台灣現行核廢燃料棒乾式貯存 專家警告:不解決4大問題核災風險恐留後世

出版時間 2022/06/30
全球現在的乾式貯存裝置大都是用一個能將核廢燃料棒整支放進去的長圓柱形內筒,加上能有效阻絕幅射線的外筒。取自台電官網
全球現在的乾式貯存裝置大都是用一個能將核廢燃料棒整支放進去的長圓柱形內筒,加上能有效阻絕幅射線的外筒。取自台電官網

賴發奎/台灣大學地質學研究所博士班、前地質工程師

台灣的核一廠、核二廠一號機已經除役,剩下核二廠二號機和核三電廠也陸續會在2025年前進入除役階段,加上核四不重啟是大多數民眾的共識,台灣終於要成為非核家園,很多人誤以為可以就此高枕無憂、遠離核災了。

但你知道嗎?前蘇聯車諾比核電廠1986年發生核災,這個被列為被國際核事件分級表評最高第七級事件的特大事故,至今雖已過了36年但災難仍是現在進行式,也仍影響著全世界。車諾比核災發生爐心熔毀的四號機組當時才啟用三年而已,冷卻池裡加上核反應爐裡的核廢燃料棒(Spent Nuclear Fuel)並不多,就已造成這天大的可怕災難。

【台灣用核電所產生的放射性核種總量,相當於2.5萬顆原子彈會產生的核污染量】

台灣的核一廠兩個機組已運轉40年,所產生核廢燃料棒中的放射性物質相較車諾比核災所產生的大約是6倍,這差不多是5000顆二戰時期美軍投在長崎、廣島的原子彈所製造出來的幅射物質。若再加上核二廠及核三廠的核廢燃料棒,台灣核能發電製造的放射性物質會大致與2.5萬顆美軍投在長崎、廣島的原子彈產生的幅射污染量相當。

核廢燃料棒離開反應爐後才是棘手問題的開始,它們必需先泡在冷卻池裡十年以上,然後再移至乾式貯存設施貯放。泡在冷卻池裡的那段期間,整個冷卻池必需要有熱交換的機電系統運轉維繫,若這個系統失效致冷卻池裡的水被蒸發掉就會 發生像美國三浬島或日本福島那樣的核災。台灣因核電廠開始相繼除役了,核廢燃料棒乾式貯存的處理是個重大核安議題,若沒有完整的規劃極可能會留給子孫們一個難以處理的災難根源。

【「乾式貯存」是什麼?】

首先,必須先了解什麼是乾式貯存?核能發電廠反應爐所用的核子燃料棒在發生分裂反應後,就成為具高放射性的核廢燃料棒,因為冷卻池的維護成本相對極高而且電廠要除役,所以業界發展出將衰變熱已降低到某強度之下的核廢燃料棒移出冷卻池,以密封鋼桶將數十束燃料棒封裝起來防止核種外洩,外面再加上能有效阻絕輻射線的水泥外筒,就是核電界所稱的乾式貯存裝置。密封鋼桶才能封阻核種外洩,水泥外筒只能阻隔幅射線。

 Maine Yankee World Nuclear Association
美國緬因•洋基(Maine Yankee)核電廠已啟用的乾式貯存設施。取自World Nuclear Association網站,賴發奎提供

【現行乾式貯存設計的問題】

接著我們來看看台灣現行乾式貯存的設計規劃出現哪些重大問題。

問題一:

針對核一廠與核二廠的乾式貯存,台電並沒有依國際原子能總署的規範於設計階段時一併提出除役計畫
。國際原子能總署(The International Atomic Energy Agency)對核廢燃料棒的貯存安全有著全面性的規範「保護人類和環境的安全標準:核燃料的儲存、特定安全指引(Safety Standards for protecting people and the environment: Storage of Spent Nuclear Fuel, Specific Safety guide)」No. SSG-15 (Rev. 1),其中有個非常重要的基本規範是「核廢燃料棒貯存裝置必需在設計階段就一併提出到期解除任務時的處理方案」(At the design stage, due consideration also needs to be given to the future decommissioning of the facility.)。國際原子能總署做這樣的規範是有其必要性的,因為核廢燃料棒需要嚴密圍阻的時期是十萬年甚至百萬年以上的,這樣的規範才能防範用只顧應付當下而不顧將來會造成嚴重核安危機的不當作為。

