2015年10月31日 星期六

參觀核電廠乾式儲存與廢料處理設施

10月24日,才剛離開成功嶺隔一天,就去參觀了核一核二,
這是在我去研替基礎訓前就報名的行程,參觀的內容主要為用過燃料棒乾式儲存、
低階核廢料處理、減容設施。

這次...當然也是基於保安考量不能拍照,所以本篇一樣是只有文字敘述,
除了進入核一、核二廠區外,我們還有進入北部展示館,下面會分不同區域討論。

這次一樣是核能流言終結者辦的,在公館集合,搭遊覽車去,
先去的地方是位在新北市石門的核能一廠。
運轉中的核能電廠當然安全要求是非常嚴格,在門口就停車讓保警上車檢查,
逐一檢查身分證件並比對名單,然後貼上識別證,
手機、相機也放進夾鏈袋裡面交出來保管。
(說如果發現有人偷帶就所有人都要搜)

(核一廠 用過燃料棒乾式儲存)

進入核一廠後,先進行乾式儲存簡報,
除了大略簡介現役機組運作方式、乾式儲存施作方式外,
還有討論到了用過燃料棒的價值,
簡報完後,就去實地參觀乾式儲存場地。

用過的燃料棒其實一點都不廢,而是非常有價值的資源,
目前民用輕水慢化反應器所使用的核燃料,鈾-235的濃度約3%~5%,
而天然鈾礦的主要鈾元素 -- 鈾-238的濃度則有90%以上。
用過的燃料棒中,還存在了大量的鈾-238。
鈾-238雖然不能在多數民用的核能反應器中使用,
但可以在快滋生反應器中轉變為鈽-239,鈽-239雖然可用於核武,但也是核電的良好燃料。

因此,這些用過燃料棒其實是可以再處裡的(例如MOX燃料),
利用生成燃料速度比消耗燃料速度快的快滋生反應器,
將鈾-238轉換成鈽-239,到適當的濃度後再讓一般反應器使用。
(一般反應器在反應時也會緩慢滋生微量鈽-239...但不具使用規模)

上述的程序如果反覆使用,或是乾脆使用快滋生反應器發電的話,
地球上的鈾元素是可以使用非常長時間的(而且產生的廢料也會非常少)。
但當初老美為了怕核子武器擴散,嚴格管制快滋生反應器與週邊的技術(例如重水),
近年來全球局勢以經和平許多,所以開始使用快滋生反應器對用過核燃料進行再處裡,
甚至也已經有國家開始實驗將快滋生反應器用於民用發電。
(快滋生反應器,中國大陸的用語叫作"快堆")

回到如核一廠的一般輕水慢化反應器,燃料棒使用完後,
會泡在燃料水池中,讓衰變熱減低。
衰變熱與放射線的來源,主要是鈾-235分裂後產生的產物,
這些產物是較為不穩定、半衰期較短的元素,它們會衰變為較穩定的元素。
取出後的燃料,衰變熱的功率與放射線強度,會隨時間呈對數曲線衰減,
所以放置10年以上後,其實已經不再需要泡在水裡了,
可以安全地使用氣體對流散熱。

乾式儲存就是把用過燃料棒裝進充滿氦氣的不鏽鋼桶中,
外層再使用水泥護箱裝起來,水泥護箱設有通風孔,利用自然對流帶出微弱的衰變熱。
這是在國際上已經行之有年的做法,值得一提的是日本福島電廠也有使用乾式儲存,
且在海嘯來襲時並沒有損壞,反倒是燃料池有發生問題,因此乾式儲存是相當安全的。
乾式儲存桶護箱設計上也考量了耐衝擊的要求,所使用的設計用電腦模擬過,
甚至國外也有實驗用飛機、火車撞過,都只有表面損壞,並不會影響內部的燃料棒。
儲存的目的,除了可能在未來進行最終處置外,
也可以如前面所提的,再處裡後使用,或是再處理後賣給其他電廠使用。

