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與其談核電延役 應該優先面對核廢料處理

Lin,Chien-Yen 2024年06月05日 07:00:00
今年五月時台電與新北市政府纏訟11年的核一乾貯場水土保持執照總算和解,最快明年就可以抽出卡在核一反應爐多年的燃料棒。(圖片取自台電官網)

今年五月時台電與新北市政府纏訟11年的核一乾貯場水土保持執照總算和解,最快明年就可以抽出卡在核一反應爐多年的燃料棒。(圖片取自台電官網)

只要核電廠持續運轉,就會持續產生核廢料。一天不面對核廢料,我們就一天無法從風險中走出。這當中最為棘手就是俗稱高階核廢料的高放射性廢棄物,是指核電廠中使用過的核子燃料棒。在這些燃料棒退出反應爐後,通常採用「先濕後乾」的貯存方式,先放置至核電廠內的用過核燃料冷卻池,在移至乾式貯存場。

 

台灣自1970年代使用核電以來,擁核方始終重複「核能安全無虞、核廢料可以處理」等教條式口號,如今40年過去了核廢料仍無處可去。就在幾年前的2019年核二廠1號機甚至因為用過燃核燃料池爆滿,已於2021年7月提前停機。不料如今立法院在野黨好像又忘記過去40年來教訓,提案修法讓核電廠可以持續延役,完全對核廢料問題視而不見。

 

今年五月時台電與新北市政府纏訟11年的核一乾貯場水土保持執照總算和解,讓核廢料處理可以往前「半步」,最快明年就可以抽出卡在核一反應爐多年燃料棒,但核一乾貯設計最多只能放1400束燃料棒,但目前全廠有6966束,因此仍需興建室內乾貯場,所以核一乾貯進度只能算是「半步」。同時另一個問題是核二、核三至今乾式貯存設施仍未動工,用過燃料棒仍在冷卻池中,台電因為核廢料處置計畫延宕,台電只好大改冷卻池設計,進行格架密集化、改建水池作業,以求容納更多用過燃料棒,核一冷卻池內存放的燃料棒已超出原始設計2.1倍、核二則是1.9倍,早已造成重大的風險。

 

(說明:為了解決冷卻池爆滿問題,台電進行多次擴充工程。根據核安會資料,核一廠1、2 號機原先規劃的燃料池,容量分別是1410和1620束的用過燃料棒,在1986年擴充至每機組 2470束、1998年再次擴充至3083束,最後的容量幾乎為原本規劃的兩倍。目前1號機冷卻池裝了3074束,還有408在爐心中。2號機冷卻池裝了3076束,還有408在爐心中。

 

至於核二廠,兩部機組從原本規劃的2571束,經過1991年與2003年兩次擴充,也變成4398束,是原本的1.7倍。最後也改造兩部機組的裝載池,2017年一號池、2018年二號池也改裝存440束用過燃料棒,總容量是4838 束。目前1號機冷卻池裝了4808束,還有624在爐心中。目前2號機冷卻池裝了4812束,還有624在爐心中。

 

核三廠原本規劃746束後改成2160束。目前1號機冷卻池裝了1722束,還有157在爐心中。目前2號機冷卻池裝了1729束,還有157在爐心中。)

 

臺灣的核安會、經濟部、台電在規範上都追隨美國核管會的標準,因此綠色公民行動聯盟特別彙整美國用過核燃料處置現狀,希望引起社會大眾關注,現今在野黨立委「鼓吹核電延役,卻拒絕討論妥善管理用過核燃料棒,也避談高階核廢料的最終處置 」的立場,只是在製造更多問題。

 

美國用過燃料棒管理的現況,冷卻池也會起火?

