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8 台日核安研討會—參訪紀實 9 法國用過核燃料再處理設施介紹 10 核電廠除役的決策考量
法國用過核燃料再處理設施介紹

9 法國用過核燃料再處理設施介紹

文‧ 編輯室


核燃料循環以反應爐為中心劃分成「前段」與「後段」,前段指的是核燃料在進入反應爐前的製造過程,從鈾的開採、加工處理、轉化、濃縮至燃料元件(燃料束)的製造等;後段則指的是從反應爐卸載下來的用過核燃料的處理與處置,即用過核燃料的中期貯存,以及之後用過核燃料的再處理與放射性廢棄物的最終處置等。但是,並不是每個國家都有用過核燃料再處理這個選項,如我國等,核燃料循環也因此分成「開放式燃料循環」以及「封閉式燃料循環」。開放式燃料循環指的是核燃料在發電後不會進行再處理,而是直接進入最終處置的步驟;封閉式核燃料循環的用過核燃料則是經由短期貯存後進行再處理,將其中還可以使用的鈾與鈽提煉出來,重新製成如混合氧化燃料(MOX Fuel)等的核燃料供核電廠再次使用,並安全貯存再處理過程中所生產的分裂產物,完成核燃料的整個循環。

採用「封閉式」燃料循環的法國, 在後段方面的設施擁有1 座再處理廠阿格(LaHague)、1 座鈾鈽混合氧化燃料製造廠梅洛(Melox)、3 座近地表的中低放射性廢棄物處置場,以及一個地下實驗室(Cigeo 深層地質處置場計畫)。本文這次將針對再處理廠阿格作較詳細的介紹。法國在2006 年決定採用再處理的封閉核燃料循環主要是考量到能源與環境,因為用過核燃料經由再處理過程後可以回收其中96%的物質,分別為95%的鈾以及1%的鈽,剩餘的4%的分裂產物則被歸類為高放射性廢棄物,需以深層地質處置的方式來貯存,而燃料元件中的金屬部分也屬於無法再次使用的高放射性廢棄物。

阿格再處理廠

由法國亞瑞華公司(AREVA) 負責營運的阿格再處理廠,位在法國西北部,建於1966 年,占地300 公頃,內有5,000 名員工。阿格再處理廠的主要業務有兩項,分別為用過核燃料元件的回收以及廠內所產生的放射性廢棄物的管理。目前,阿格再處理廠內有兩部再處理設施UP3 以及UP2-800,分別自1990 及1994年開始商轉,年處理能力高達1,700 噸用過核燃料(4,500 億度的電力),相當於80-100座核電廠所生產用過核燃料的數量。而廠內首座、於1966 年即開始運轉的再處理設施UP2-400 已停止運轉,目前正在進行除役作業。用過核燃料元件會以特殊的運輸護箱裝箱、自核電廠運送至阿格再處理廠,廠區在接收護箱後會以遠端遙控的方式將燃料元件自其中取出,經冷卻過程後才會貯存於廠內9 公尺深的用過核燃料儲存池,待部分的放射性自行衰退。廠內一共有4 座連通的用過核燃料池,總儲存量超過17,000 噸,這幾座燃料池也與兩座再處理設施相連,確保儲存於池內的用過核燃料元件可從水下轉移至再處理設施,無輻射外洩的風險。

用過核燃料在池中經過3-5 年的濕式貯存後即可開始再處理的環節,首先是燃料元件的切割,將不可回收的金屬底部先切除,然後再將裡面的燃料棒裁切成小塊混入硝酸中溶解,此舉也會將無法溶解的金屬燃料護套過濾出來,這些燃料護套與先前切除的燃料元件底部相同,均為不可回收再使用的金屬廢棄物。而含有自核燃料溶解出來的鈾、鈽、分裂產物,以及混有硝酸的溶解溶液,由於其中的分裂產物無法再製成核燃料,必須混入煤油成分的溶劑,把分裂產物從溶液中抽出,這即是溶解溶液「萃取」程序的第一個階段;第二個階段則是把鈽、鈾陸續從剩下溶液中分別萃取出來,與第一階段所抽取出來的分裂產物,各別安全貯存。

