江飛宇science》放棄舊核電.... 新核電、小核電是選項嗎？

加拿大安大略省達林頓核電廠新機組採用SMR，總共建立4部。(圖/安大略發電公司 )

江飛宇

面對各界啓用核電的勸說，包括賴清德總統、卓榮泰行政院長對外界都是說「對未來新的、先進的核能技術，政府都抱持開放態度」，那麼新核電與舊核電有什麼不同? 小核電又與大核電差異在哪裡?

國際上(包括臺灣)的多數核電廠，大多是在1970年代第一次石油危機時，面臨化石燃料短缺而興建的，當時的核電技術已經進入第2世代，包括核一、核二、核三都屬於第2代反應爐。這一時期的反應爐追求的大功率，希望一舉解決電力短缺的問題，所以運轉功率在500百萬瓦到900百萬瓦之間，比如核一廠採用2部636百萬瓦的沸水式機組(BWR)，核二廠因技術提升，是2部985百萬瓦的沸水式機組(BWR)，核三廠是2部951百萬瓦壓水式機組(PWR)。

這些第2世代的核反應爐確實帶領全球渡過了能源危機，但是隨着中東局勢的好轉，油價再次下跌，核能的優勢變得不明顯。再加上 1979年的三哩島事故、1986年的車諾比事故、2011年的福島事故，許多國家談核色變，有一段時間許多國家選擇將其退役，甚至立法禁用核電。

至於第二世代的老核電廠是否有安全性問題? 就設計基礎來看，它們的安全性已經相當不錯，爐心熔燬率大約是「每2萬反應爐年才發生1次」。

既然如此，爲何我們已看到3起核電事故？先不論設計有缺陷的車諾比核反應爐，三哩島與福島的事故，其實與人爲操作有關，第二世代反應爐的功率高，使得它們需要有效的冷卻系統，萬一發生冷卻不足，就有可能出現反應爐心溫度高，進而造成核燃料熔化，進而熔穿反應爐的事故。三哩島只出現核燃料熔化，並未熔穿反應爐；至於福島事故，就是核燃料熔化，再熔穿反應爐。

附帶一提，經過3次的核事故後，第2代反應爐的安全值被重新估算成1/1.7萬年，也就是下修至每1.7萬年發生1次爐心熔燬。

然而國際情勢又出現改變，先是氣候變遷的影響劇烈，國際上已經有減碳、淨零碳排的共識，再加上2022年的俄烏戰爭，以及高耗電的虛擬貨幣、AI產業的興起，這些老核電廠再次變成市場上的搶手貨。

當然，這些延役，以及重新啓用的第二代反應爐，必須更新設計，補充安全裝備，至少提升到與第三代反應爐相同的安全標準。

經過三哩島、車諾比的核子事故後，1990年代的核子工程師提出高度安全性的第三代反應爐，設計原理與第二代相同，但是在管路與冷卻系統上做出改進，在抗震、冗餘冷卻系統、改進的控制系統都有更高的安全性，比如核四廠的「進步沸水式」ABWR就是第三代反應爐。與核四廠一樣，採用ABWR的還有日本柏崎刈羽電廠的6號機與7號機。

第三代反應爐的安全性是第二代的100倍，也就是每百萬運轉爐年纔可能發生爐心熔燬事故，然而，第三代反應爐尚未全面實現被動安全系統（例如靠自然對流冷卻爐心其設計功率）於是「第三代+」反應爐在2000年左右被提出，引進了自然對流冷卻爐心，簡化設計以降低建造與維護成本，包括西屋日立的AP1000、韓國水力核電的APR-1000都屬於第三代+。

世界各國與科技巨擘紛紛將目光轉向小型模組化反應爐。（資料照／美聯社）

然而，包括第三代與第三代+問世的時間剛好遇到2011年福島事故，於是在政治上不受歡迎；這使得核電工程師提出一種規格化，可在工廠裡打造的小功率反應爐，這就是現在經常聽的SMR「小型模組式反應爐」。同時,經過計算，大約300百萬瓦以下的功率，核反應就不會溫度過高而導致核燃料熔化，所以這種反應爐只需要少數人力監看即可。

不過，SMR反應爐大約從前年開始才傳出開工，而工廠化的反應爐的建造到今年才傳出消息，顯然距離大規模量產還需要一段時間，可能要等到2030年代中期纔會形成完整的供應鏈，也是在那時候纔會看到其單價下跌。它的核燃料也需要重新制作，與傳統反應爐有些不同，由於它的空間有限，核燃料需要較高濃度的鈾235才能啓動與運轉，與傳統核燃料採用3~5%鈾235的低度濃縮鈾不同，SMR的燃料是15~20%鈾235的略高值低度濃縮鈾，這樣的燃料目前纔剛開始製作，所以早期的成本比也較昂貴。

至於SMR是否能解決核廢料問題，目前的答案是「不行」，就上述的簡介可知，現行SMR的原理與傳統反應爐幾乎一致，都是鈾235的分裂反應，所以並沒有消化用過核燃料的設計。

顯然，要解決現有的電力問題，啓用手頭上已有的舊核電廠，使其充分應用，是最有效率，最節約的辦法，在現有反應爐都充分使用，但是電力仍然需要擴充以後，再去尋求新款核電，包括第三代+，或是SMR反應爐，這纔是比較合理的決定。

說到這裡有讀者會問：怎麼都沒提到核廢料問題? 其實核廢料的累積速度很緩慢，大約一個標準籃球場的空間，就能成爲一個合適的高階核廢料幹儲場，足以存放20~40年的用過核燃料。核電廠的廠區空間足夠大，要找出幾個這樣的空地並是困難。

但是，還是有人很在意那些核廢料怎辧？其實也有方法解決，可以再用來當成燃料，這就是快中子滋生式反應爐，它的其中一種就可以拿現有的核廢料做爲原材料，它也有小型化的SMR版本，只是，這就是下一個題目了。