韓國瑜說埋核廢料和「挖皇陵」一樣簡單,實際上該怎麼做?

韓國瑜說埋核廢料和「挖皇陵」一樣簡單,實際上該怎麼做?
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我們想讓你知道的是

本文作者在法國工作時,曾參與過法國與瑞典的高階核廢料最終處置計畫,將過去的工作經驗提出來給大家參考,說明對於核廢料的最終處置——尤其是高階核廢料——並不是只要有地可以埋就好。

文:鬍鬚(法國傅立葉大學土木工程博士、曾任法國Itasca土木工程顧問公司工程師)

最近隨著某位總統候選人的能源政策發表,核能議題又再度被廣為討論,核廢料也再度成為關注焦點,筆者在法國工作時,曾參與過法國與瑞典的高階核廢料最終處置計畫,也為法國的核廢料專責機構(ANDRA)與瑞典的核廢料專責機構(SKB)寫過幾本技術報告,因此筆者想將過去的工作經驗提出來給大家參考,讓大家對高階核廢料的最終處置有較多的理解,筆者也想說明對於核廢料的最終處置,尤其是高階核廢料,並不是只要有地可以埋就好,其中有很多需要考慮的因素。

首先要理解的是,法國的最終處置採再處理方式,將用過核燃料裡面還可再利用的部分抽取之後,會剩下不能再利用的部分,這些不能再利用的廢棄物稱為核廢料。而台灣的最終處置方式參考瑞典,屬於直接處置,由反應爐退出來的燃料棒,在經過循環海水冷卻系統的濕式貯存後,會進入乾式貯存,接著直接進入最終處置坑道,廢棄物並未經過再處理,稱為直接處置之用過核燃料。

法國的核發展史要推到二次大戰後,軍人出身的戴高樂認為,發展核武對法國的國力提升很有幫助,於是大力推動,後來才延伸到發電這方面,時至今日,核能已經成為法國的主要發電來源,在2018年時佔總電量的71.7%(前總統歐蘭德任內承諾,2025年前把核能發電比例從75%降到50%)。

法國人把「核廢料埋地底」,是怎麼做的?

面對大量的核廢料,法國的最終處置採用地底掩埋方式(深層地質處置),在經過選址作業之後,法國選用相對鬆軟的黏土層(法文將該母岩稱為argilite)作為處置母岩。水是唯一能將有害核種自地底深處帶到地表的的媒介,因為鬆軟黏土層不易排水,如果不幸發生核種外洩的情況,黏土層會讓核廢料污染經過很長的時間才滲透到土層或者延伸到地表;另一個原因在於,如果發生地震,黏土層因為鬆軟,對核廢料管線的破壞力會比較小,就像試管被包覆在麵團中一樣。為了處理核廢料,法國在1979年成立國家核廢料管理局(ANDRA),並於2000年建立Bure地下實驗室(Bure也是高階核廢料最終處置場址),在進行了20多年的研究後,ANDRA提出高階核廢料地底處置計畫「Cigéo」

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法國核廢料的掩埋程序是這樣的,首先在地底挖好隧道之後,讓隧道靜置一段時間,好讓土壤釋放在隧道開挖的過程中因結構改變而產生的壓力,接著再將要存放核廢料的管子放進隧道之中,然後繼續觀察管子在地底的受力情形,觀察時間是3到6個月,甚至是一年,在這之後才利用軌道將核廢料運送到管子之中。

值得注意的是,核廢料的存放方式是一層一層包覆的:中階核廢料先放入一個圓柱體裡面,接著再將這裝有核廢料的圓柱體,放進高強度混凝土盒裡面(一個混凝土盒有四個孔,可放四個圓柱體),後加蓋,再將混凝土盒利用軌道送進已放在地底的混凝土管裡(一根混凝土管可堆疊好幾個混凝土盒)。而高階核廢料則是用鋼製的圓柱體儲存,再放置到處置隧道裡,同時在地底中用來存放高階核廢料的材質,與包覆中階核廢料的混凝土管也不一樣,是鋼製的。

埋到地底的目的,其實主要是為了「等待」

筆者會根據ANDRA公司所提供的掩埋場所之地質條件、掩埋核廢料所使用的材質強度這些數據來做模擬,做出來的結果必須要能保證這些外層的混凝土管一百年之內絕對不會壞。至於保證為什麼是一百年?那是因為地底的水,在日積月累之下會慢慢從土層本身的孔隙滲透到掩埋核廢料的隧道系統中,在經過一百年之後,核廢料要原封不動取出來或添加新東西進去都會變得困難;另一個因素在於現今選擇掩埋的地質條件(鬆軟的黏土層),還有材質都只能延後核廢料對地表造成傷害的時間,中、高階核廢料對環境的威脅並不會在往後的幾百年或幾千年內就消失,而ANDRA這間公司設想,如果在一百年內可以找到新的方法來更妥善地處理核廢料的話,他們就可以回收完整的混凝土盒,而不至於在掩埋後就造成無法再取出的情形。

即使這一百年內ANDRA無法成功開發出新技術,地底的混凝土管與鋼管內部存放核廢料的圓柱體在很長的時間內也不會壞,就像俄羅斯娃娃原理(或稱為多重障壁),即使最外面的混凝土管或鋼管壞了,還有中間層保護。

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埋在幾公尺深的地方,也是一種學問

法國的核廢料掩埋在距離地表約500公尺深的地方,核廢料如果埋在比較淺的地方,核廢料管所承受的現地應力(法文稱為contraintes in situ)就比較低,核廢料管可以保存較久,但是因為核廢料本身有熱度,如果埋得太淺熱度很快就會傳到地表來,更重要的一點是,萬一不幸發生核種外洩,核廢料埋太淺的結果,就是很快地核種污染就會滲透到地表來。

核廢料如果埋在離地表很深的地方,萬一不幸發生核種外洩,核種污染要經過很長的一段時間才會到達地表,但壞處在於,裝核廢料的管子所需承受的現地應力會比較大,管子的保存年限會因此大幅縮短。在考慮了核廢料掩埋深淺的優缺點,以及Bure這個地方的實際地質條件之後,計算出來最適合掩埋核廢料的深度就是在500公尺左右的範圍(每個高階核廢料最終處置場地的深度會因其地質條件有所變異,北歐因為曾經歷過冰河時期,根據其地質條件計算後,最適合掩埋核廢料的深度大約是200到300公尺這個範圍)。

至於地底的掩埋工程如下:開挖機器在到達地表深處500公尺之後,會在同一個水平面上挖出縱橫交錯的隧道。這裡要注意的是,掩埋核廢料的地底隧道開挖,並非都是以直線方式進行,電腦會依據Bure的地質結構進行數值模擬,再以得到的結果來決定隧道如何轉彎、轉彎的弧度大小。電腦同時也模擬了核廢料管在10萬年間的受力變化(不計算十萬年之後的受力變化是因為,計算結果的誤差值很大,因此沒有計算的必要)。

值得注意的是,混凝土管與鋼管的受力情況是從現有的3年量測數據去推算出來的,再從這3年去推算未來的10年、100年甚至10萬年,得出來的結果會隨著時間的年限越久遠,而產生越大的誤差值,在這樣的情形之下,預測出來的管線在十萬年後的受力變化也只能是個參考值。面對數值模擬可能產生的誤差值,法國做了最保守的情況假設,並根據這個假設去做各種條件的掩埋設計,以期將核廢料掩埋對未來環境所可能帶來的各種威脅降到最低。

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責任編輯:丁肇九
核稿編輯:翁世航