乏燃料知識大補帖,兼駁黎廣德先生所言

作者: William Lam

香港著名可再生能源工程師、投資者兼反核人士黎廣德先生,日前發表文章,提到中國連雲港反核示威,並如往常一樣誇大沿岸興建核燃料再循環設施的害處。文章不但對乏燃料處理有很多謬誤,而且刻意誇大危險性以嚇怕讀者,令本人實在不吐不快,故才寫這篇科普文以證視聽,望各位指教指教。

 

乏燃料,其實就是指已在反應爐用過的核燃料。當中包括未「燒」完的鈾235、平常狀態不會參與裂變的鈾238,以及其他裂變生成物,而這些生成物部分以放射性同位素形式存在,例如鈈、鍶-90、銫-137、鎝-99和碘-129等等。由於大部分同位素都具放射性,部分裂變生成的同位素甚至具高放射性,故這些乏燃料所具備的放射性比一般核廢料高,故又稱高階核廢料(1)。

 

不過,常溫常壓狀態下,只要分開一定距離存放,無論任何形式的高階核廢料,都不會自己發生鏈式反應,更不會自己爆炸,只會放出衰變熱(2),核廢料處理廠最先要做的,就是用水不斷冷卻及帶走衰變熱,一般的大型水循環冷卻系統已經可以做到。這放置過程可持續幾年至十年時間,讓初期放出衰變熱較多的同位素衰變成其他放射性更低的物質為止。(圖片是一大塊準備用於核電池的高純度鈈,鈈所產生的衰變熱算是很高(熱力相當於一公斤570 WATTS/一小時),而輻射(尤其高能量輻射)相對低很多,你帶了手套都可拿著一小片幾小時而不會有危險。當然一整個冷卻水池中鈈的含量可能就只等於幾十公斤這種東西而已)(3)。

 

好了,乏燃料再處理廠究竟做什麼?其實就是將放置了相當長時間,已經冷卻的乏燃料取出,然後再進行處理,將大部分物質變回可繼續「燒」的核燃料。要知道現時的鏈式反應堆效率其實不太好,一般只能裂變掉核燃料當中的大約20-30%的可裂變物質,其他有用的可裂變物根本就浪費掉,故最好就不要浪費,把它們弄回來循環再造了!

 

再處理也有多個方法,其中最簡單的是把一些放射性高的同位素拿走後,直接將乏燃料削成合適外形,然後拿回重水反應堆「燒」!因為重水反應堆是可以直接讓鈾235濃度較低的核燃料進行鏈式反應。另外一個現時較常見的方法是將乏燃料中的可裂變物質,例如鈾235, 233, 238與鈈等和「裂變毒素」(可影響核反應的放射性同位素)分離,這可採取一般的化學反應,然後再調配比例成為新的核燃料,其中比較常提到的就是MOX(4)。這過程基本上就和各大核燃料生產設施沒有大分別,只是第一次提煉的鈾燃料中,鈈的數量極少。現時一般核燃料由於量少,每次都是以少量方式進行配制,過程已是機械化及隔離式操作,且操作環境有如實驗室級別。由於每次處理都只是處理少量燃料,即使發生最嚴重的情況(即燃料因為濃度超越臨界而發生極短時間的小規模鏈式反應,例如東海道JCO臨界事故),也不涉及爆炸,絕大部分的輻射都只是影響室內,最多是波及附近的工作間而已。

 

至於殘餘高階核廢料的處理手法,過去七十年已證明是行之有效的,加之再處理過後體積進一步縮小,其實反而更容易處理(5)。乏燃料再處理手段其實是處理高階核廢料的最佳手段,因為它本著的是重用再重用的原則,而且殘餘的高階核廢料體積亦會更小,現時的處理手法更加游刄有餘。

 

好了,講了一大堆背景資料,究竟黎先生錯在哪裏?

  1. 「乏燃料儲存的安全性」:乏燃料由於不涉及連鎖反應,處理廠也不涉及高壓蒸氣設施,爆炸危險性是非常非常非常低,所以其保護設施其實也不需要達到核電廠級數,事實上如果有持續的次級冷卻源(如海水),幾乎沒有爆炸的可能…… 現時涉及核燃料殘餘物的意外中最嚴重的, 是60年前蘇聯一次意外(6), 其他涉及乏燃料再處理的事故最多就只有三級事故而已(7)。
  2. 「乏燃料處理設施可能污染環境」:乏燃枓儲存池的安全性其實極高,因為水兼具屏蔽及冷卻的效果,在輻射屏蔽效果上比鉛更好。事實上,池面的水,本身的輻射含量可能比自然環境的背景輻射還要低(8)。而由於核燃料本身有鋯合金外殼保護,池水本身亦不會接觸到內部的裂變物質。池水內的少量雜質在受輻射轟擊後可能帶有少量放射性,但處理手法其實和一般核電廠的冷卻水一樣:用過一段時間後放入另一個水池,待其衰變完後排出或者流回循環系統再用,而平時這些水也不會直接流出大海,因為其冷卻系統和一般核電廠一樣,都是二次循環系統。
  3. 「乏燃料廠選址因素」:世上大部分乏燃料處理設施都在海邊或大河邊上,何解? 因為這可以為乏燃料冷卻系統提供幾乎不會「斷供」的冷卻源,這是其安全的最大保證! 還有,英文維基上有全球再處理設施的資料, 看清楚究竟有多少是在海邊及大城市附近!!!怎麼有人會認為甘肅大西北是好選址?你多找幾滴水給我好嗎?(9)另外選址在連雲港也不是沒有原因。首先,除附近有田灣核電廠外,地理上也是中國沿海的中心位置,無論南方還是北方核電設施運輸乏燃料至此其實十分方便,任何核電廠開出的特種運輸船可在一日半內到達這裏;其次,上文已提過燃料再處理的最簡單手段就是切削成合適形狀再丟回重水堆「燒」,而中國最大的重水反應堆發電廠就在300多公里外的秦山三期(其實最初期選址是在福建北部,更近)。順便在這裏要補充一下,黎生在文章中提到甘肅北山是最初期廠址選址, 但細看其他新聞資料, 北山其實是高階核廢料的最終深埋選址! (10)

