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3 能源價格調漲 消費者荷包大失血 4 日本放射性廢棄物處置現況 5 福島的環境放射性汙染――過去、現在及未來
日本放射性廢棄物處置現況

4 日本放射性廢棄物處置現況

文‧ 編輯室




位於日本本州最北端青森縣的六所村,因為土壤貧瘠、冬季時間長且伴隨大量降雪,無法種植作物,早期主要靠漁業為生。1960年代日本政府原計畫將該區域規劃為石油工業區,設置容量可供全日本超過一週之用的戰備石油槽,但之後隨著石油危機的紓解,國家亦欲發展核能發電,加上該地區的岩盤穩固、地質合適,鄰近港口具備海上運輸功能,在當地居民同意下今日已發展成為日本不可缺的核工業重鎮。而除了日本重要核燃料循環相關設施與石油儲備基地均設於此地之外,還有數座風力發電廠等再生能源設備,可謂日本的「能源之村」。

在六所村內由日本原燃有限公司(JNFL)所建立的「原燃園區」,占地超過700 公頃,相關建築物共有約30 棟,大型核子設施包含用過核燃料再處理工廠、高放射性廢棄物貯存管理中心、MOX 燃料加工廠、鈾濃縮工廠以及低放射性廢棄物最終處置場。除此之外,身為由歐盟、日本、韓國、中國、美國、印度、蘇聯(今俄羅斯)一同出資運轉、造價不斐的國際核融合實驗爐(ITER)的唯二預備場址,雖然最終歐盟在2005 年時決定將該實驗爐建造於另一預備場址的法國核子研究中心卡達拉舍(Cadarache),這也是六所村在國際核工業間小有名聲的另一個原因。



日本原燃有限公司

負責六所村一系列核子相關設施營運的日本原燃有限公司(Japan Nuclear Fuel Limited,「原」指原子能,即核能,「燃」則是指燃料,簡稱「日本原燃」),是由日本9 間大型核電公司(東京電力、關西電力、中部電力等)、日本原子力發電有限公司以及其他74 間企業,於1980 年合資組成的核燃料循環企業,原名為日本原燃服務有限公司,與日本原燃產業有限公司合併後在1992 年更名為「日本原燃」,至今資本額高達4,000 億日圓(目前已實收近3,000 億日圓);旗下員工超過2,500 名,其中有超過6 成為青森縣當地居民。

日本原燃主要負責的業務分為5 大類,分別為濃縮(鈾濃縮)、掩埋(低放射性廢棄物的最終處置)、再處理(核電廠所生產用過核燃料的再處理)、廢棄物管理(海外再處理所回收的燃料、物質,以及廢棄物的暫時保管)以及混合氧化燃料製造,另外還包含鈾、低放射性廢棄物、用過核燃料等的運輸,以及與上述各項附帶關聯之事務等,主要著重在核能「後端」方面的營運。

鈾濃縮工廠

天然鈾主要由鈾235 和鈾238 所組成,當中子撞擊鈾235 時會因核分裂而產生大量的能量,鈾238 則較不易有核分裂的情形。天然鈾因僅含有少量(約0.7%)的鈾235,必須使用特殊方法來加以濃縮,將其百分比提高至3-5% 才可以供輕水式反應爐作燃料使用。而日本原燃所採用的濃縮方法「遠心分離法」,是利用鈾235 以及鈾238 重量不同的原理,使用日本原燃所研發的高速離心機將兩種鈾分離。重量較重的鈾238 在高速旋轉下會偏至外圍,留在內緣的鈾235 則引進下一座離心機,如此反覆作業至鈾235 的濃度達到預定標準為止,濃度最高則不可超過5%。

