奔腾思潮》处理核废料之完整蓝图（李敏）

图为远眺核电厂内的相关设施。（本报资料照片）

核能发电燃料体积小，易于运输与储存，核电机组一次更换燃料可以使用18至24个月；核能发电成本中，购买燃料成本占比低，故发电成本不因国际能源价格飙涨而大幅度波动。更重要的是，核能发电单位发电量的碳排，几乎是各种发电方式中最低的，根据联合国政府间气侯变迁专门委员会(IPCC)的资料，每度核电生命周期排放的温室效应气体量为每度24克，与陆地及海域风电相当，而大型光电的排放强度为每度48克。

近年来，温室效应气体在大气中的累积，造成气侯的变迁，对人类的活动，甚至生存，带来重大的影响。过去数年全球各地出现热浪、酷寒、洪水、干旱、与飓风等极端气象几乎已成常态，民众意识到地球气候变迁才是人类应该正视的关键议题。国际能源署认定人类要在2050年达到碳中和，核能是不可或缺的能源，欧盟已于2022年将核能视为净零碳排必要手段，也认同核能可以视为绿能。俄乌战争与中东再一次的兵凶战危，让世界各国认知能源供应的不虞匮乏与价格稳定，对国家安全的重要性。根据国际核能组织的资料，世界上有50个国家准备扩张核能占比，开始兴建核能电厂或规划核能的使用。核能复苏已是国际趋势。

核电厂安全与核废料处置的疑虑

不可讳言的，核能发电的使用确实是一个具争议，且有多层面向的议题。能源的使用是一项选择，即然是选择，必然要考虑国家特殊的天然条件与地缘关系，当然不可避免的会掺杂个人主观的认知与价值观，也与国民对能源议题的了解程度有关。

长久以来，反对使用核电最重要的原因，为对辐射的恐惧，担心核电厂发生炉心熔毁事故，导致放射性物质的外释，对民众造成健康的影响，以及忧虑无法处置含有长半衰期放射性核种的高阶「核废料」。

赵嘉崇博士，美国麻省理工学院核工博士，曾任职美国的电力研究院(Electric Power Research Institute, EPRI)，专责于核子动力反应器安全分析与评估相关研究的督导与规划，对于影响核能业界的三件事故，美国三浬岛、前苏联车诺比尔、与日本福岛事故，有透澈的了解。赵博士也曾在多所世界著名大学客座，担任享誉国际的核能期刊的编辑，赵博士在核能领域的学术界与产业界都颇负胜盛名。他于2022年出版A Complete Perspective of Nuclear Energy，中译为「全面透视核能」该书中，对核能发电的基本原理，核电厂技术、核能安全、核武扩散与核废料等议题都有着墨，深入浅出，是了解核能绝佳的工具。该书的重点可以说是阐述核电的安全性。

他有感于民众与决策者对于核废料的妥善处置多有疑虑，赵博士不眠不休的完成了第二部巨著，「处理核废料之完整蓝图」，对核废料议题做了更深入的剖析，也从各个不同的层面探讨核废料，也适切的提出他的见解，并对能源政策决策者与执行者提出具体的建议。

低阶核废料、用过核燃料、与高阶核废料

在讨论核废料议题前，首先要知道，依照废料中放射核种的数量，以及放射性核种的半衰期长短。核废料粗分为两大类，一类为放射性核种含量低，且核种半衰期较短，通称为低阶核废料。全世界已有超过100座的低阶核废料终期处置设施，低阶核废料可以妥善处置已毋庸置疑，需要克服的只是民众的邻避效应。

另一类为核种半衰期长，且废料中放射性核种含量较高的高阶的核废料。核燃料使用后，自炉心退出的燃料，称为使用过核燃料，含有多种与大量放射性核种，包括分裂产物，以及半衰期非常长的超铀元素。事实上，使用过核燃料中，尚有大量的能源，若经过再处理的程序，可以回收铀与钸，再次置入放应器，产生能量。用过核燃料再处理后剩下来不可用的物质，才是真正的高阶核废料。处置的方式是将高阶核废料以玻璃材料固化，加以适当的多层包覆，再进行深层地质处置，也就是埋存在约500公尺深，地质条件适当的地窖中，再将地窖填满遇水会膨胀的膨润土。玻璃固化材料、多层包覆材料、膨润土、以及500公尺厚的地壳，将放射性核种与生物圈隔离，避免对生物圈产生影响。目前美国已有一座高阶核废料处置场，位于墨西哥州，永久储存生产核武产生的高阶核废料。

天然现象证明高阶核废料的地质处置可行

赞成核能的人认为，埋存用过核燃料，即使包装经过千年后，有可能损坏，但释出的核种，在地质屏障中的迁移能力很低，经过上百万年才移动数公分。这项认知，来自于天然存在的核反应炉，20亿年前，当铀-235的含量较高时，非洲加彭共和国有个天然的核反应器，处于临界状态长达数百万年，产生了各种会存在于用过核燃料的放射性核种，检视该铀矿周边的放射性核种分布，发现核种迁移的距离非常短，500公尺深的地窖，绝对可以防止放射性核种危害到生物圈。

