logo
* 搜尋
* 核能資訊中心
* 中心簡介
* 相關資訊
* 瀏覽人數
今天: 14422
昨天: 20847
本月: 50385
總計: 623318
2 從藻礁到黑面琵鷺 3 比利時用過核燃料中期貯存設施與策略 4 比利時用過核燃料中期貯存建築物的設計概念
比利時用過核燃料中期貯存設施與策略

3 比利時用過核燃料中期貯存設施與策略

洪國鈞



比利時境內有 2 座核電廠,分別為多爾(Doel)與蒂昂日(Tihange)總共 7 座壓水式反應爐(與我國核三廠同型)。該國早期核能後端策略,是採用回收用過核燃料再處理製成混合氧化物(MOX)燃料繼續使用,但自 1990 年代起,因經濟成本與抑制核武擴散等考量,其策略修正為先行貯存,等未來科技進展再決定直接處置或是回歸到再處理的方向。

因比利時早期後端策略為再處理用過核燃料,表 1為比利時各機組用過燃料池的容量。



由上表可知,比利時核電廠用過燃料池容量嚴重不足,以往用過核燃料自爐心退出後,約在用過燃料池冷卻 2 至 5 年就會移出進行再處理、回收重製為 MOX 燃料。但當後端策略改為暫時貯存後,其貯存空間便嚴重不足,因此,有必要發展用過核燃料的中期貯存方法。比利時依據其電廠特性,採行濕式貯存(蒂昂日)與乾式貯存(多爾)兩種方式並存,比利時所依循的法規是採用美國聯邦法規 10CFR72 的相關規定。

濕式貯存

濕式貯存是將用過核燃料貯存在水池內,以水為流體,透過電力或馬達驅動冷卻水,以強制性而非自然對流的方式提供冷卻,以移除用過核燃料當中,因核分裂產生的放射性物質,因為衰變所累積的衰變熱,此為「濕式貯存」。

濕式貯存通常是針對剛退出反應爐數天至數年,用過核燃料具有較高的衰變熱,須採用水池冷卻,且需耗用電力以確保冷卻水循環。由於這種冷卻方式須配備幫浦、熱交換器;為了淨化池水,還須配備淨化系統,故平時需有常備人員進行運轉、維護,日常成本較乾式貯存為高。然而相對於乾式貯存的好處,是用過核燃料未來的移動、修理、檢查、運送或是核子保防稽查都較為簡易,且室內維持負壓力,可確保放射性物質不會外釋至大氣環境中。另燃料護套因水冷卻表面溫度,可長期保持在攝氏 90 度以下,而確保燃料護套的可靠度。

比利時應用濕式貯存的情況

蒂昂日電廠興建之初,因不考慮長期貯存用過核燃料,因此燃料池空間容量不足,導致該廠無法立即採用乾式貯存。由於燃料內部的衰變熱仍高,若立即裝入乾式貯存箱內,其燃料護套表面溫度將可能超過攝氏400 度以上,以致燃料護套劣化,使護套內的分裂產物外釋,造成放射性的污染。為使燃料得以充分冷卻後再置入乾式貯存箱,且又必須解決用過燃料池空間不足的問題,蒂昂日電廠遂興建濕式貯存設施,該設施共有 8 座容納池,可容納 3,720束用過核燃料。當用過核燃料退出爐心、在用過燃料池貯存 2 至 5 年後,裝入法國亞瑞華(Areva)公司生產的 TN-17 護箱(可盛裝 12 束用過核燃料),移至濕式貯存設施貯放。但因該設施無法容納 40 年運轉所產生的用過核燃料總量,因此濕式貯存一段時間後,將會移入乾式貯存設施做更長期的貯存。



乾式貯存

將用過燃料以特製的燃料護箱貯存,利用空氣進行自然對流冷卻的貯存方式,稱為乾式貯存。乾式貯存的散熱設計無需外部電源,常溫空氣經由護箱底部的進氣口流入,熱空氣再由護箱頂部的出氣口流出,即可移除金屬護箱所產生的熱量。乾式貯存設施無須配備其他動力機械設備,因此不會有機械故障的問題。

乾式貯存應在機械設計上盡可能的簡化,並減少強制性(須提供額外動力)的冷卻或保護裝置;然而相對於濕式貯存而言,對於燃料護套完整性與衰變熱的要求較高,因此通常置入金屬護箱的燃料,需經過長期冷卻,以確保其燃料表面溫度在空氣冷卻下,不致超過攝氏 400 度。且燃料需進行移動、修理、檢查、運送或是核子保防稽查等作業時,需有特殊設施(如熱室或是燃料檢查池等)協助進行相關作業,將增加作業的時程與複雜程度。

比利時應用乾式貯存的情況

比利時目前雖暫停再處理用過核燃料的後端策略,但未來並非完全放棄此一策略,所以仍有可能進行再處理回收再利用,因此其乾式貯存設施是採金屬護箱並安置在室內結構物中,以便於進行後續作業。


比利時多爾電廠室內貯存設施。(圖片來源:比利時 Tractbel 公司提供)


比利時乾式貯存的相關規定,採美國聯邦法規 10CFR72 及國際原子能總署 (IAEA) 相關要求,在貯存與意外情況下,需滿足以下要求︰
1. 火災完整性,需耐受攝氏 600 度 / 小時;
2. 在無緩衝材料下,於 2.5 公尺垂直掉落後護箱需保持完整;
3. 於 9 公尺高度下,垂直或傾斜摔落後護箱需保持完整;
4. 於 1 公尺高度下,墜落於鋼棒的穿刺測試後,護箱必須保持完整;
5. 墜落測試後,護箱需通過火災完整性(攝氏800 度 / 半小時)複測;
6. 護箱表面劑量率需小於 2 毫西弗 / 時。

多爾電廠因設有較大的燃料池空間,因此有較充分的時間可以冷卻用過核燃料,毋須興建濕式貯存設施,而是在燃料靜置一段時間後,直接裝入 5 種型式的護箱(每只可盛裝 24 至 37 束不等),再移至室內貯存設施(SCG,有 2 座,分別可容納 53 個及 112個金屬護箱),貯存 50 年。

結論

乾式貯存與濕式貯存並無優劣之別,應視本身需求來決定,相關優缺點整理如表 2。

貯存建築物在設計上,可考慮由金屬護箱與建築物共同達成安全需求,使金屬護箱不需要完全承擔所有的安全需求,而是透過建築物補強安全需求。盡可能的採用被動式的防禦,例如透過良好的通風設計,使金屬護箱有良好的散熱條件,而無需加裝電扇或空調等冷卻系統。

(本文作者為台電公司核能工程師)



2 從藻礁到黑面琵鷺 3 比利時用過核燃料中期貯存設施與策略 4 比利時用過核燃料中期貯存建築物的設計概念
Last modified:2018-12-28 09:58:35 by nicenter Powered by TadBook2
這些評論各由發表者自負責任. 對於他們的發言內容, 本站不提供任何擔保.
 線上期刊目錄

 友善連結

單位類

行政院原子能委員會
原能會輻務小站臉書
放射性物料管理局
核能研究所
國立清華大學工程與系統科學系
國立清華大學生醫工程與環境科學系
中華民國核能學會
財團法人核能科技協進會

新聞類


30013 新竹市光復路二段101號 北育成三樓309室 電話:(03)571-1808 傳真:(03)572-5461 Email: nicenter[@]nicenter.org.tw