 射 性 物 質 外 釋 的 情 形 區 分 為 A B C 三 級 若 是 沒 有 放 射 性 物 質 外 釋 到 廠 外 (A( 級 ), 台 電 公 司 緊 執 會 全 體 動 員, 成 立 緊 急 指 揮 中 心 原 能 會 通 知 近 廠 指 揮 協 調 中 心 ( 簡 稱 近 指 中 心 ), 準 備 應 變 有 異 常 放 射 性 物 質 外 釋 時, 原 能 會 通 知 近 指 中 心 動 員 若 廠 界 最 大 個 人 全 身 劑 量 小 ( 等 ) 於 0.5 毫 西 弗 / 小 時 (B( 級 ), 原 能 會 通 知 全 委 會 各 委 員, 準 備 應 變 若 廠 界 最 大 個 人 全 身 劑 量 大 於 0.5 毫 西 弗 / 小 時 X (C 級 ), 原 能 會 通 知 全 委 會 各 委 員 集 中 辦 公 第 四 類 緊 急 事 故 全 面 緊 急 事 故 (general emergency) 若 是 核 能 電 廠 萬 一 發 生 了 爐 心 熔 毀 事 件 或 爐 心 即 將 熔 化, 且 圍 阻 體 已 經 ( 或 者 有 可 能 ) 喪 失 功 能, 無 法 有 效 防 止 放 射 性 物 質 外 釋 到 廠 外 環 境 那 麼 電 廠 進 入 全 面 緊 急 事 故 狀 態 此 時 全 委 會 各 廠 外 緊 急 組 織 全 體 動 員 起 來, 且 全 委 會 全 體 委 員 必 須 趕 赴 設 在 台 電 總 公 司 的 遠 距 指 揮 中 心 坐 鎮, 指 揮 所 有 緊 急 組 織 參 與 核 能 災 變 救 災 工 作, 全 委 會 依 據 近 指 中 心 和 台 電 緊 執 會 所 提 事 故 狀 況, 以 及 輻 射 防 護 建 議, 決 定 民 眾 進 行 掩 蔽 或 疏 散 之 輻 射 防 護 行 動 之 時 機 與 範 圍 第 四 類 事 故 分 為 兩 級,A, 級 為 自 第 三 類 B C 級 事 故 惡 化 演 變 而 成 者,B, 級 是 指 突 發 性 之 全 面 緊 急 事 故 核 能 發 電 廠 事 故 應 變 措 施 157 158 159 核 子 事 故 緊 急 時 期 在 核 子 事 故 的 緊 急 時 期, 當 有 異 常 之 放 射 性 物 質 外 釋 或 很 有 可 能 發 生 外 釋 時, 主 管 機 關 會 立 即 依 據 核 能 電 廠 附 近 民 眾 所 可 能 承 受 到 的 個 人 輻 射 劑 量, 建 議 民 眾 迅 速 採 取 有 效 的 掩 蔽 疏 散 或 服 用 碘 化 鉀 藥 劑 等 防 護 行 動 160 核 子 事 故 緊 急 時 期 之 民 眾 防 護 準 則 預 估 之 輻 射 劑 量 全 身 甲 狀 腺 防 護 行 動 0.005~0.05 西 弗 0.05~0.1 西 弗 0.05~0.5 西 弗 0.5~1 西 弗 超 過 0.1 西 弗 超 過 1 西 弗 地 區 出 入 管 制 預 估 甲 狀 腺 劑 量 大 於 0.25 西 弗, 建 議 服 用 碘 化 鉀 藥 狀 民 眾 應 停 留 於 屋 內 掩 藏, 並 關 上 門 窗, 及 通 風 系 統, 同 時 意 溼 手 帕 或 毛 巾 遮 住 口 鼻 做 呼 吸 防 護 兒 童 孕 婦 應 躲 藏 在 防 護 效 果 較 佳 的 鋼 筋 水 泥 建 築 內 掩 蔽 或 遵 從 指 示 疏 散, 成 人 應 停 留 屋 內 掩 蔽 並 關 上 門 窗, 做 呼 吸 防 護 預 服 碘 化 鉀 藥 劑 地 區 出 入 管 制 民 眾 應 遵 從 指 示 疏 散 預 服 碘 化 鉀 藥 劑 地 區 出 入 管 制 161 核 子 事 故 中 期 在 核 子 事 故 的 中 期, 隨 著 核 能 電 廠 外 釋 放 射 性 物 質 的 持 續 在 地 面 累 積, 環 境 中 的 食 物 以 及 水 源 可 能 會 受 