江飛宇 Science》美國人都怒了 臺灣還不用核電？核廢料全解析

在乾淨電力需求大增的現在，核能發電成爲最重要的發電選擇。(圖/shutterstock、達志影像)

隨着電力需求激增，曾經被徹底否定的核能發電，如今成爲許多國家的搶手資源；「堅如磐石」的友盟美國，也數度對臺釋出訊息，表明可以協助核能問題，但我們仍無動於衷，還惹得美國總統川普前顧問惠頓（Christian Whiton）批評。其實臺灣遲疑的一項重要理由， 就是核電廠伴隨而生的核廢料無處放。不過以當前情勢，有必要再說清楚核廢料的真相，從鈾元素說起。

鈾是一種天然具有放射性的元素，它存在於自然環境中，其中較爲豐富的礦石就稱爲瀝青鈾礦(Pitchblende)。這是一種黑色且呈現金屬光澤的礦石，常常與銀礦伴隨而生，但因提煉不出白銀，被礦工稱爲「騙人的瀝青」。至18世紀末，德國化學家克拉普羅特（Martin Heinrich Klaproth）才從瀝青礦中煉出了新的元素，也就是「鈾」(Uranium)，但不知有什麼用。

鈾礦(左)與鈾玻璃(右)，鈾玻璃算是最早的鈾元素製品，如果用偵測輻射的蓋格計量測它，可以偵測到比平常物體略高的輻射量。(圖/shutterstock)

後來，波蘭裔女科學家居禮夫人(Madame Curie)熔鍊大量的瀝青鈾礦，找到釙與鐳兩種新元素。她還發現，包括鈾、釙、鐳都一種看不見的光，取名爲「放射性」(也稱輻射性)。

貝克勒與居禮夫婦，因發現輻射能而共同獲得1903年的諾貝爾物理獎，此爲1963年的紀念郵票。(圖/shutterstock)

接着，德國科學家再發現了具有分裂效果的鈾235，也就是最合適的核能材料，其他的科學家再進一步發現鈾235濃縮至高純度可釋放強大能量，如同一場超級大爆炸，被稱爲「原子彈」。後來的事大家都知道了，2枚原子彈投放在日本，終結了第二次世界大戰。

中子撞擊鈾235原子，釋放出一點點能量，也逸散更多中子，這些中子再去撞擊其他的鈾235，再釋放更多能量，再出現更多的中子，如此持續下去，即爲連鎖反應。(圖/shutterstock)

核能的第一場實際應用，就是毀天滅地的核武器，也使人們感到恐懼。但科技都有兩面性，核能也可以安定的善加利用。經過十幾年的摸索，核能工程師已經設計出穩定且安全的提取鈾元素的能量，而不會像核彈那般大爆炸。

原子彈成了結束二戰的最終武器，也使得核能從一開始就令人恐懼。(圖/shutterstock)

核燃料是怎麼回事？鈾礦開採之後，經過提純後形成黃色粉末狀的「黃餅」，這是核燃料的開端。它們能夠耐受2700度的高溫；這些黃餅燃料丸再裝入同樣耐高溫的鋯合金管中，組成長條狀的燃料棒，再由數十至數百支燃料棒組成方形的燃料束，稱爲燃料組件。反應爐裡大約有100~200套燃料組件，藉由中子撞擊鈾235原子等原理，轉換成核電力。

燃料丸裝成長棒，就是燃料棒，約100支燃料棒再梱成一束，就是燃料束。外面還有方便抽換的燃料匣，也就是圖示的方盒。(圖/臺電公司官網)

燃料組件一般在反應爐中運作3至6年，鈾235會逐漸減少，發熱效率下降，它就需要更換。過程像是換電池。

核燃料反應結束後，裡面的燃料丸也都不減少。但用過核燃料的輻射量就會大爲增加，此時需要仔細阻隔，以避免輻射線傷害。

1. 短期儲存（池式儲存）：泡水冷卻，以降低熱能與放射性，也能阻隔輻射。用過燃料餘溫仍然很高，需要5~10年的時間才能降溫至安全範圍。多數的核電廠會安排至少可以容納15~20年核燃料組件容量的冷卻池空間。

2. 中期儲存（乾式儲存）：溫度下降到一定程度的乏燃料，就可以從冷卻池移出（空間可再放其它乏燃料），轉移至乾式儲存筒裡。這是一種特製的不鏽鋼筒，製作不鏽鋼筒的美國Holtecc公司曾經放出宣傳影片，將時速950公里的火箭撞向不鏽鋼筒，結果桶子完好無損。幹儲筒可安放於地面空間，可存放數十年。

3. 最終處置：地底封存、再回收利用

目前最終解決方案爲深地質處置，將核廢料封存於數百米深的穩定岩層中，避免其對生態系與人類造成危害。芬蘭的安克洛(Onkalo)最終處置場，是全球第一個深層封存核廢料的例子。

現行的核能都是針對鈾235做爲燃料，但是它只在核燃料裡佔3~5%，其它的主成分鈾238，其實也有再利用的潛力，即快中子反應爐或熔鹽爐的設想。長期來說，只要科學家找到更安全，且被各方接受的設計，用過核子燃料就能進一步的爲人類所用，就算最後仍有廢料，其數量也會更少，也更容易處理。