經由上述萃取過程並處於安全貯存狀態的3 種物質,其中的鈾溶劑經過純化等一系列程序,轉換成液態的硝酸鈾後會先存於儲存槽中,之後再運送至鈾濃縮廠將其濃度提升至發電等級,才可重新製成核燃料。至於含有非常大能量的鈽溶劑,在經過純化過程後狀態會從液態硝酸鈽轉換成固態粉狀的氧化鈽,放入外覆兩層保護、內部真空的特殊不銹鋼容器中貯存,之後再送至位於法國東南方的梅洛燃料製造廠,重新製造鈾鈽混合氧化燃料元件。根據我國原子能委員會資料顯示,法國58 部核電機組中有20 部可使用混合氧化物燃料,另有8 部在稍作改良後也可使用這種燃料發電。第3 種的分裂產物廢液,由於分裂產物幾乎吸收了用過核燃料中全部的放射性,因此被歸類為高放射性廢棄物。分裂產物廢液在經過加熱濃縮、計算比例、鍛燒熱解後所形成的鈣石塊會混入條狀玻璃基材,在溫度高達攝氏1,100 度的熔爐中進行熔合,再裝入175 公升的特殊不鏽鋼容器中冷卻、固化。待完成焊接封口後會對容器進行清洗、檢測,確保無輻射外洩可能,才會送至廠內的儲存窖進行暫時儲存。利用玻璃固化的方式可使分裂產物的狀態穩定,以利長達數千年貯存、處置作業的進行。

另外,自用過核燃料元件裁切、過濾出來的金屬底部與燃料護套,經過沖洗後裝入不鏽鋼容器內,使用2,500 噸重的壓力將其壓縮成圓餅狀,再裝入不鏽鋼貯存容器中封口,檢測無輻射外洩後才可送至貯存設施進行貯存。裝箱與壓縮的過程均全程自動化,只需要12分鐘即可完成一次循環。阿格再處理廠用來裝置玻璃固化體與金屬廢棄物的不鏽鋼容器(簡稱鋼筒)為亞瑞華公司自行設計,規格已國際標準化,直徑與高度分別約是0.5 公尺與1.35 公尺。完成廢棄物包裝與檢測的鋼筒會轉移至廠區內建的「窖式放射性廢棄物貯存設施」,利用自然通風冷卻的原理安全地進行廢棄物的中期貯存,工作人員也可直接站立於設施上方,僅需穿著基本工作服裝,無需採取任何特殊的防護措施。這些不鏽鋼筒最終將送至法國高放射性廢棄物深層地質處置場作最終處置。

至於由他國送至法國進行再處理的用過核燃料,依據法國核子法規必須送回原用過核燃料之國家,目前全球有超過75%的用過核燃料是送至阿格再處理廠進行再處理,除了法國電力公司(EDF)於法國各核能電廠所卸下的用過核燃料之外,還有來自日本、德國、瑞士、荷蘭、義大利、西班牙、比利時等國家的用過核燃料。根據亞瑞華的數據,目前已有33,000 噸來自其他國家的用過核燃料在阿格完成再處理作業。法國每年自國內核電廠卸下的用過核燃料就有約1,150 噸,其中有850 噸會進行再處理,所產生的鈽可製成約100 噸的混合氧化燃料,法國也因此有近1/5 的電力是來自於再循環燃料。亞瑞華預估,全球用過核燃料的數量到2030 年時將比現在多出許多,採用核燃料循環將可確保核能持續增長。