到 放 射 性 物 質 的 污 染 ; 食 物 受 污 染 的 程 度 通 常 可 以 由 環 境 輻 射 監 測 的 數 據 得 知, 一 旦 數 值 超 出 安 全 範 圍, 就 必 須 加 以 管 制 以 避 免 放 射 性 物 質 隨 著 食 物 被 攝 入 體 內, 造 成 體 內 曝 露 如 果 偵 測 到 的 環 境 輻 射 偏 高, 也 應 該 考 慮 將 民 眾 自 污 染 地 區 暫 時 撤 離 以 降 低 輻 射 傷 害, 直 到 污 染 被 清 除 完 畢 後, 再 讓 他 們 返 回 住 處 162
核 子 事 故 之 中 期 民 眾 防 護 行 動 準 則, 每 年 預 估 劑 量 大 過 0.5 西 弗 時, 必 須 強 制 民 眾 移 居 他 處 如 果 牛 奶 含 放 射 性 碘 - 131 濃 度 大 於 每 公 升 222 貝 克 時, 不 可 飲 用 ; 飲 水 中 碘 -131 濃 度 大 於 每 公 升 111 貝 克 時, 也 不 可 飲 用 ; 葉 菜 類 含 放 射 性 碘 -131 濃 度 大 於 每 公 克 7.4 貝 克 時, 也 不 得 食 用 防 護 行 動 管 制 標 準 暫 時 移 居 事 故 後 第 一 年 預 估 年 劑 量 在 0.05~ 0.5 西 弗, 應 考 慮 暫 時 移 居 ; 大 於 0.5 西 弗, 則 必 須 暫 時 移 居 食 物 管 制 牛 奶 含 碘 131 濃 度 222 貝 克 / 公 升, 不 得 飲 用 葉 菜 含 碘 131 濃 度 7.4 貝 克 / 公 克, 不 得 食 用 飲 水 含 碘 131 濃 度 111 貝 克 / 公 升, 不 得 飲 用 核 子 事 故 復 原 期 在 復 原 期 間, 主 管 機 關 必 須 決 定, 何 時 可 允 許 受 到 核 子 事 故 影 響 之 地 區 的 民 眾 可 以 恢 復 常 態 的 生 活 決 策 的 形 成 通 常 必 須 考 慮 受 影 響 地 區 的 活 動 性 質 已 疏 散 或 暫 時 移 居 人 口 的 多 寡 除 污 成 效 以 及 民 眾 對 返 回 家 鄉 的 意 願 等 等 由 於 復 原 工 作 所 包 含 的 項 目 非 常 繁 多 浩 大, 是 一 項 相 當 複 雜 的 決 策, 一 般 採 用 最 適 化 的 程 序 來 決 定 是 否 要 繼 續 施 行 既 有 的 防 護 行 動, 甚 至 採 取 更 進 一 步 的 防 護 行 動 163 164 165 166 167 168
福 島 核 災 的 探 討 169 170 171 172 173 174
福 島 核 災 事 件 簡 述 3/11 14:46 發 生 地 震, 機 組 自 動 停 機 正 常 電 源 喪 失, 備 用 柴 油 發 電 機 於 1 小 時 後 亦 故 障 3/12 15:36 1 號 機 廠 房 發 生 爆 炸 ( 事 後 證 實 為 一 次 圍 阻 體 外 之 廠 房 ) 3/14 11:01 3 號 機 廠 房 發 生 爆 炸 3/15 06:14 2 號 機 發 生 氫 爆, 抑 壓 池 ( 屬 一 次 圍 阻 體 ) 可 能 受 損 與 注 水 作 業 無 關 人 員 撤 離 ( 東 電 公 告 ) 3/16 05:45 4 號 機 發 生 火 災 3/25 08:00 NISA 公 告 :3/24: 下 午 遭 過 量 暴 露 下 包 商 之 作 業 現 場, 經 量 測 發 現 積 水 表 面 劑 量 率 達 400mSv/h 3/25~3/27 南 北 出 水 口 附 近 (1~4( 號 機 出 水 口 南 側 約 330m 08:30 處 ) 海 水 取 樣 結 果 超 出 規 範 限 175 176 177 反 應 爐 狀 況 21] 1 號 機 2 號 機 3 號 機 4 號 機 5 號 機 6 號 機 1 至 