六所村的鈾濃縮廠自1992 年初正式開始運轉,最初的處理能力僅有每年150 噸分離功單位(SWU/year,SWU 為Separate Work Unit的縮寫),目前已提升至每年1,050 噸分離功單位,截至2017 年已完成總共近1,700 噸鈾的濃縮,並運送至三菱核燃料製造工廠來製作發電用反應爐所使用的燃料束。身為日本鈾濃縮運轉執照的唯一持有者,日本原燃期望最終能將處理能力擴充至每年1,500 噸分離功單位,可滿足日本1/3 核電廠的燃料使用需求。日本原燃自2000 年即開始著手研究、開發新型離心機,在陸續地進行試運轉後分階段引進廠內各部離心機機組,來提高處理能力至預計規模。







低放射性廢棄物最終處置設施

日本將低放射性廢棄物(LLW)依照其放射性程度由低至高分為4 種,分別為放射性極低(L3)、放射性較低(L2)、放射性較高(L1)之放射性廢棄物,以及較特殊的超鈾(TRU)廢棄物。這些放射性廢棄物會因為放射性程度的高低而採取不同的處置方式,放射性極低的廢棄物只需在地面開挖溝渠(Trench)直接作最終處置即可,廢棄物外圍也不需要工程障壁;放射性較低的廢棄物則需放在比極低放射性廢棄物稍微深一點的地下窖式處置設施(Pit)。至於放射性較高的低放廢棄物需貯存在地下深50-100 公尺處;超鈾廢棄物因為含有多種壽命較長的放射性核種,與高放射性廢棄物相同,必須放在地下超過300 公尺處才可作最終處置。

日本原燃負責接收由核電廠運轉過程所生產的放射性較低之廢棄物(L2),這類低放廢棄物含有放射性壽命較短的核種(如鈷60,半衰期僅約5 年),日本原燃針對此種等級的放射性廢棄物目前設有兩座水泥窖式處置設施。1 號處置場接收的廢棄物為由濃縮廢液、廢樹脂以及廢棄物焚化後剩下的爐灰,混入水泥、瀝青所固化的廢棄物罐。至於金屬、塑膠、過濾器等無法焚燒的固體,經由壓縮、切割、溶融處理後混入水泥填料進行固化的廢棄物罐,則送至2 號處置場。

裝有放射性廢棄物的廢棄物罐會先用海運的方式送至港口,再用卡車運送至六所村低放最終處置場。入場前會再次進行檢測,並用吊車將廢棄物罐堆疊在處置坑內。1 號處置場每個處置坑(長寬高均6 公尺)可橫放每排8個、共5 排8 層的200 公升廢棄物罐,整個處置場長231 公尺、寬132 公尺,640 個處置坑可處置超過20 萬罐的廢棄物,容量約4萬立方公尺。2 號處置場的處置坑(長寬高均大約6 公尺)則可放置每排8 個、共5 排9層的廢棄物罐。處置場長寬分別為191、152公尺,將近600 個處置坑,處置容量也是約20 萬罐。截至2017 年6 月,日本原燃已接收近30 萬罐的較低放射性廢棄物。

處置坑待儲滿後將灌入水泥把坑內空隙填滿,並於處置設施外圍覆上混凝土密封,之後將膨潤土混入砂石、再加上一層防水性高的土壤回填,即完成整座處置設施的掩埋,恢復地表高度並種植植被綠化,開始為期300 年的監管,確保放射性物質不會外洩;期間即使有降雨,也會自設施外圍混凝土層的排水孔中流出,不會滲入影響廢棄物的處置。

用過核燃料再處理工廠

核能和石油、天然氣等能源燃燒完就無法再使用不同,核燃料可透過再處理的方式重複使用,而日本因為缺乏自產能源,對國內唯一的這座再處理廠格外重視。大部分核電廠內所使用的輕水式反應爐,能量的來源主要是核燃料裡面的鈾235,燃料內另外的鈾238 在吸收中子後其中一部份會轉換成鈽,再處理的過程即是把用過核燃料理面未燃耗的鈾235 以及鈽抽取出來,重新製造核燃料或混合氧化物燃料(MOX fuel),達到循環再利用,亦減少用過核燃料體積的目標。

