處理核廢料之完整藍圖

《奔騰思潮》授權全文

作者：李敏 / 國立清華大學工程與系統科學系特聘教授

核能發電燃料體積小，易於運輸與儲存，核電機組一次更換燃料可以使用18至24個月；核能發電成本中，購買燃料成本佔比低，故發電成本不因國際能源價格飆漲而大幅度波動。更重要的是，核能發電單位發電量的碳排，幾乎是各種發電方式中最低的，根據聯合國政府間氣侯變遷專門委員會(IPCC)的資料，每度核電生命週期排放的溫室效應氣體量為每度24克，與陸地及海域風電相當，而大型光電的排放強度為每度48克。

近年來，溫室效應氣體在大氣中的累積，造成氣侯的變遷，對人類的活動，甚至生存，帶來重大的影響。過去數年全球各地出現熱浪、酷寒、洪水、乾旱、與颶風等極端氣象幾乎已成常態，民眾意識到地球氣候變遷才是人類應該正視的關鍵議題。國際能源署認定人類要在2050年達到碳中和，核能是不可或缺的能源，歐盟已於2022年將核能視為淨零碳排必要手段，也認同核能可以視為綠能。俄烏戰爭與中東再一次的兵凶戰危，讓世界各國認知能源供應的不虞匱乏與價格穩定，對國家安全的重要性。根據國際核能組織的資料，世界上有50個國家準備擴張核能佔比，開始興建核能電廠或規劃核能的使用。核能復甦已是國際趨勢。

核電廠安全與核廢料處置的疑慮

不可諱言的，核能發電的使用確實是一個具爭議，且有多層面向的議題。能源的使用是一項選擇，即然是選擇，必然要考慮國家特殊的天然條件與地緣關係，當然不可避免的會摻雜個人主觀的認知與價值觀，也與國民對能源議題的了解程度有關。

長久以來，反對使用核電最重要的原因，為對輻射的恐懼，擔心核電廠發生爐心熔毀事故，導致放射性物質的外釋，對民眾造成健康的影響，以及憂慮無法處置含有長半衰期放射性核種的高階「核廢料」。

趙嘉崇博士，美國麻省理工學院核工博士，曾任職美國的電力研究院(Electric Power Research Institute, EPRI)，專責於核子動力反應器安全分析與評估相關研究的督導與規劃，對於影響核能業界的三件事故，美國三浬島、前蘇聯車諾比爾、與日本福島事故，有透澈的了解。趙博士也曾在多所世界著名大學客座，擔任享譽國際的核能期刊的編輯，趙博士在核能領域的學術界與產業界都頗負勝盛名。他於2022年出版A Complete Perspective of Nuclear Energy，中譯為「全面透視核能」該書中，對核能發電的基本原理，核電廠技術、核能安全、核武擴散與核廢料等議題都有著墨，深入淺出，是了解核能絕佳的工具。該書的重點可以說是闡述核電的安全性。

他有感於民眾與決策者對於核廢料的妥善處置多有疑慮，趙博士不眠不休的完成了第二部鉅著，「處理核廢料之完整藍圖」，對核廢料議題做了更深入的剖析，也從各個不同的層面探討核廢料，也適切的提出他的見解，並對能源政策決策者與執行者提出具體的建議。

低階核廢料、用過核燃料、與高階核廢料

在討論核廢料議題前，首先要知道，依照廢料中放射核種的數量，以及放射性核種的半衰期長短。核廢料粗分為兩大類，一類為放射性核種含量低，且核種半衰期較短，通稱為低階核廢料。全世界已有超過100座的低階核廢料終期處置設施，低階核廢料可以妥善處置已毋庸置疑，需要克服的只是民眾的鄰避效應。

另一類為核種半衰期長，且廢料中放射性核種含量較高的高階的核廢料。核燃料使用後，自爐心退出的燃料，稱為使用過核燃料，含有多種與大量放射性核種，包括分裂產物，以及半衰期非常長的超鈾元素。事實上，使用過核燃料中，尚有大量的能源，若經過再處理的程序，可以回收鈾與鈽，再次置入放應器，產生能量。用過核燃料再處理後剩下來不可用的物質，才是真正的高階核廢料。處置的方式是將高階核廢料以玻璃材料固化，加以適當的多層包覆，再進行深層地質處置，也就是埋存在約500公尺深，地質條件適當的地窖中，再將地窖填滿遇水會膨脹的膨潤土。玻璃固化材料、多層包覆材料、膨潤土、以及500公尺厚的地殼，將放射性核種與生物圈隔離，避免對生物圈產生影響。目前美國已有一座高階核廢料處置場，位於墨西哥州，永久儲存生產核武產生的高階核廢料。

天然現象證明高階核廢料的地質處置可行

贊成核能的人認為，埋存用過核燃料，即使包裝經過千年後，有可能損壞，但釋出的核種，在地質屏障中的遷移能力很低，經過上百萬年才移動數公分。這項認知，來自於天然存在的核反應爐，20億年前，當鈾-235的含量較高時，非洲加彭共和國有個天然的核反應器，處於臨界狀態長達數百萬年，產生了各種會存在於用過核燃料的放射性核種，檢視該鈾礦週邊的放射性核種分佈，發現核種遷移的距離非常短，500公尺深的地窖，絕對可以防止放射性核種危害到生物圈。