而為了安全、順利的進行用過核燃料再處理,亞瑞華當初在做廠址篩選時所考量到的因素包含了廠址交通、地震與地質、氣象、該區域人口與環境、周邊工業設置情形、海平面與水流管理等條件,確保廠址擁有足夠的安全性來執行再處理。在廠內也執行24 小時的安全管理與定期的安全分析,工作人員的健康均受到保護與監控;周遭環境的監測範圍則涵蓋了大氣、土地(地表水、草、牛奶等)與海洋(海岸水質、水藻、貝類、魚類等),每年自行進行約20,000 份的取樣與70,000 份的分析,嚴守法規標準。依據亞瑞華的數據顯示,工廠的輻射劑量比大自然的背景值低了100倍,沒有任何健康上的影響,廠內工作人員與周圍居民都可安全的在此處工作與居住。在公眾溝通方面,除了請本地委員會向民眾提供正確的訊息之外,阿格再處理廠也開放讓民眾參觀,甚至是邀請記者來參訪,以避免錯誤資訊的報導與傳播。資訊透明、工作機會多,加上來自亞瑞華繳交的稅收與向地方的採購等的資金帶動地方經濟的發展,以及協助當地教育系統的提升等,2007 年阿格再處理廠當地人口的成長率達到法國平均水平的兩倍,廠內的員工人數也逐年攀升,至今已有4,000 位的全職員工以及1,000 位的約聘人力。
    
然而,近幾年卻有媒體報導顯示,因受到日本福島事故的影響,阿格再處理廠的國際客戶正逐漸減少,而且他最好的合作夥伴—法國電力公司也不斷的在再處理方面向其壓低價格,加上芬蘭歐基盧歐圖(Olkiluoto)3 號機的建設工程不斷落後,各種原因導致身為法國國營企業的亞瑞華陷入財政危機。根據亞瑞華2014 年的財務報告顯示,在燃料循環後段方面的收入比2004 年之前少了近5 億歐元,這僅是後端業務方面的虧損,亞瑞華隨後在2015 年初時宣布阿格將裁員150 人,並將未來5 年的營運成本下修了15%。

幾乎每條產線都面臨到虧損,導致法國政府決定讓法國電力公司收購亞瑞華的反應爐業務,亞瑞華則可把重心放到燃料循環的前段與後段。除了法國電力公司,拯救亞瑞華的另一個關鍵則是來自中國的核工業。由於核電在中國不斷的擴大營運,雖然中國中核集團已經擁有整套的核燃料循環體系,但中國看到的是亞瑞華燃料循環後段的技術。中核集團表示,目前中核集團所擁有的還不算足夠,仍需要建立一座大型、常年運轉的再處理廠,引進對方的技術與自行研發的結果進行結合,而最好的選擇即是亞瑞華。雙方也於2012 年4 月簽屬了備忘錄,亞瑞華將在中國建立一座處理能力每年800 噸的再處理廠,而該座再處理廠將依照阿格的工程設計、設備製造以及營運經驗與技術等來建造。


結語
自核電廠退出的用過核燃料元件,每8束在經過再循環後就可以生產1 束由再循環鈾(ERU)所組成的燃料元件以及1 束由鈾與鈽組成的混核氧化燃料元件,而僅1 克的鈽或100 克的鈾就可以產生由1 噸石油所生產的能量。因此法國認為,採用再循環除了可節省25%的天然鈾資源,也可節省其他的替代能源,是節約能源的有效途徑。另外,利用再循環還可以使最終放射性廢棄物的數量減少5倍,廢棄物的毒性則可減少10 倍,將廢棄物的體積與毒性最小化。也因為這些原因,亞瑞華深信再循環是一種可持續且負責任的用過核燃料管理模式,透過這項技術除了可回收用過核燃料中所含有的可利用物質來製造新的核燃料之外,還能以安全、穩定的方式處理無法回收再使用的放射性廢棄物,減少後代子孫的負擔。
資料來源:
1. AREVA. “Recycling Used Fuel FromReactors.”
2. AREVA. “2017 AREVA La Hague(Video)”
3. AREVA《阿海琺集團後端業務介紹》
4. AREVA《阿格廠與梅洛廠經驗分享》
5. 行政院原子能委員會《國外用過核子燃料再處理設施簡介》
6. 能源雜誌《深陷財務困境的阿海琺,誰能成為他的拯救者?》

8 台日核安研討會—參訪紀實 9 法國用過核燃料再處理設施介紹 10 核電廠除役的決策考量
Last modified:2017-12-04 15:21:49 by nicenter Powered by TadBook2
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