5 號 機 使 用 的 典 型 沸 水 反 應 爐 馬 克 1 號 截 面 圖 橘 色 曲 線 勾 勒 出 主 要 圍 阻 體 輪 廓, 1: 爐 芯 包 含 燃 料 棒 與 反 應 控 制 棒 39,2: 混 凝 土 屏 蔽 塞, 可 開 啟 更 換 燃 料 5: 用 過 燃 料 池,8: 壓 力 槽,10: 混 凝 土 屏 蔽 牆,11: 乾 井,18: 水 ( 濕 井 ),19: 圍 阻 體,20: 底 部 基 座,21: 反 應 爐 外 建 築 物, 22: 燃 料 更 換 平 台,24: 抑 壓 室,25: 排 氣 口,26: 起 重 機, 用 來 搬 運 燃 料 棒 及 替 換 組 件,27 用 過 燃 料,28: 冷 凝 液 管,29: 冷 水 管, 來 自 渦 輪 發 電 機 組,30: 蒸 氣 管, 往 渦 輪 發 電 機 組,31: 反 應 控 制 棒 驅 動, 可 調 整 反 應 控 制 棒 插 入 深 度 以 調 節 反 應,39: 反 應 控 制 棒 抑 壓 室 在 底 部 基 座 周 圍 形 成 一 個 環 形 槽 178 反 應 爐 狀 況 21] 1 號 機 2 號 機 3 號 機 4 號 機 5 號 機 6 號 機 輸 出 功 率 ( 兆 瓦 ) 460 784 784 784 784 1100 反 應 爐 類 型 BWR-3 BWR-4 BWR-4 BWR-4 BWR-4 BWR-5 地 震 時 狀 態 爐 芯 燃 料 完 整 性 ( 裝 填 燃 料 數 ) 反 應 爐 壓 力 容 器 完 整 性 容 器 完 整 性 工 作 中 自 動 停 機 受 損 70%* (400 件 ) 工 作 中 自 動 停 機 受 損 30% * (54 8 件 ) 工 作 中 自 動 停 機 受 損 25% * (54 8 件 ) 定 期 檢 修 中 無 燃 料 ( 已 轉 送 用 過 燃 料 池 ) 定 期 檢 修 中 正 常 (54 8 件 ) 定 期 檢 修 中 正 常 (76 4 件 ) 未 知 未 知 未 知 安 全 安 全 安 全 安 全 ( 推 測 ) 應 該 受 損 安 全 ( 推 測 ) 安 全 安 全 安 全 179 核 心 冷 卻 系 統 2 (/MUWC) 無 需 交 流 電 源 的 冷 卻 系 統 ( 基 於 熱 交 換 的 冷 卻 ) 反 應 爐 廠 房 壓 力 容 器 水 位 壓 力 容 器 的 壓 力 / 溫 度 圍 阻 體 壓 力 無 法 工 作 嚴 重 受 損 ( 氫 氣 爆 炸 ) 燃 料 棒 露 出 ( 部 分 乃 至 全 部 ) 壓 力 : 逐 步 增 加 中 ; 溫 度 : 增 加 後 略 為 降 低 增 加 後 略 有 下 降 無 法 工 作 輕 微 受 損 燃 料 棒 露 出 ( 部 分 乃 至 全 部 ) 未 知 / 穩 定 無 法 工 作 嚴 重 受 損 ( 氫 氣 爆 炸 ) 燃 料 棒 露 出 ( 部 分 乃 至 全 部 ) 不 需 要 嚴 重 受 損 ( 氫 氣 爆 炸 ) 運 行 中 ( 冷 關 機 ) 開 洞 預 防 氫 氣 累 積 運 行 中 ( 冷 關 機 ) 開 洞 預 防 氫 氣 累 積 安 全 安 全 安 全 未 知 安 全 安 全 安 全 穩 定 穩 定 安 全 安 全 安 全 180
反 應 爐 狀 況 21] 1 號 機 2 號 機 3 號 機 4 號 機 5 號 機 6 號 機 向 燃 料 棒 注 水 進 行 中 ( 改 用 純 水 ) 向 圍 阻 體 注 水 ( 檢 查 中 ) 釋 放 壓 力 用 過 燃 料 儲 存 池 ( 儲 存 數 ) 用 過 燃 料 儲 存 池 冷 卻 系 統 中 央 控 制 室 居 留 操 作 性 暫 時 停 止 不 明 (292 件 ) 注 水 中 ( 純 水 ) 進 行 中 ( 改 用 純 水 ) 評 估 中 ( 使 用 海 水 ) 暫 時 停 止 不 明 (587 件 ) 