反核團體認為任何的隔離措施要保證萬年，或者10萬年有效是不可能的事。滄海桑田，他們可以想像出各種的情境，擔心核廢料會對後代子孫帶來危害。但是替萬年後子孫憂心的人，是否認知到任何發電方式都會產生廢棄物，生產光電池晶片的過程會產生各類型的廢棄物、光電池本身也是廢棄物、風機的葉片、化石燃料發電排放的二氧化碳更是廢棄物。

在各種發電方式中，單位發電量產生的廢棄物，核能發電遠遠的低於其他發電方式。核能發電是對產生的廢棄物最負責任的發電方式。不論是高階或低階核廢料都留有完整的記錄與妥善包裝處置，儲存時絕對沒有任何安全顧慮。深層地質的永久處置，再以千年計的可見未來，可以有效的將放射性核種與生物圈隔離。那些為萬年後子孫憂心的人，是否想過非核的地球，30年後還適合子孫居住嗎？

用過核燃料的直接地質處置

用過核燃料再處理可以大幅度減少需要處置廢棄物總量，又能回收可以再次作為燃料的鈾與鈽，但是麻煩的是鈽可以製造原子彈，如果處理後的鈽是單獨存在，核燃料再處理有核武擴散的疑慮。再加上燃料再處理程序複雜昂貴，有些國家已經決定將用過核燃料視為廢棄物，直接進行前述的深層地質處置，也就是將用過核燃料適當的包裝後，埋存在約500公尺深，地質條件適當的地窖中。這些國家包括瑞典、芬蘭、美國等國。瑞典與芬蘭已找到場址，已開始儲存設施的興建。美國也選內華達州猶卡山場址，設施的設計已完成，但因政治因素，設施的興建已延宕超過10年。臺灣目前的政策是將用過核燃料視為廢棄物，直接進行深層地質處置，且有尋覓場址與設施興建的完整路徑圖，但高喊「非核家園」的執政黨，並沒有認真地依路徑圖執行。

新技術的發展

高階核廢料或者用過核燃料都需要與生物圈妥善隔離萬年，才能讓民眾安心。有沒有辦法讓那些常半衰期的放射性核種消失呢？利用中子撞擊放射性核種，中子被吸收會改變原子核的組成，改變其半衰期，這個過程稱為嬗變，嬗變也會產生能量。我們可以將高階核廢料置於會大量產生中子的裝置中，反應器或是其他設施，以適當之能量分布的中子照射，誘發嬗變反應。利用嬗變消滅常半衰期的核種是可行的，但牽涉到新的程序與技術的發展，需要新的燃料再處理技術與新型核反應器（嬗變裝置）的開發。事實上，大家夢寐以求的核融合反應器技術，某些核融合反應會產生中子，這些中子也可以驅動嬗變反應。換句話說，用核融合反應器「吃掉」核分裂反應器的廢料。

世界上也有不少的核能使用國家選擇「觀望」，即靜待技術進一步的發展，看是否有更好的選擇，再等待的期間，好好的照顧與監管用過核燃料，乾式儲存設施是一致的選擇。用過核燃料可透過自然對移熱，絕無爆炸與燃燒的可能性，適當得照管下，沒有任何的安全顧慮。選擇觀望的國家大都是用過核燃料數量不多的國家，一來可能因為國家地質狀況，廠址難覓；二來是因為量小，設施興建分攤的單位處置成本過高，所以期盼將用過核燃料置於國際共同興建的地質處置設施。

臺灣核廢料的問題的因應

趙博士的書對於前述的選項都有明確的闡述，由基本物理現象出發，考量工程技術、物料、經濟、政治各層面。工程技術面含括瞭核燃料循環、用過核燃料處理、防範核武擴散、用過核燃料站存與監管、嬗變、以及新型核反應器設計等。同時也對「核電大國」與「非核電大國」該如何面對用過核燃料議題做出具體的建議，提出充滿創意的核廢料會計學與核廢料貨幣學論述。趙博士合乎邏輯的論述與流暢的文筆，讓瞭解枯燥且複雜的科學與工程問題成為有趣的事，開卷後，不忍釋手。本書是核能工作者與對能圓領與有興趣的人，全面了解核廢料最佳的書籍。

最後我想借用趙博士書說的話，讓總統候選人宇他的團隊了解臺灣的核廢料的問題該如何因應。

建立處理核廢料的機制，來完成一系列必須執行的工作，這些工作有：

1.成立專業處理廢廢料之機構

2.國家必須立法來規範核廢料之遠程政策

3.儲備核能科技人才來應對專業性與跨世紀性之議題

4.積極發展參與國際核能資產共享聯盟

5.尋覓建設短期與長期核廢料儲置地點設施