成大:花岗与玄武岩对放射性核种有高吸附能力

生活中心/综合报导

日本在311地震后一直存在放射物质辐射污染环境隐忧,而台湾与日本环境地质条件相似,台风地震频繁,许多民众担心台湾是否会成为下一个福岛。成大地球科学系原子能委员会核能研究所化学组,近年研究两种国内主要结晶岩「花岗岩与玄武岩」,发现两种矿物具有对放射性核种的高吸附能力

2011年3月于日本东北宫城县外海发生规模9.1大地震,引发巨大海啸造成当地大规模且严重的破坏与毁损,由于放射性元素(主要是铯、锶、碘等)的外释,造成邻近之福岛第一电厂严重核安事故「放射性物质外泄灾害」。

▼福岛核电厂区。(图/成大研发快讯网站

直到目前为止,由放射性物质污染的范围影响程度无法有效评估日方调查结果显示有一部份放射性核种「铯」经雨水冲刷进入太平洋海水中,另外最近的地下水环境调查结果发现更有一部份放射性核种「锶」已渗入地下土层中,未来是否会经由地下水传输作用影响更大的范围,成为当今日本与各国关心的议题

福岛事件之后,日本政府投入大量人力物力,并积极结合国际间的研究单位,希望能有效处理并解决如此大规模的放射性物质污染问题

然而,由于受到污染的范围太过于广泛,大量受到辐射污染的土壤、水及动、植物等污染的废弃物,均成为有害的环境问题,因为其废弃物由于具有长半化期与高活度的特性,因此,要如何安全的处置此类放射性废弃物,不只是日本,也是全世界各国的棘手的问题。

由于日本与台湾地理位置相近,且环境地质条件相似,台风地震频繁,许多民众担心台湾是否会成为下一个福岛。

无论核四厂未来是否商转,核能发电仍为我国目前主要一大电力来源,且台湾目前拥有3座核能电厂(6座反应机组),自民国67年起已超过30年商转,核一厂也将在民国107年起除役核二厂109年、核三厂113年),未来10年内台湾将有三座核电厂陆续除役,无论如何届时必将产生非常大量的高、低放射性废弃物,也成为未来50年内最困难课题

目前世界各国对于放射性废弃物的最终处置办法,主要乃是以地层处置为主,采用多重障壁(multi-barrier)的概念,利用天然障壁与工程障壁的组成,是目前所知能有效与安全地处置放射性废弃物的主要方法。

为了确保放射性废弃物在衰变至环境背景值前与人类生物圈完全阻绝,放射性废弃物处置场的场址选择(Site selection)即构筑便扮演着一个举足轻重的角色。

如何使该处置场的施工设计达到最佳的围阻效果,除了需对场址的环境、地质、水文进行详尽的调查外,也需对当地岩石、矿物作详细的调查研究与汇整分析的工作以利处置场施工设计的安全评估。

近年来,放射性废弃物的处置研究工作一直都是世界使用核能的国家重点科技发展计划,其中最主要的评估研究为天然岩石或矿物对核种的吸附机制。根据相关的研究发现,放射性核种在岩石内的迁移行为,会受到岩石矿物的吸附效应而引起迟滞的效果,特别发现富有黏土矿物与云母类的岩石具有较高的吸附效果。

成大与原子能委员会针对两种台湾主要结晶岩进行研究,包括花岗岩与玄武岩,以评估花岗岩与玄武岩对放射性核种的迟滞(吸附)能力做评估,其中最主要的是核种的吸附机制,如果地质矿物对放射性核种具有高的吸附力,在安全评估上必可大幅地降低对民众的辐射剂量风险。

▼玄武岩(Basalt)偏光显微照相图与放射照相。 (图/成大研发快讯网站)

研究成果发现(利用偏光显微镜与放射照相法),花岗岩与玄武岩中的镁铁矿物(如:黑云母)具有对放射性核种的高吸附能力,矿物在直交偏光下,石英呈白色至灰白色白云母天蓝色紫色。在平行偏光下,黑云母则呈深黑色。

▼花岗岩(Granite)偏光显微照相图与放射照相图。 (图/成大研发快讯网站)