注 水 中 ( 改 用 純 水 ) 進 行 中 ( 改 用 純 水 ) ( 檢 查 中 ) 暫 時 停 止 可 能 受 損 (514 件 ) 注 水 中 ( 改 用 純 水 ) 喪 失 交 流 電 源, 惡 化 ( 中 央 控 制 室 照 明 已 恢 復 ) 不 需 要 不 需 要 不 需 要 不 需 要 不 需 要 不 需 要 不 需 要 不 需 要 不 需 要 應 該 受 損 (1331 件 ) 注 水 中 ( 改 用 純 水 ), 3/15 發 生 氫 氣 爆 炸 喪 失 交 流 電 源, 惡 化 ( 中 央 控 制 室 照 明 已 恢 正 常 (946 體 ) 機 能 已 回 復 完 好 ( 推 測 ) 正 常 (876 體 ) 機 能 已 回 復 181 182 183 184 185 186
高 輻 射 汙 水 經 過 礫 石 層 洩 漏 的 路 徑 1: 反 應 爐 建 築 2: 渦 輪 機 建 築 3: 冷 水 進 水 口 187 188 189 190 191 192
193 194 195 核 電 廠 周 圍 輻 射 汙 染 區 域 圖 196 197 198
核 電 設 施 必 須 啟 用 臨 時 包 工 素 人 打 工 族 維 修 謀 殺 大 海 放 射 線 養 出 來 的 魚 能 吃 嗎? 核 電 廠 工 人 的 超 量 輻 射 曝 露 無 法 廢 爐 無 法 拆 除 作 者 / 平 井 憲 夫 譯 者 / 劉 黎 兒 / 陳 炯 霖 / 等 出 版 社 / 推 守 文 化 創 意 股 份 有 限 公 司 出 版 日 期 / 2011/06/01 199 200 商 品 語 言 / 中 文 / 繁 體 201 關 於 平 井 憲 夫 : 平 井 憲 夫 作 的 是 土 木 工 程 ( 建 設 技 術 ), 不 是 核 能 工 程 ( 核 電 運 作 技 術 ) 菜 鳥 工 人 沒 經 驗 電 廠 又 黑 又 熱 品 質 差? 核 電 廠 還 沒 開 始 運 轉, 哪 來 的 輻 射 危 險 性? 建 造 中 的 電 廠 工 程 才 有 可 能 又 黑 又 暗, 電 廠 建 造 完 成 後, 燈 都 裝 好 了, 怎 麼 會 不 開 燈? 開 燈 才 方 便 做 事 啊, 而 且 既 然 沒 有 輻 射, 又 為 何 要 穿 防 護 衣? 檢 查 官 是 養 魚 養 蠶 的 農 業 部 官 員? 因 為 執 行 檢 測 每 項 技 術 都 需 要 考 到 證 照, 而 且 只 有 最 高 級 的 技 術 員 才 擁 有 檢 測 決 定 權 202 輻 射 污 染 太 可 怕 工 人 螺 絲 隨 便 鎖? 鎖 螺 絲 也 有 法 蘭 鎖 緊 程 序 及 磅 數 驗 證, 會 有 專 人 負 責 查 證 如 果 查 證 不 合 格, 一 定 要 求 重 作 ; 查 驗 者 也 需 負 擔 相 關 責 任, 所 以 必 須 簽 名 紀 錄, 不 可 能 發 生 隨 便 做 完 就 了 事 的 情 況 平 井 憲 夫 的 輻 射 防 護 基 本 常 識 有 問 題? 日 本 核 電 廠 工 作 人 員 穿 著 的 防 護 衣 叫 做 泰 維 克 (Tyvek), 是 一 種 纖 維 不 織 布 材 質 製 成, 厚 度 大 約 跟 一 張 紙 差 不 多, 所 以 光 子 輻 射 ( 即 輻 射 線, 像 是 X 光 Gamma 輻 射 ) 可 以 輕 易 穿 透, 所 以 輻 射 劑 量 計 可 以 放 在 防 護 衣 內 不 受 影 響 輻 射 不 管 制 平 井 憲 夫 體 內 輻 射 污 染 破 百 次? 他 是 核 能 電 廠 的 建 造 監 工 人 員,, 建 廠 期 間 沒 有 運 轉, 沒 有 輻 射 問 題, 這 100 次 體 內 輻 射 污 染, 核 電 廠 員 工 輻 射 都 過 量? 