 

目前美國核電廠放置用過燃料棒冷卻池的密度已經是初始設計容量的5倍。最初冷卻池低密度的設計,目的在於使用過燃料棒彼此分離,以提高冷卻水與空氣對流時的能力。所以只要維持初始設計,冷卻池起火的可能相對較小,對於包覆核燃料的鋯合金與蒸氣發生反應,進而引發鋯火(Zirconium fire)造成氫氣爆炸的可能性也會較小。

 

早在1940至1950年代,美國軍工複合體決定以鋯合金作為裝載核燃料棒的材料時,就知道鋯合金起火,會引發氫爆的可能性。但所以仍選擇此材料是因為鋯極耐腐蝕,又具有不吸收中子的特性,當中子在燃料棒間流動,可以維持核分裂的連鎖反應,但同時鋯具有高揮發性,在高溫時,與空氣、水或蒸氣接觸就會自爆,且鋯爆炸威力相當於同量的硝化甘油。

 

過往鋯作為攝影的閃光燈的材料,因為鋯微粒燃燒時會發出強光。但核電廠所擁有的鋯並非微粒,因為燃料棒是以成噸的「鋯合金」做為包覆材料,美國一座核電廠通常存放三萬至四萬支燃料棒,所以做為包材的鋯可能重達20噸以上。 鋯在華氏2000度(攝氏1093.3度)的溫度下會燃燒並爆炸,這溫度也遠低於華氏5000度(攝氏2760度)的爐心熔燬溫度。

 

若美國發生冷卻水沸騰的意外,池中鋯火引發氫爆,有可能釋放出比車諾比核災高出10倍的放射性銫137 。核管會本身所做的分析顯示,相較於車諾比核災釋出2.3兆居里的放射性物質,在美國超載高密度冷卻池一旦發生鋯火,可能釋出高達24兆居里的輻射物質, 災難可能會污染城市、城鎮、鄉間地區數千平方英里的土地,並會使數百萬人暴露在高劑量的游離輻射,民眾會因此飽受病痛之苦,或死於癌症。

 

這並非危言聳聽,三哩島核災、車諾比核災都與包覆核燃料的鋯合金起火有關。若此時氫氣濃度超過一定水平,鋯火就會引發氫爆。點燃氫氣僅僅需要少量能量,包括核電廠內設備所產生的火花。1979年三哩島事故中就是電話鈴聲引發氫爆。至於車諾比核電廠4號機則是先經歷功率劇增,反應爐心的名目發電量在轉瞬間驟升百倍,氫爆相繼而來,炸穿反應爐建築的屋頂,因為車諾比核電廠本身並沒有圍阻體,所以輻射落塵繼而飄散影響全歐洲。

 

美國冷卻池面對怎麼樣的風險?

 

在日本福島核災後,迫於輿論壓力,美國核管會承認用過的燃料棒在冷卻池中確實有起火風險,並建議核工業或可考慮轉移池中存放多年的燃料棒至乾式貯存桶。不過,這項建議並無拘束力。核管會認為,鋯火主因為是冷卻水流失,此時鋯合金護套在高溫水汽中發生氧化、劣化,用過的燃料棒就會因此過熱在冷卻池中燃燒,並釋放大量銫137至環境中。

 

核管會認為,冷卻水流失僅是意外情況,為了自圓其說核管會在報告中只分析眾多可能導致鋯火情況的其中一種,就是強震造成冷卻水流失,並刻意忽略其他情況。核管會於2014年指稱,強震為「6萬年一遇」的偶發事件。至於強震所引發的鋯火和銫137大量外洩,則是「每 900萬年一遇,甚至頻率更低」。核管會堅稱,在此情況,不需要過度製造社會大眾恐慌。

 

電力專家指出,核管會的「安全無虞」說法,全是一廂情願的謬論。即使從福島事故的2011起算,強震得再等「6萬年」才能一遇,但不用等地震,美國仍有電力系統大規模斷電,引發鋯火的風險。核電廠失去電力的可能性,遠遠高於強震。

 

《華爾街日報》報導指出,美國聯邦能源管理委員會(FERC)認為,只要在夏季針對美國境內發動攻擊,癱瘓最關鍵的9座變電所,美國境內多數地區就可能停電數個月,攻擊電網的方式可以是物理攻擊或網路攻擊。例如使用小型無人機配置炸彈攻擊美國變電所就可以重創電網,例如2022年俄羅斯曾利用無人攜帶炸藥攻擊烏克蘭發電廠、變電所。除了敵對國家,美國國土安全部曾在2022年提出警告,國內恐佈分子也可能策畫攻擊電網,由於美國境內有高達55000座變電所,要保護電網不喪失電力,進而保護核電廠不喪失外部電力,這些任務比外界想像得更為艱鉅。