核一目前準備中的乾式儲存混凝土護箱,是直接在場內澆製,
對混凝土的品質要求很高,如果預拌混凝土沒辦法在一定時間內送來,
或是同一個護箱使用的混凝土送達間隔時間太長,都會直接放棄,不使用。
且考量三百公尺外還有一戶沒遷離的住家,所以又額外再加一層屏蔽,
算是...有點多此一舉的貼心舉動,因為乾式儲存場外圍的輻射劑量,其實與背景值無異。

乾式儲存場中,裝有很多個氣溫與放射線感測器,確保有任何異常狀況都可以馬上被知道,
且也會定期巡視,看混凝土護箱的通風口是否有昆蟲築巢等雜物,或是表層是否需要維護。
核一乾式儲存場後面就是山坡,那是一面很穩定的山坡,
但還是裝很多枝固定錨跟偵測器監控,以策安全。
台電也有提到目前新北市政府擋的內容是固定錨的數量比原本的圖面多,
還有增加的一道有組擋落石能力的圍籬,要求台電重新送圖審核。

我們也看了附近的環境,其實附近也生動物相當多,台電人員說他們自己走都會很小心,
核一廠的位置不錯,在兩個山谷間,旁邊有終年有水的溪流,所以也多了一個備用的水源,
山上一樣也有生水池,且使用的水管是明管,方便維護、檢查。
對外交通的部分,除了有濱海公路外,場區內還有兩座直升機停機坪,
萬一道路不通時還可以用直升機運送物資。

當天天氣不是很好,看乾式儲存場看到雨愈下愈大,就上遊覽車了,
回到電廠門口,回收識別貼紙後,就轉往核二廠了。

(核二廠 廢料倉庫與減容中心)

我們先抵達了核二廠旁邊的北部展示館,
參觀展示館並吃午餐後,才去參觀和二廠的廢料倉庫。

廢料倉庫主要存放的是一些低階核廢料,
包含...工作服、維修耗材、管件,廠房排放的空氣、水中過濾出的雜質。
這些廢料會根據特性作不同的處理,
例如廠房換氣排放的空氣,會將可能帶有輻射塵的灰塵過濾出來,只排放乾淨的空氣出去,
水的部分,也會經過過濾,將水中雜質濾出行程乾燥的泥狀物,乾淨的水排出。
(排放空氣、水出去的排放口都是持續監測的)
工作服或是其它一些可燃燒的東西,會經過焚化處理,變成體積較小的灰燼,
也有些是可以壓縮的,例如管件等,就會裝在一個可壓縮的桶子內壓成鐵餅狀。
(能除汙的東西就先除汙,如果沒辦法除汙,或除汙後檢測不過,才當核廢料)
這些東西經過水泥固化後,會裝在廢料桶內,送進倉庫。

我們參觀的是三號廢料倉庫,地面上有三層加上地下室,是又厚又堅固的鋼筋混凝土結構,
一樓為裝卸與站存區域,二三樓、地下室則為儲存區。
在一樓人車進出的區域,都有輻射偵測,確保沒有倉庫內的汙染物被帶出去,
偵測的標準一樣很高,也是略高於背景值就會動作的程度。

進去後直接到了三樓簡報並參觀控制室,這個倉庫是高度自動化的,
拖車卸下廢料桶後,廢料桶會經過輸送帶,偵測輻射劑量、分析核種,並且自動記錄。
然後廢料桶會每六桶放在一個棧板上,然後由自動搬運車搬運,
倉庫內完全不需要有人,也不需要有人操作自動搬運車,只要告訴自動搬運車目的地即可。
在控制室內台電人員示範了叫自動搬運車班運的過程,下了指令後,自動搬運車會自己走,
搭電梯下樓去搬棧板,然後又搭電梯上樓,把棧板放到定位。
過程中控制室內可以看到自動搬運車上的鏡頭拍到的畫面,也可以看倉庫內各鏡頭的畫面,
倉庫內的攝影機蠻多都是在天花板軌道上的,可以在一定範圍內移動、調整角度,
平常也會使用這些攝影機查看儲存狀況,不需要人進入倉庫存放區內。