四 年 內, 累 積 曝 露 的 總 和 劑 量 只 能 在 50 msv 以 內, 而 不 是 每 年 都 能 曝 露 50 msv ( 每 五 年 連 續 週 期 規 範 的 100 msv 第 一 年 曝 露 量 50 msv = 剩 餘 四 年 可 曝 露 量 50 msv) 鎖 顆 螺 絲 需 出 動 160 人? 在 高 輻 射 區 域 作 業 時, 會 儘 量 利 用 一 些 自 動 化 設 備 ; 像 鎖 反 應 爐 蓋 螺 栓 的 時 候, 其 實 會 使 用 自 動 化 機 械, 以 及 其 他 自 動 化 檢 測 設 備 機 械 手 臂 等 等 機 具 做 輔 助 究 竟 是 從 何 而 來? 203 204
核 電 廠 廢 爐 方 式 石 棺 (sarcophagus) 反 應 爐 冷 卻 ( 利 用 控 制 棒 或 硼 酸 ) 移 除 內 部 的 輻 射 物 質 ( 並 等 待 燃 料 的 輻 射 量 降 低 ) 拆 解 除 污 ( 發 電 機 等 先 行 解 體, 最 後 分 割 反 應 爐 的 鋼 鐵 容 器, 一 同 深 埋 至 地 底, 剩 下 除 污 過 程 約 需 20 到 30 年 ) 費 用 : 台 幣 1400 億 關 於 我 國 核 能 發 電 的 探 討 205 206 207 海 嘯 地 震 5 兆 4000 億 台 幣 (18 兆 日 圓 ) 經 濟 損 失 核 電 廠 導 3000 億 台 幣 ( 海 嘯 地 震 經 濟 損 失 致 賠 償 的 1/18)(1 兆 日 圓 ) 核 四 停 建 35 億 元 直 接 損 失 間 接 損 失 1000 至 1 兆 2000 多 億 核 四 停 建 內 部 成 本 增 加 480 億 至 4000 億 改 用 火 力 發 電 40 年 計 算 外 部 成 本 增 加 3600 至 8000 億 208 Stern Review 引 用 ( 十 年 短 期 ) 使 用 碳 封 存 的 燃 氣 發 電 2.3 使 用 碳 封 存 的 燃 煤 發 電 2.1 核 能 1.9 作 物 發 電 ( 生 質 能 源 ) 3.0 有 機 廢 氣 發 電 ( 沼 氣 發 氣 ) 3.3 海 岸 風 力 發 電 2.3 離 岸 風 力 發 電 3.3 太 陽 光 電 發 電 8.6 太 陽 光 熱 發 電 5.6 發 電 成 本 ( 元 / 度 ) 209 210
可 接 受 之 電 費 調 漲 幅 度 去 年 全 過 家 戶 每 個 月 平 均 電 費 為 796 元, 如 果 有 比 較 環 保 的 電, 您 覺 得 接 受 每 個 月 漲 多 少 元 電 費 (%) 1.2 1 0.8 各 種 燃 料 的 二 氧 化 碳 產 量 燃 煤 燃 油 天 然 氣 核 能 碳 排 (Kg/( 度 電 ) 發 電 成 本 價 格 漲 幅 不 到 15 15 ~ 元 30 元 30 ~ 50 元 50 ~ 70 元 70 ~ 100 元 101 元 以 上 不 增 加 就 可 以 接 受 不 知 道 / 無 意 見 拒 答 總 計 0.6 0.4 0.2 0 煤 油 天 然 氣 核 能 各 種 燃 料 的 二 氧 化 碳 產 量 真 實 發 電 比 例 43% 7% 21% 26% 0.624 2.14 廢 核 能 改 燃 煤 70% 7% 21% 0% 0.873 2.47 15% 廢 核 能 改 燃 油 43% 33% 21% 0% 0.804 3.39 59% 15.3 10.8 10.6 3.7 13.3 36.7 17.0 20.8 13.4 11.4 0.7 100 211 燃 料 煤 油 天 然 氣 CO 2 (Kg/ 度 電 ) 核 能 1.020 0.758 0.515 0.0661 212 廢 核 能 改 天 然 氣 43% 7% 47% 0% 0.741 2.94 37% 廢 火 力 改 核 能 0% 0% 0% 98% 0.065 0.61 213 謝 謝 聆 聽 214 215