 

例如2013年4月16日美國本土恐怖分子以半自動步槍朝加州聖荷西的梅特卡夫變電所(Metcalf Transmission Substation)射擊120發子彈,破壞17個特高壓變壓器,造成變壓器冷卻油洩漏超過50000加侖。由於特高壓變壓器大多於國外製造,重達100噸至400噸,運輸困難。美國只有少數廠商客製化生產。但這些設備製造和安裝成本達數百萬美元,生產期程往往長達一年以上。無獨有偶,2022年12月位於北卡羅來納州杜克能源公司 (Duke Energy)所擁有的2座變電所遭受槍擊並嚴重損壞。造成約45000個家庭及許多企業停電,影響持續數日才恢復供電。

 

除了物理攻擊,電網也可能遭受網路攻擊。一名網路戰操作員於2017年6月3日在馬里蘭州沃菲爾德空軍國民警衛隊(Warfield Air National Guard Base)的基地監控即時網路攻擊,發現歐洲和北美電網遭受「CrashOverride」惡意軟體攻擊。該軟體可與電網的特定電腦控制系統溝通 ,並接手操縱變電所實體設備 ,包括打開目標變電所的斷路器,造成停電。

 

由於美國電網電腦化和自動化程度較高,讓惡意軟體滲透有機可乘。現今資料採集與監視系統(Supervisory control and data acquisition)常用於電力、水利等基礎建設,該系統由遠端終端控制系統、可程式化邏輯控制器(可使控制指令載入記憶體)、人機介面,以及通訊系統所組統。 隸屬美國能源部愛達荷國家實驗室為此特別提出警告,由於具有互連特性, 該資料採集與監視系統一旦遭駭客入侵,植入特定指令,例如接手斷路器自動開關,遂可製造電網系統崩潰的後果。

 

愛達荷國家實驗分析師早在2016年警告,目前美國許多變電所的網路無法偵測駭客入侵,更何況應付遭植入的惡意軟體。針對美國電網的重大網路攻擊可能會嚴重損壞包括超高壓變壓器在內的關鍵設備,造成電網大範圍停電。美國能源部長格蘭霍姆(Jennifer Granholm)曾於2021年6月承認,駭客有能力關閉美國電網。如果衝高受攻擊標的之電力負載時,駭客同時癱瘓繼電器,可能會導致輸電線路熔化和變壓器燒毀。如果駭客的目標在於摧毀超高壓變壓器,美國電網癱瘓的時間可能長達至少數月至數年之久。

 

如果電網數月無法供電,眾所周知,核電廠失去電力,就會有爐心熔燬的危險。再加上冷卻水流失,用過的燃料棒由於過熱,在超載冷卻池中燃燒。前述包覆核燃料鋯合金起火,引發氫爆,就非核管會所說的「6萬年一遇」或「900萬年一遇」的特例,而是美國社會可見的未來。

 

癱瘓電網,造成燃料棒在冷卻池過熱,引發鋯火、核災,必然會使車諾比、福島核災所釋放的輻射量,相形見絀。如果美國電網崩潰數月,社會可能陷入極度混亂和恐慌,因為未冷卻的核燃料在全國各處燃燒,加上爐心熔燬,於環境噴發放射羽流,此一空前巨災,令人難以消受。保護民眾和環境免於冷卻池火災的議題,茲事體大,核管會和核工業必須嚴正以對。妥善規劃、評估,暨落實乾式貯存,這項成本遠低於因放射性污染摧毀現今世代、未來世代所造成的後果,包括保護民眾和自然界各式物種的生命、健康。

 

既然在冷卻池中那麼危險,為何不採乾式貯存?

