台灣埋核廢料的方式學習瑞典,但他們是怎麼處理的?

台灣埋核廢料的方式學習瑞典,但他們是怎麼處理的?
Photo Credit : Reuters / 達志影像
我們想讓你知道的是

核燃料在進入乾式貯存階段時會被安全封固,配合長期監測的手段基本上無安全疑慮,但既然沒有安全疑慮,那麼用過核燃料為何不能到乾式貯存之後就停止,好好地待在核電廠就好,而要有後續的最終處置呢?

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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)

筆者在上一篇已經分享過法國核廢料的最終處置,然而台灣目前對核能發電所產生的廢料處理方式參考瑞典,因此筆者這篇將分享瑞典對用過核燃料的最終處置情況,以期能讓台灣民眾對於用過核燃料的最終處置有較多的理解。

瑞典與芬蘭這兩個國家因為地質相近,加上地理位置的關係,對於用過核燃料的最終處置研究,彼此會共同合作,並共享成果。一般來說,核能發電所產生的廢料採用的是先以循環海水冷卻,接著採乾式貯存,最後才是最終處置。也就是說,在核電廠裡面處理的用過核燃料程序,只有到乾式貯存而已。

用過核燃料在進入乾式貯存階段時會被安全封固,且配合長期監測的手段,基本上無安全疑慮,不會對居民還有環境造成威脅,既然沒有安全疑慮,那麼用過核燃料為何不能到乾式貯存之後就停止,好好地待在核電廠就好,而要有後續的最終處置呢?這是因為用來做乾式貯存的混凝土頂多只能使用1~2百年,考慮到高階核廢料裡有些有害核種的半衰期很長,甚至可長達數萬年以上,只靠乾式貯存是無法永久有效隔離高階核廢料對環境與人體的傷害,所以選擇埋到地底是增加多重屏蔽,用以延緩有害核種滲透到地表來。

核廢料處置的現行方式:如何讓它能在廢棄物罐裡久一點

核廢料最終處置的安全評估量化標準,就是量測近地表生物圈有害核種的濃度,不得高於法規的標準(這裡有害核種指的是從廢棄物罐裡釋出的核種。假設安全評估的年限是十萬年,就表示十萬年之內,近地表生物圈的有害核種濃度不得高於法規)。換句話說,當核廢料或用過核燃料被埋到地底後,相關單位會監測廢棄物罐裡頭的有害核種濃度被地下水帶到地表的劑量。核種的濃度則與半衰期有直接關係,根據維基百科的解釋:「半衰期是指某種特定物質的濃度經過某種反應,降低到剩下初始時一半所消耗的時間」所以如果有害核種被鎖在廢棄物罐裡的時間越久,有害核種的濃度就會越低,對地表的威脅就越小。

筆者的一位朋友曾詢問,用過核燃料能否採用乾式貯存,每一百年換新的混凝土重新包裝,或舊的包裝不要拆除,外面再封一層,一百年後再封一層,像年輪的形式不斷封裝就好呢?在理論上這方法也許可行,但其中有些衍生問題需要考慮:

  1. 若換新的混凝土,舊的混擬土會變低階核廢料,必須要處理,這將增加低階廢料的體積
  2. 舊的包裝不拆除,外面加封的話,體積會越變越大,儲存空間會變大,這也必須提早規劃,才有足夠的空間存放這些廢料
  3. 若採用這種方式,考慮到高階核廢料裡頭有些有害核種的半衰期可達數萬年以上,則需要長期管理以確保資料不會因天災人禍等各種原因而丟失,進而導致再封裝作業方面有所疏漏
  4. 民眾的觀感也需考慮,資訊透明以及和民眾進行溝通都有其必要性。

面對核電廠所產生的廢料,目前還沒有任何一個國家的高階核廢料最終處置場已開始運轉,美國新墨西哥州的WIPP雖然已經運轉,但這是軍用核廢料最終處置場,在法律上並不能用來做為用過核燃料的處置場。目前進度較快的三個國家是法國、瑞典與芬蘭。芬蘭預計2024年開始處置用過核燃料,2100年可將芬蘭境內的高階核廢料轉移儲存完畢。這個工程預支了芬蘭30年的稅收,打算將核電廠產生的高階核廢料儲藏在地底10萬年

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瑞典芬蘭的處置方式,和法國有什麼差別?

在瑞典與芬蘭,用過核燃料在最終處置階段會裝在銅製的圓柱體中再埋放到地底,而法國的最終處置則是將高階核廢料放到鋼製的圓柱體中。為何材質選擇會不一樣?銅的抗腐蝕性比鋼好,但成本比較高。瑞典和芬蘭一樣,選用的處置母岩是花崗岩,該類岩體會有裂隙(法文稱為la fracture),包覆用過核燃料的材質抗腐蝕性較差,核種藉由水的傳遞就有可能很快滲透到地表,以抗腐蝕性強的銅做為廢棄物罐的材質,是較好的選擇。

而法國選用的處置母岩是黏土層,它的特性是自癒,不會有什麼明顯的裂隙,透水性低,包覆效果非常好,核種污染要滲透出來到地表不容易,加上法國得天獨厚,沒什麼地震,地層經過了至少1.6億年的沉積,所以是很穩定的岩石,本身就非常適合掩埋,選擇用鋼做為包覆核廢料的材質,可以降低成本。

在瑞典與芬蘭的例子中,熱間距設計是最終處置一個很重要的環節。在最終處置場,用來放置用過核燃料的隧道,會每隔一段距離就垂直往下挖一個洞,銅製的廢棄物罐就是放在已事先放了澎潤土的這些洞裡面(一個洞放一個廢棄物罐)。而洞跟洞之間,必須有一定的間距,因為廢棄物罐本身會有熱度(用過核燃料本身的熱度非常高,所以會先經過濕貯與乾貯,在這二個階段熱度會下降),若洞和洞之間距離太近,廢棄物罐的熱源將無法有效散開,在這種情況下,澎潤土將有可能失去它的特性,無法發揮作用。

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澎潤土是一種吸水就會膨脹的黏土,吸水膨脹後滲透系數會降低,透水性會變差,可以有效阻隔核種直接跑到岩石裡面,但澎潤土若受熱超過100˚C,吸水膨脹特性就會跑掉,因此放廢棄物罐的洞與洞之間,必須有一定距離,但洞與洞之間若隔太遠,則又太浪費空間,因此就必須算出最合適的間距。在瑞典,合適的熱間距約為6公尺。間距的計算和廢棄物罐的熱功率有關,熱功率則跟濕貯與乾貯的時間有關,濕貯與乾貯越久,初始熱功率越低。

芬蘭若2024年啟用最終處置場,他們的經驗跟數據對台灣幫助會很大,然而台灣和瑞典、芬蘭不太一樣的地方在於,台灣處於地震帶上,若以技術層面來考量,在選擇最終處置場址時,台灣必須更謹慎地考慮與處理地震因素所帶來的問題。

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責任編輯:丁肇九
核稿編輯:翁世航