 

  1. 「乏燃料運輸方式與安全性」:核廢料運輸車?黎生一定以為自己身在歐洲。現時中國所有核電廠都在沿海,你用核廢料運輸車幹什麼? 一條二重底 / 三重底重防禦兼冷卻系統齊備的千噸級特種運輸船已可以搞妥一個核電廠十年量的核廢料有餘了! 外加上海軍/ 海巡船護航,請問你怕什麼?怕恐襲?以日本為例,八十年代訂購的敷島級大型海巡船,其中一個主要任務就是為日本來往歐洲的核燃料 / 乏燃料運輸船進行護航,人家每年至少來回一次啊! 而且核廢料儲存容器其實已有相當足夠的防護(11),加上走高速公路時警察 / 軍隊沿路開路護航及封路,旅客想看到?只怕所有旅客此生都沒機會看一看運輸車的尊容啊(如果真要用上)!

退一萬步來說,核廢料船沉沒後,核廢料裝載器的危險性反而可能不大呢;冷戰以來全球共有大約5艘核潛艇在公海沉沒(美國2, 蘇聯3),長年以來都有環保組織監察這些船的核洩漏情況,他們發現,部分潛艇的確有核洩漏,但主要涉及艦上核武器內少量核材料(而核彈頭因為要保持較輕重量,不會考慮超高水壓情況下的防護),反應堆中鈾235濃度極高的軍用核燃料在超高水下壓力下到現時仍沒有任何洩漏情況。何解?海洋本來就是一個永不枯竭的超大型冷卻池,而已關掉的反應爐本身就是一個高強度防護容器(12)。何況,沉在淺水區,你撈不起來嗎?

說回來,內地市民的抗爭,在相當程度上也是對核能缺乏認識,以及NIMBY(鄰避效應)所造成,情況上和抗議PX廠沒有兩樣(PX生產在化工中是低危險性且污染水平也較低的工業)。抗議在某程度上已是民粹主義的反映。一個工程師竟然因為民粹主義勃興,蓋過理性及科學思考而覺得高興,甚至藉誇大恐慌及運用錯誤資訊進一步刺激民粹,似乎有違自己的職業道德及操守。再講,黎先生下次講另外一些自己不熟悉的工程項目時,煩請認真的Google search,兼核實所有資料,免得連一個文科生都可以指出你的謬誤,好嗎?

P.S. 黎先生有否撫心自問,現實世界有哪種能源能代替煤及石油等的化石燃料,如何顯著減少碳排?你年紀也不小了,未必看到惡果,但全世界七十多億人及其後代就…….

註: (1)詳細見http://pansci.asia/archives/95368

(2) http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=19138

(3) https://en.wikipedia.org/wiki/Plutonium#/media/File:Fueling_of_the_MSL_MMRTG_001.jpg (4) https://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_reprocessing (5) http://zh.nuke.wikia.com/wiki/核廢料要怎麼辦%EF%BC%9F

(6) http://www.environmentandsociety.org/arcadia/nuclear-disaster-kyshtym-1957-and-politics-cold-war。事實上,那次意外嚴格來說不涉及發電乏燃料,而是提煉武器級高濃縮鈾及鈈後的殘餘物。蘇聯核事故比率一直較高,其實和他們早年的核擴軍政策有關,而且此廠址正正不在岸邊,且由於廢料內含有大量氮化物,擺放方法亦有問題(不是今天的大型池式,而是深埋垂直鋼筒式,且當時亦缺乏持續監控手段),結果當溫度上升,氮化物氣化,形成一個超級大型肥料炸彈。然而,今天任何形式的乏燃料根本不會有氮化物這回事……..

(7)https://web.archive.org/web/20070928003307/http:/www.hse.gov.uk/nuclear/llc/2005/sella2.htm#incidents 。這次事故也只是涉及的83立方米溶液流進了保護殼內,但仍能吸回,沒有流出廠外

(8) https://chaoglobal.wordpress.com/2013/09/26/nuclear-3/

(9) 當中法國Marcoule的處理設施不但在河流邊,離海岸線不算遠,離馬賽更只有50公里,南法人口密度並不低啊;La Hague則在加萊半島頂端,英倫海峽的入口,這裏不但處理法國本土的乏燃料,更處理世界其他核電廠的乏燃。其他處理設施位置可見https://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_reprocessing

(10) http://www.infzm.com/content/101619

(11)http://www.world-nuclear.org/information-library/nuclear-fuel-cycle/transport-of-nuclear-materials/transport-of-radioactive-materials.aspx

(12) http://www.nationalgeographic.com/k19/radiation_main.html

 

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