議題背景:

隨著台灣的核電廠陸續除役,目前核廢料的處置規劃為何?從科學的觀點這樣的處置程序是否符合安全規範?台灣科技媒體中心綜整國內外資訊如下,並請專家提供科學觀點。

放射性廢棄物資料整理

放射性廢棄物分類:

不同的國家核廢料的分類方式略有差異,台灣主要區分為低階與高階放射性廢棄物。

  • 低階放射性廢棄物:來源是核電廠內工作人員所穿著之工作服、手套、或醫療及農業放射性廢棄物等。並依據核種濃度[1]細分為A、B、C三類。
  • 高階放射性廢棄物:準備進入最終處置的用過核子燃料或經再處理所產生之萃取殘餘物。

台灣規劃核廢料預計貯存時程與方式:

  • 低階放射性廢棄物

目前經固化封裝後暫存於蘭嶼低放射性核廢料貯存場(1997年前)、各核電廠內,以及核能研究所所接收,來自全國其他機關產生的放棄物。低階放射性廢棄物的最終處置規劃,依據台灣電力公司2015年提出〈低放射性廢棄物最終處置計畫書 修訂二版〉[2]及2016年〈低放射性廢棄物最終處置計畫 「替代/應變方案」之具體實施方案〉[3]執行:

A. 預計採海床下處置或坑道處置。

B. 根據執行規劃,低階放射性廢棄物最終處置應依循:核定選址計畫、公告潛力場址、辦理地區公民投票、實施環境調查與環境影響評估、核定場址、場址細部設計與安全分析審查、申請建造許可等程序後,才能施工建造。

C. 原訂低階放射性廢棄物最終處置場應於2025年完工,但目前仍未完成選址。

  • 高階放射性廢棄物

因應核電廠除役與最終處置的需求,台灣電力公司提出處置規劃〈用過核子燃料最終處置計畫書2018年修訂版〉[4],方式及時程如下:

A. 預計採深層地質處置,作為最終處置方式。

B. 處置過程:

  1. 濕貯冷卻:為將用過核燃料從反應爐退出後,因仍具有高熱與高放射性,需放置於「用過核子燃料池」冷卻,約於池中貯存10年以上,才移至乾式貯存設施貯放。
  2. 乾式貯存:將冷卻後的燃料棒,放置於鋼桶中,灌入惰性氣體(氦氣),再密封。並將密封鋼桶放入混凝土護箱,藉空氣對流繼續冷卻。目前規劃存放室內,並預計存放至2055年。
  3. 當所有用過燃料棒退出反應爐,進入冷卻過程,才能開始拆除反應爐、管線、廠房等設備。
  4. 最終處置:預計儲存於地下300至1000公尺深之穩定地質,將其隔離於人類生活環境之外。

C. 目前的進度:

  1. 核電廠除役時程
    台灣目前運作中的核電廠共有三座,總計六個機組,各機組的除役時程如下:
    核一廠1號機 2018年12月05日
    核一廠2號機 2019年07月15日
    核二廠1號機 2021年12月27日
    核二廠2號機 2023年03月14日
    核三廠1號機 2024年07月27日
    核三廠2號機 2025年05月17日
  2. 乾式貯存場設置時程
    核一廠:仍待核准動工(預計至2028年可啟用)
    核二廠:仍待核准動工(預計至2029年可啟用)
  3. 最終處置場調查時程
    2005-2017年「潛在處置母岩特性調查與評估」[5]階段以花崗岩、泥岩及中生代基盤岩為地質處置設施的潛在處置母岩的調查結果:
     花崗岩:除位於臺灣東南部地熱區的大崙花崗岩體外,其餘花崗岩體至今均未發現決定性不利條件。
     中生代基盤岩:因其岩石物理特性應屬低滲透、低孔隙率,是良好之封阻層,故可作為臺灣地質處置調查考量對象。
     泥岩因斷層構造多,且具油氣開發潛能,故不適合。
    2018-2028年「候選場址評選與核定」
    2029-2038年「場址詳細調查與試驗」
    2039-2044年「處置場設計與安全分析評估」
    2045-2055年「處置場建造」
  • 國外核廢料處置方式[6]

A. 再處理:再處理是將用過核子燃料中的鈾、鈽元素,經過再處理程序,回收使用。目前法國、英國、俄羅斯、日本是使用過再處理技術的國家。但經過再處理程序,仍需將再處理後產生的高放射性放棄物運回國內,進行最終處置。

B. 深層地質處置:目前加拿大、芬蘭、法國、瑞典、瑞士、南韓都有相關計畫。目前進度最快的是芬蘭,其最終處置場已進入最後測試階段,開始放入小部分用過核子燃料,預計2024年正式啟用[7]。

C. 坑道或海床下處置:如瑞典、芬蘭、美國採用此方式作為低放射性核廢料最終處置。

專家怎麼說?