但在核一廠與核二廠的乾式貯存系統規劃案中,原子能委員會與台灣電力公司並沒有提出達到設計年限40年後的接續處理方案,因此筆者認為40年後台灣的核廢燃料棒將成為難以處理的災難之源。原因是這樣的,裝著核廢燃料棒的金屬密封鋼筒材料用的是304L型不鏽鋼,它的設計在台灣海島型氣候的環境下只能保用40年,因為會有熱漲冷縮、風化腐蝕、金屬疲勞等等產生極細微的裂縫,這些細微的裂縫會漸漸擴大而形成破損、崩壞等。所以乾式貯存裝置的設計,要預估它能堪用多長的時間,台灣原子能委員會通過台電公司使用的是原子能委員會核能研究所按美國核能設備公司NAC International Inc.的設計規格製造的。原子能委員會物管局邱賜聰局長曾在立法院第35期委員會記錄中說明:「依照美國的研究報告,304L這種不鏽鋼在海邊鹽霧環境存放40年……」,所以這個金屬密封鋼筒是堪用40年的設計,到時終究是會有出現腐朽破損的一天,但這些乾式貯存裝置中的核廢料棒仍是有著非常高的幅射劑量,台電公司在想用乾式貯存來放用過核燃料時,就應該預先規劃好一個解決方案在40年到期前做好處理它們除役的核安防護。

然而,我們沒有看到台灣電力公司與原子能委員會在這件事上有任何具體的可行方案,連到時候哪個單位該負責處理都完全空白。原子能委員會與台電公司一直信誓旦旦說「高階核廢料的乾式貯存不是會終極處置」,而現在由核研所仿美國NAC International Inc.製造的密封鋼筒設計目標是40年,並且它的規格是「僅供貯存不得運輸」的,那請問原子能委員會與台電公司當它們的使用年限屆滿時要怎麼處理?若台電有40年後的乾式貯存除役相關方案,請提出相關計畫供大眾檢視。還是到時這些台電和原能會的高官都退休或卸任,這個腐朽破損的又不能運輸的密封鋼筒反正都不是這些高官要去面對的問題? 

問題二:

台電所使用的密封鋼筒非美國原廠製造,未看到NAC International Inc. 技轉的規格文件,尤其是密封鋼筒筒身的焊接工法,及它有通過安全測試等資料
核一廠所使用的密封鋼筒並非美國NAC International Inc.原廠製造,而是原子能委員會核能研究所宣稱由該公司技轉,再根據核一廠的需求自行研發的。因此筆者認為原子能委員會核能研究所應出示 NAC International Inc. 技轉的規格文件,尤其是密封鋼筒筒身的焊接工法,展示核一廠所使用的密封鋼筒焊接工法與美國廠是否相同,而和原廠不同 (根據核一廠的需求自行研發的)又是些什麼項目?這些原子能委員會核能研究所製造的密封銅筒,絕對有必要送往力學實驗室檢測它們有符合原廠設計所訂定的安全規格。

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國際核安運輸上的相關安全規格,如:9公尺墜落、1公尺穿刺、攝式800度火燒30分鐘、15公尺深水下浸泡1小時等測試。取自National Academies Press,賴發奎提供

此外,若核一廠乾式貯存裝置使用年限屆滿時,它們必需被運到終極處置場或者其它地方,那麼這些貯存在密封銅筒內的核廢燃料棒是要取出換成可運輸用鋼筒嗎?但這時因為核電廠的冷卻池早已在除役中拆除,故會面臨無法安全取出換筒的窘境。若要不換筒直接運輸,則密封銅筒必需要能通過國際核安運輸上的相關安全規格,如:9公尺墜落、1公尺穿刺、攝式800度火燒30分鐘、15公尺深水下浸泡1小時等測試。

而現在核能研究所為核一廠製造的這些密封鋼筒並沒有看到做這些測試的資料,要如何讓人信服它的安全性呢?若台電或核研所有請結構力學的相關實驗室進行墜落、撞擊、火燒、水浸測試,請提出數據與照片供大眾檢視。若沒有做相關測試,乾式貯存計劃就應暫停,直到做過相關測試且數據被認可後方得進行。