台電的人員說通常,量測、分析後,放射性較強的桶子會放在地下室,
三樓放的則是放射性最弱的。
也講到了防輻射的攝影機,因為從國外買房輻射的攝影機非常貴,
因此倉庫內很多攝影機是台電自行開發的,裝在屏蔽容器內,
用潛望鏡的原理避開只會直直前進的gamma射線。

離開廢料倉庫後直接步行到減容中心,途中看到一些環境很好的郊外才有的昆蟲,
減容中心內的主角就是焚化爐了,與一般焚化爐不同的首先是放在負壓空調廠房中,
且這個焚化爐有兩個爐膛。
第一個爐膛是利用高溫與稀薄空氣讓廢料碳化,第二個爐膛用更高溫將碳化物氧化成氣體,
如此的設計可以確保可燃燒的部分完全燃燒,留下不可燃的灰燼與放射塵。
(因為放射塵通常大都是比較重的元素,本身也不會氧化成氣體)
焚化後的廢氣,在濾除可能帶有放射塵的雜質後排放到大氣中,
比較值得一提的是,過濾過程中廢棄的溫度會下降,但排放前又要再加熱,
因為廢氣中也包含了水,如果排放的溫度低,會看到白霧狀的水氣,
容易引來一些閒言閒語,所以排放前要再加熱,讓水氣變成完全透明的。

(北部展示館)

看完廢料倉庫與減容中心後,又回到北部展示館的會議室,按照往例會來個座談。
這邊就說說北部展示館好了,北部展示館簡單地展示了台灣電力發展,
還有核能發電的原理與大致運作過程。
比較值得一看的是有核一核二使用的BWR(沸水式反應器)縮小版模型,
還有燃料丸、燃料棒、燃料組件與控製棒的模行。

看過些反核人士會做些標語說 "地方的媽媽不要燃料棒"、"我要X棒,不要燃料棒"等,
但實際燃料棒長什麼樣子很可能根本不知道。

BWR的燃料棒是很細的長條形鋯合金管,
比上面那個標語的某某棒細了不少,但是比鄉民的30cm長很多。
燃料棒內是很多小小顆的燃料丸,
燃料丸主成分是二氧化鈾與陶瓷,燒結成堅硬且不會讓反應產物亂跑的固體。
燃料棒會很多枝一起組合成燃料組件,
BWR使用的燃料組件是正方柱體,柱體中間有讓水流通過的空間,
上方有吊運使用的把手,在反應器爐心、燃料池內,都是一格一格的整齊放置。
台灣核電廠使用的燃料,都是直接跟國外廠商進口的燃料組件,
且在使用前都會詳細檢查,確定沒有破損或異常,而乾式儲存也是整束組件儲存。

BWR的控製棒,其實很不像棒狀物,因為它是十字形的,只有最底下是圓柱,
前面說到燃料束組件是正方柱體,在爐心內室一格一格整齊擺放的,
控制棒的十字形葉片,就位在每四束燃料中間,所以每一個控制棒,可以影響四束燃料。
反應器在運轉時,會根據功率需求、爐心功率分布狀況與燃料耗用狀況,調整控制棒位置。

(結語)

這一趟更了解了核燃料處理還有廢料處理的狀況,
其實除了核能發電以外,工業、醫療、藥品、食品、農業等,也都會製造核低階廢料,
而且蘭嶼擺的核廢料,也很多不是台電生產的。
只是政府就...有點莫名其妙地把大家的廢料處理責任都交給了台電(另一部分是核研所),
對於某些大眾的誤解,還有政府政策上不夠硬而且明確所造成的問題,
在簡報跟作談時台電人員也有講了一下這些困擾。

其實,如果以臺灣每年的耗電量與核能發電退出的燃料、產生的低階廢料看,
一個人一生的用電量如果都由核能電廠供應,
那麼會產生大約一個養樂多罐大小的用過核燃料(而且這些可以再處理),
和大約一個普通寶特瓶大小的低階核廢料。
這些廢料的體積,其實比一個人的骨灰罈還要小,
而經過很長一段是間後(目前是規劃300年,但實際上三四十年後已經沒什麼危險性),
也可以不用再監管,回歸自然界,
比起石化燃料的汙染與溫室效應,核能還是相對簡單多了。


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