2021年11月23日
清華大學核子工程與科學研究所兼任副教授 蔡世欽

Q:目前國際上以深層地質處置為最終處置方式,透過層層隔絕的方式,避免影響人體與環境。在科學上如何理解最終處置措施的安全性與風險?

放射性廢料處置設施的基本理念是竭盡所能,設法延遲放射性核種因地下水或其他原因導致核種遷移到設施外的時間,使其有足夠的時間衰變到安全無虞的程度。

科學上可以在從實驗室進行小尺度核種遷移[8]的實驗,獲得相關的遷移參數,用計算機程式來評估劑量及風險。後續則由地下實驗室進行大尺度的現地實驗驗證及確認。最後,透過地質處置的天然類比研究,藉由研究自然現象,以彌補實驗室試驗及現地試驗在時間與空間尺度上的不足,或是作為數學模式模擬結果之驗證數據,以提高評估深層地質處置概念技術之可信度。

Q:目前的科學進展是否已知有其他的方式可以更有效的處置用過核子燃料?

除了深層地質處置,群分離(partition)及核轉換(transmutation)可能是有效處置用過核子燃料未來的希望。群分離是將用過核子燃料中的核種依照特性予以分離。然後利用核轉換技術,用快中子[9]將中、長半化期[10]或高毒性放射性核種,進行核反應轉變為穩定或短半化期的核種。目前歐盟、美、日、及中國大陸等國家均積極投入相關的研究工作。

利益聲明:我研究放射性廢料與放射性核種遷移,並參與台電公司及其他政府單位相關研究計畫。

2021年11月24日
清華大學原子科學技術發展中心博士 曾永信

Q:乾式貯存是處理高階放射性廢棄物的必須過程嗎?以台灣為例採用乾式貯存科學上的優點與限制分別是什麼?科學上如何理解乾式貯存的健康與環境風險?

乾貯主要是利用自然的散熱機制,移除用過核燃料或是高階放射性廢棄物所產生的熱。如同近年最新興的綠建築一般,只要有熱源就能產生移熱效果。但因為自然對流的帶熱能力比水差,所以它的優點也同時是缺點,主要用於貯存稍加冷卻後的核燃料,而不能用於新退出之燃料貯存。

然而,若直接把用過燃料或是會發熱的廢棄物放入最終處置場時,因位處於地下300-1000公尺,散熱能力又比利用空氣散熱更差,而為了避免容器外圍的填充材料性質(澎潤土)因為溫度過高而改變(乾化/裂開),所以採用乾貯來作為過渡的貯存方式是必要的。

但也由於乾式貯存的環境更單純,所以可以確保貯存期間對於廢棄物的影響最小。如果要簡單的描述為何要用乾貯,我們可以說乾貯筒裝載用過核子燃料,就如同是在用過核子燃料外圍包上氣泡墊。強壯的乾貯容器裡會填充低溼度與低活性的氦氣保存燃料束,避免長期存放造成護套變質或變型,完整的燃料結構才能簡化最終處置的困擾。

參考資料與註釋:

[1]詳細核種濃度規範,請參考《低放射性廢棄物最終處置及其設施安全管理規則 》附表二。

[2]台灣電力公司(2015)。〈低放射性廢棄物最終處置計畫書 修訂二版

[3]台灣電力公司(2016)。〈低放射性廢棄物最終處置計畫 「替代/應變方案」之具體實施方案

[4] 台灣電力公司(2019)。〈用過核子燃料最終處置計畫書2018 年修訂版

[5] 台灣電力公司(2019)。〈用過核子燃料最終處置計畫:潛在處置母岩特性調查與評估階段—我國用過核子燃料最終處置技術可行性評估報告 SNFD2017報告

[6] 行政院原子能委員會(2019)。〈放射性物料管理

[7] 原子能能源資訊平台(2021)。〈芬蘭用過核子燃料最終處置場正在建造整合功能測試隧道

[8] 核種遷移是指核種可能透過地下水層遷移進入生物圈。因此核種遷移模擬是透過收集各式可能影響的參數,以電腦及數學模式模擬儲存廠的安全性及不確定性。

[9] 快中子與慢中子的區分與中子移動的速度有關,在目前的核能發電技術中,主要是以慢中子撞擊鈾-235,形成核分裂產生能量。

[10] 半化期原文為half-life,意涵等同經常被使用的半衰期。但半化期是核能研究領域中正式的中文翻譯。

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