 

自1970年以來就不斷有核安專家提出警告用過核燃料池超載恐帶來風險,美國憂思科學家聯盟(Union of Concerned Scientists)認為,為了提高安全性,應將充分冷卻的用過核燃料組棒從高密度冷卻池中移出,並轉移到乾式貯存中。遺憾的是,核管會並沒有聽取他們的建議。

 

相對於每座乾式貯存容器可以存放10至15噸用過的燃料棒,目前美國普通一座1000GW核電機組的冷卻池約存放400至500噸用過的燃料棒。乾式貯存具有被動冷卻功能,再者因其可存放容量較少,放射性物質集中程度會遠低於冷卻池,乾式貯存也相對不易發生事故或遭受破壞,使用乾式貯存為勢所必然。

 

為此,代表麻薩諸塞州的民主黨參議員艾德馬基(Edward Markey)曾分別於2014年、2015年、2017年在參議院提出乾式儲存民用高階核廢料的法案,要求用過的燃料棒在冷卻池放置7年後,必須移出落實乾式貯存。不過他所提的法案卻始終無法排入議程。

 

幾近全數的聯邦參議員及核工業都抗拒乾式貯存的原因,是因為若依該法案進行中期貯存,對美國政府來說,在廠內貯存費用就會由核電廠自行承擔,而非由政府的核廢料基金。對核工業,處置費用會提高。所以核工業繼續以冷卻池堆放用過的燃料棒,也就是業界所戲稱的「濕式儲存」,實際上最為節省成本。

 

就核工業界觀點,採用「濕式儲存」,即使發生核災也沒關係。因為根據聯邦《普萊斯-安德森核工業賠償法》就核工業賠償金額訂有上限。換言之,若發生核災後的社會、環境、公衛成本最後會由聯邦政府「部分」買單,至於政府無法買單的絕大部分, 則是由民眾被迫自行概括承受,所以核工業當然會採取「濕式儲存」。

 

結語

 

乾式貯存為高階核廢管理過程、除役過程中不可或缺的一部分,核工業有責任、有義務從冷卻池中移出用過燃料棒,並最終運到核廢料最終處置場。核管會繼續允許核工業延宕乾式貯存,就是放任災難發生。

 

5月29日上午立法院教育文化委員會召委柯志恩以「展望全球核能發電趨勢,我國核電廠延役推動現況暨發展新型核能成為永續能源之規劃」為題,邀請核安會主委陳東陽及經濟部次長林全能列席就進行專題報告。遺憾的是這場由國民黨召開,並刻意以核電廠延役為主題的會議中,支持延役的國民黨立委整場並未提及老舊核電的安全問題以及核廢料如何處理,凸顯只是為了延役而延役,甚至打算無視安全考量,政治攻擊口水戰多過於專業討論。

 

從核廢料處理的觀點來看,延役核電將產生更多核廢料,對於核廢料處置的溝通更加困難,因為核廢料的數量是說服處置場所在地的重要數據,若未來核廢料會持續增加,恐難以說服當地社區,也難以尋找核廢料最終處置場。例如核一、核二廠所在的新北市、核三廠所在的屏東縣都面臨核廢無處可去的問題,曾被低階核廢料選址的台東縣、金門縣都表達不願意接受,新北市、屏東縣未來是否就願意成為高階核廢料最終處置場?選區立委與縣長有問過選民的意願然後表態嗎?

 

綠盟再次呼籲,國民黨立委諸公不應只為了延役而延役,更不該在缺乏專業的論述草率修法,國會應為人民安全把關,不該浪費時間和公共資源討論不切實際的老舊核電延役。民進黨在國會少數不應該當作是妥協的理由,請勿在行政權上退守,應堅守非核家園的核心理念。民進黨政府應該做的是盡快凝聚社會共識討論核廢料該如何處理,而不是討論難以確保安全又會持續增加核廢料的核電延役。

 

※作者為綠色公民行動聯盟研究員

 

參考資料:

 

共同夢想,《福島核電廠氫氣爆炸背後的原因》,〈Behind the Hydrogen Explosion at the Fukushima Nuclear Plant〉。

 

原子科學家公報,《用過核廢料管理不善對美國構成了重大威脅》,〈Spent nuclear fuel mismanagement poses a major threat to the United States. Here’s how.〉。

 

 




 

 

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