來自各核電廠的用過核燃料,在抵達再處理廠後會先拆除其外圍的護箱,使用濕式貯存的方式在廠內的燃料貯存池中放置一段時間來降低溫度。待用過核燃料完成冷卻後使用機器將其裁切成小塊,放入硝酸中溶解,此舉也會將燃料束無法溶於硝酸的金屬外殼過濾出來。溶解的用過核燃料分成兩類,分別為因核分裂反應而產生的核分裂產物(即高放射性廢棄物),以及溶解的鈾與鈽。核分裂產物會使用玻璃固化的方式將其安全貯存,溶解的鈾與鈽混合液體則會透過純化過程分離,並將其分別自硝酸中脫硝,最後把產生的「純鈾氧化物(Uranium oxide)」以及「鈾鈽混合氧化物(Uranium-plutonium mixed oxide,即MOX)」放入特殊容器中貯存,完成用過核燃料再處理流程。由於鈽為製造核武的重要元素,六所村的再處理過程受到國際原子能總署(IAEA)派駐於此的專員24 小時嚴格監控,確保日本遵守原子能的和平運用。

日本原燃自1993 年即開始該座再處理廠的建設工程,中間遇到各種困難導致時程表不斷延後,在完成各種檢測與試驗後目前已在工程的最終試運轉階段。日本原燃預計在2018年上半年完成這座每年可處理800 噸鈾規模的再處理廠,足夠處理40 座100 萬瓩核電機組所產生的用過核燃料。

    


高放射性廢棄物貯存管理中心

日本早期因尚未發展再處理事業,當時的用過核燃料均委託英國與法國進行再處理,所有過程中產生、餘留的高、低放射性廢棄物,根據合約必須以玻璃固化的方式一同送回日本,由日本電力公司負責其貯存以及最終處置。其中含有半衰期較長核分裂產物的放射性廢棄物,在此處放置30-50 年進行冷卻後必須送往地下超過300 公尺深的深層地質處置場作最終處置,六所村再處理廠產生的放射性廢棄物也相同。由於日本目前尚未確立任何深層地質處置場的建設,廢棄物於此地集中貯存也給予電力公司一些緩衝的時間,待日本深層地質處置場建設完成後再送往處置。

從再處理過程所產生的廢液經由玻璃固化後裝入不銹鋼罐,使用焊接密封、裝入運輸護箱後才可進行運送。護箱抵達貯存管理中心時會先在接收區以吊車將其卸下,使用專用搬運台車送至檢查區,再將鋼罐吊出進行多項檢測,符合標準的才可放入地下貯存區貯存,利用空氣自然對流的原理來帶走鋼罐所釋放出來的熱能,整個過程都是使用遠端遙控來執行。六所村高放射性廢棄物貯存管理中心從1995 年即開始接收自海外歸還的玻璃固化廢棄物,目前已接收了約1,800 罐,整個貯存區總共可容納2,880 罐的玻璃固化廢棄物。

混合氧化(MOX)燃料製造廠

製造MOX 燃料需先將鈾、鈽的粉末以1:1 的比例混合,加入粉狀二氧化鈾使其中的鈽達到所需的濃度,以特殊機器將混合粉末壓製成圓柱狀的燃料丸,再使用高溫燒結後放入鋁合金的套管內,陸續經過焊接密封、製成燃料束、完成檢測後就可以送至核電廠,供輕水式反應爐作為燃料來發電。

由於MOX 燃料是使用再處理廠所產生的鈾與鈽來製造,六所村MOX 燃料製造廠的製造規模與自再處理廠所生產的鈾、鈽數量相匹配,確保所有自再處理廠回收的鈽都可在整個循環中確實的被使用到。

日本原燃從2000 年時即開始對建造MOX 燃料製造廠進行規劃,於2010 年下半年開工,主建屋為長寬均85 公尺、地下3 層、地上2 層的建築物,預計2019 年上半年竣工。根據日本原燃的估計,未來六所村MOX 燃料製造廠1 年生產的MOX 燃料,即可提供整個青森縣4-5 年的電力使用。不同於一般的核燃料製造廠,MOX 燃料因為含有放射性極高的鈽,整個操作過程都必須在密閉且有負壓之設備中進行,控管嚴格,以保護廠區工作人員的安全。