反核团体认为任何的隔离措施要保证万年，或者10万年有效是不可能的事。沧海桑田，他们可以想像出各种的情境，担心核废料会对后代子孙带来危害。但是替万年后子孙忧心的人，是否认知到任何发电方式都会产生废弃物，生产光电池晶片的过程会产生各类型的废弃物、光电池本身也是废弃物、风机的叶片、化石燃料发电排放的二氧化碳更是废弃物。

在各种发电方式中，单位发电量产生的废弃物，核能发电远远的低于其他发电方式。核能发电是对产生的废弃物最负责任的发电方式。不论是高阶或低阶核废料都留有完整的记录与妥善包装处置，储存时绝对没有任何安全顾虑。深层地质的永久处置，再以千年计的可见未来，可以有效的将放射性核种与生物圈隔离。那些为万年后子孙忧心的人，是否想过非核的地球，30年后还适合子孙居住吗？

用过核燃料的直接地质处置

用过核燃料再处理可以大幅度减少需要处置废弃物总量，又能回收可以再次作为燃料的铀与钸，但是麻烦的是钸可以制造原子弹，如果处理后的钸是单独存在，核燃料再处理有核武扩散的疑虑。再加上燃料再处理程序复杂昂贵，有些国家已经决定将用过核燃料视为废弃物，直接进行前述的深层地质处置，也就是将用过核燃料适当的包装后，埋存在约500公尺深，地质条件适当的地窖中。这些国家包括瑞典、芬兰、美国等国。瑞典与芬兰已找到场址，已开始储存设施的兴建。美国也选内华达州犹卡山场址，设施的设计已完成，但因政治因素，设施的兴建已延宕超过10年。台湾目前的政策是将用过核燃料视为废弃物，直接进行深层地质处置，且有寻觅场址与设施兴建的完整路径图，但高喊「非核家园」的执政党，并没有认真地依路径图执行。

新技术的发展

高阶核废料或者用过核燃料都需要与生物圈妥善隔离万年，才能让民众安心。有没有办法让那些常半衰期的放射性核种消失呢？利用中子撞击放射性核种，中子被吸收会改变原子核的组成，改变其半衰期，这个过程称为嬗变，嬗变也会产生能量。我们可以将高阶核废料置于会大量产生中子的装置中，反应器或是其他设施，以适当之能量分布的中子照射，诱发嬗变反应。利用嬗变消灭常半衰期的核种是可行的，但牵涉到新的程序与技术的发展，需要新的燃料再处理技术与新型核反应器（嬗变装置）的开发。事实上，大家梦寐以求的核融合反应器技术，某些核融合反应会产生中子，这些中子也可以驱动嬗变反应。换句话说，用核融合反应器「吃掉」核分裂反应器的废料。

世界上也有不少的核能使用国家选择「观望」，即静待技术进一步的发展，看是否有更好的选择，再等待的期间，好好的照顾与监管用过核燃料，干式储存设施是一致的选择。用过核燃料可透过自然对移热，绝无爆炸与燃烧的可能性，适当得照管下，没有任何的安全顾虑。选择观望的国家大都是用过核燃料数量不多的国家，一来可能因为国家地质状况，厂址难觅；二来是因为量小，设施兴建分摊的单位处置成本过高，所以期盼将用过核燃料置于国际共同兴建的地质处置设施。

台湾核废料的问题的因应

赵博士的书对于前述的选项都有明确的阐述，由基本物理现象出发，考量工程技术、物料、经济、政治各层面。工程技术面含括瞭核燃料循环、用过核燃料处理、防范核武扩散、用过核燃料站存与监管、嬗变、以及新型核反应器设计等。同时也对「核电大国」与「非核电大国」该如何面对用过核燃料议题做出具体的建议，提出充满创意的核废料会计学与核废料货币学论述。赵博士合乎逻辑的论述与流畅的文笔，让了解枯燥且复杂的科学与工程问题成为有趣的事，开卷后，不忍释手。本书是核能工作者与对能圆领与有兴趣的人，全面了解核废料最佳的书籍。

最后我想借用赵博士书说的话，让总统候选人与他的团队了解台湾的核废料的问题该如何因应。

建立处理核废料的机制，来完成一系列必须执行的工作，这些工作有：

1.成立专业处理废废料之机构

2.国家必须立法来规范核废料之远程政策

3.储备核能科技人才来应对专业性与跨世纪性之议题

4.积极发展参与国际核能资产共享联盟

5.寻觅建设短期与长期核废料储置地点设施■

（作者为国立清华大学工程与系统科学系特聘教授）

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