 National Academies Press
三菱重工在德國進行的核廢燃料棒運輸箱的墜落測試。取自National Academies Press,賴發奎提供

問題三:

針對核一廠第一期的乾式貯存,台電公司設計的場內移動路徑,違反美國核管會對NAC此款密封鋼筒的使用規範。美國核管會(NRC)在2006年對NAC International Inc.發出的第四號技術規格修正中,特別指明不論是運送路線(transport route)或各種場內移動(site specific transport conditions)中,都不可以有受力會超過60g的墜落或衝撞。根據台電公司第一核能發電廠乾貯計畫安全分析第六章第六節 「異常狀況、意外事故及天然災害事件之安全評估」6.6.3-7頁:經評估,61cm高度墜落時可能造成密封鋼筒的最大加速度為57.4g。又根據第一核能發電廠乾貯計畫安全分析第二章「場址之特性描述」2.3.1-2頁:核一廠內的乾華新橋將於此斷面設置,其橋底高程為EL.22.69m。核一廠乾式貯存第一期的場址,與反應爐室隔著乾華溪,乾式貯存的運送必需通過乾華溪上的乾華新橋,若在通過橋樑時發生墜落數公尺深的溪谷之意外,衝擊所生成的加速度值絕對遠超過密封銅筒所設計的60g。顯然台電公司設計的場內移動路徑,違反了美國核管會對此款密封鋼筒的使用規範,應該另尋運送過程合於美國核管會對此款密封鋼筒安全規範的地點做為乾式貯存的場址。

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核一廠的乾式貯存場會經過乾華橋,橋面到溪底的高度有22.69公尺。取自台電官網

問題四:

台電公司設計的場內乾式貯存擺設方式,沒有像美國使用此款密封鋼筒的核電廠一樣保持操作間距,必須使用高懸吊方式才能搬移,搬移的過程極可能造成危機。

美國NAC公司研發的廢核燃料棒乾式貯存系統為通用式多用途密封鋼筒系統(Universal Multi-Purpose Canister System, UMS®),已獲得美國核能管制委員會(NRC)審查通過及核准使用,並已成功地應用在美國緬因•洋基(Maine Yankee)、帕洛•弗迪(Palo Verde)、麥奎爾(McGuire) 及卡托巴(Catawba) 等核電廠之乾式貯存設施。

根據Google地圖之衛星照片查訪,這四座核電廠的乾式貯存設施,全部的擺設位置均保有橫向搬移的間距,而核一廠的乾式貯存設施不論第一期或第二期,都沒有這樣的間距。又根據美國核管會對NAC密封鋼筒的追加規範,使用此密封鋼筒的乾式貯存設施在需要移動作業時,不得超過若發生意外墜落時撞擊力會大於60g的高度。

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由美國緬因•洋基(Maine Yankee)核電廠已啟用的乾式貯存設施衛星空照圖,可見擺設位置均保有橫向搬移的間距。取自Google Maps

核一廠乾式貯存設施不論是第一期或第二期,由於乾式貯存設施所沒有保持橫向搬移的擺設間距,除了最前排外,都無法不用高懸吊方式就能直接搬移個別貯存設施。若有個別的乾式貯存設施發生任何意外狀況而必需搬移至他處處理,以現在設計搬移的過程中極有可能因發生墜落意外而造成核災。請台電公司另尋空間夠大的地點做為乾式貯存的場址,確保將來若有需要搬移個別貯存設施時不必使用高懸吊作業。

【小結】

以上這四個問題,筆者在今年5月25日和環盟副會長孫博萮一同參加原能會所舉辦的核電廠乾式貯存參訪活動時,有當面提出,要求台電與原能會講清楚說明白乾式貯存計劃中的細節與缺點問題要如何解決。可惜台電和原能會當場無法詳細回覆,他們承諾要用書面回覆。

筆者會後續追蹤台電及原能會給我們答覆,也希望能喚起國人共同來關心乾式貯存與最終處置場的問題。這不是交給環團關心就好的小事,而是悠關未來子孫能否繼續在台灣安居樂業的大事,是身為這三座核電廠發電受益者的我們,應該負責解決的事,而不是當不負責任的祖先,將可能發生核災的風險丟給子孫去承受。


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