原子力防災廣場

為了符合日本原子力相關法規,日本原燃在六所村亦設有緊急應變中心(主要針對再處理廠),作為發生核子事故時供地方政府、中央政府、經營者以及支援單位的緊急應變場所,同時也設有防災技術中心。根據日本法規規定,廠外緊急應變中心距離核子設施不得超過20 公里,建築物面積不可小於800 平方公尺,六所村的緊急應變中心內設有完整的通訊器材、會議室、除汙間、休息區以及浴室等設備,還具備可執行輻射監測的機器人、車輛,以及環境監測實驗室等,較一般核電廠的緊急應變中心特別。

原燃PR 中心為了使用簡單明瞭的方式來讓民眾了解核能發電、六所村核燃料循環設施的運作方式以及會不會對周遭環境造成危害等,日本原燃在當地建造了一座「六所村原燃PR 中心」,為地下1 層、地上3 層的展示館。在1 樓與地下1 樓可以看到六所村各座大型核燃料設施的介紹與模擬操作,像是再處理用過核燃料的過程、將鈾與鈽自用過核燃料中分離出來的方法、鈾濃縮工廠中遠心分離機的使用、低放射性廢棄物最終處置概念的介紹,以及周圍環境的監測、水與農作物的抽樣調查等,講述環境監管的重要性。

中心的2 樓則是和「地球環境與能源」以及「輻射」相關的教學與遊戲,利用3D 動畫介紹正確的射放線觀念、各種能源發電的優缺點、核能發電的原理、全球暖化現況等,配合各種影像、模型以及遊戲,提高學習趣味。頂樓3 樓為高度20 米的360 度觀景室,向尾駮沼的方向望去可看到核燃料循環設施以及太平洋,另外一邊則可看到51 座的小川原國家石油儲存槽以及一共92 座的風力發電風車。為確保當地環境安全,日本原燃以及當地政府單位均定期採樣進行放射性分析,並設置輻射即時監測系統,展示館內畫面每10 分鐘均會更新一次數據。青森縣政府的網站也設有整個青森縣的即時輻射偵測數據,隨時供民眾觀看。另外,原燃PR 中心也定期發行刊物,除了介紹各項設施的進度與環境輻射監測結果之外,還會報導青森縣當地如旅遊、美食、輻射介紹等與日常生活有關的資訊。

地方回饋

日本原燃在過去的時間竭盡所能的透過各種方式,在六所村宣導核能安全、舉辦說明會,強調「最高標準的安全」以及「熱愛地方」為行動準則,每年也都會派員至居民家探訪,進行溝通,在興建設施或安裝重要設備前也會特別舉行說明會、公聽會,消除民眾疑慮。每年均會向地方繳交稅金,並按照日本電源三法規定辦理回饋事宜,亦參與當地像是重整道路、興建公共設施等的公共事務,最具代表性的即是興建Rocca-Pocca 溫泉會館,送給當地民眾作為禮物。



結語

人口僅有1 萬出頭的六所村,從最初僅能靠漁業為生的小村落,在原燃園區設立後帶來上千個工作機會,居民的平均所得位居整個青森縣之首,當地政府不僅沒有財政赤字,甚至還可以有大筆的盈餘。這些豐沛的回饋金除了可用於當地的硬體建設,還可發展觀光、協助農產品的研發、增加農漁貨的收成等。或許核子設施的設立伴隨著不少政治議題,但日本原燃在六所村所建造的原燃園區,為當地消除了年輕人口外移的問題,也替當地的民眾帶來美好的榮景是不可否認的。

資料來源:
1. 日本原燃
2. 六ケ所原燃PR センター
3. 六ケ所村Official Website
3 能源價格調漲 消費者荷包大失血 4 日本放射性廢棄物處置現況 5 福島的環境放射性汙染――過去、現在及未來
Last modified:2017-10-20 15:29:39 by nicenter Powered by TadBook2
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