核廢料系列-什麼是核廢料

很多人會提到核廢料,但是未必知道什麼是核廢料、倒底核廢料能不能處理⋯⋯。所以正宗諾努客就開始寫個核廢料系列,而這篇應該可以當做這系列的第一篇(雖撰寫的順序不是第一篇)。

比環境背景更具有放射性的廢棄物都算
自然界中本來就具有一些放射性較強、會釋放游離輻射的核種,例如居里夫人發現的鐳、菸草中含有的釙⋯⋯等等。這些東西過人為提煉使用後,都會成為核廢料,在醫療、工業、食品/藥品製造、農業、科學研究等領域,都有可能用到。
(「輻射鋼筋」事件即為工業檢測或軍事訓練用途的廢棄射源處理不當而產生,被台電與原能會相關從業人員發現。而巴西、墨西哥也曾經發生醫療用的廢棄射源處理不當而被一般民眾接觸的事件)

飛機上也有核廢料?
波音在約1960~1980年代生產的747尾部,有使用貧鈾(或稱耗乏鈾)作為調整重心(考量結構、設備配置、製造過程的誤差等)的材料。因為它的密度夠大,很容易達到效果,而在飛機除役時,那塊貧鈾就成了核廢料,而後來隨著製造技術進步,改用鎢做為調整重心的材料。
(雖然貧鈾有放射性,但對於機艙內成員來說,高空飛行時來自宇宙的游離輻射更強,也因此有些國家將機師、空服員等職業納入游離輻射年劑量管理的範圍)

生活中其他東西也有⋯⋯
日常生活中,還有一些很常接觸到的,例如離子式因為偵測器使用的鋂-241、柏油瀝青路面所含的鐳或其他核種(國內曾發生有一批瀝青的輻射劑量略高,最後把馬路重鋪的事件;而燃燒重油、煤等也可能將這些核種微粒釋放到空氣中)、香菸菸草中的釙(所以吸菸者的肺部會承受比正常人高出不少的輻射劑量)、用於某些夜光手錶/逃生指示甚至飾品的氚(手錶等早期曾經使用過鐳),也都是一些經過人為加工,而讓放射性核種變得較為聚集的例子。這類型產品在原子能相關管理單位的規範下,有一定的劑量/活度限制,未必會需要當成核廢料處理,但屬於一些比較容易出現在生活週遭的核種。
(其他還有如香蕉、胡蘿波、馬鈴薯、紅肉等食物中富含的鉀-40、花崗岩可能釋出的氡、某些溫泉中的放射性核種⋯⋯也是生活中較常有機會接觸到的放射性核種)

核能發電廠生產的
再來就是很多人在意的核能發電廠產生的核廢料,核能發電廠產生的可以分成兩類:用過核燃料(俗稱的高階核廢料)、低放射性廢棄物(相對的,也有人稱低階核廢料)。
用過核燃料就是以鈾為主的同位素燃料分裂後的產物,做為燃料的同位素本身是很穩定的,半衰期很長、放射性不強。但反應後會產生一些半衰期短、放射性很強的核種,有些半衰期真的很短,在連鎖反應停止後的數個小時至數天後就衰變得差不多了,有一些的半衰期不長不短、又具有一定的放射性,就是主要的問題。
而低放射性廢棄物主要是經由中子捕獲而活化的核種為主,例如反應器爐心附近的管件、耗材、廠房空氣中的灰塵微粒、水中的雜質,還有可能接觸到上述微粒的工作服、工具或防護用品。

用過核燃料
只要沒有發生燃料組件破損、爐心事故等,用剩的燃料連同分裂產物都還是在燃料的封裝中。剛從爐心退出的燃料有較強的衰變熱功率,會先暫時存放在水池中,約15年後衰變熱的功率已經變得非常微弱,可以轉為乾式儲存或是送至再處理廠進行再處理。
乾式儲存是將燃料組件裝在專用的鋼製容器中,內部填充氦氣,再儲存於專用的倉庫或混凝土護箱中,剩餘的衰變熱靠空氣自然對流即可排除。而運送往再處理廠或是其他儲存地點的方式也類似,但會裝在運輸專用的護箱中。
其實早在核能發電發展之初,就已經知道再處理、快中子滋生等技術存在,但在成本與防止核子武器擴散的國際氛圍下,相關的技術發展受到很多限制。而近年來,隨著國際局勢改變、對低碳能源的需求更為迫切等,再處理技術已經開始應用,大幅減少用過燃料產量的滋生反應器已有示範機組、可消耗既有用過燃料的行波反應器也正在開發。早期輕水式反應器退出的用過燃料有很大部分都可以變成未來的燃料,僅剩下少量低放射性廢棄物。

核能發電廠的低放射性廢棄物
低放射性廢棄物主要考量的就是減量、分類、減容,若能將廠房維持得愈乾淨、反應器中水的雜質愈少,就愈少東西會被活化;另一方面,比較先進的機組在設計上也已經考慮減少可能被活化的管件、減少維護複雜度,讓運轉過程中可能產生的低放射性廢棄物得以減少。
接著和其他類型的廢棄物一樣會進行分類,乾的、濕的、可燃、不可燃、⋯⋯。不同類型的廢棄物有不同的減容(減少容積)處理方式,如果是金屬的管件、工具或耗材等,會嘗試清洗、除汙或是切割,沒有放射性的部分可以當作一般廢棄物回收,有放射性的部分壓縮減少體積,也就是壓成一整塊再裝入桶中。
如果是工作服、手套、工作鞋或其他裝備等等可燃性的物品,會經過專門處裡的焚化爐,可燃燒的部分氣化與氧氣反應成二氧化碳或氣態的水,具有放射性的微粒則會留在其他無法燃燒的物質形成的灰燼中。而廢液、含有放射性雜質的水等,則會經過處理設備濾出汙泥、渣狀物,連同廠房內收集到的灰塵、空氣過濾系統濾出的微粒、可燃廢棄物剩下的灰燼等,以水泥固化後裝於儲存桶中。處理後乾淨、經過檢測沒有輻射的氣體與水則可以排出。
最後就是記錄、在儲存設施中儲存。

核一/核二/核三於民國66年至105年間產出的低放射性廢棄物統計,可見到在民國80年代後期因為減容技術出現而使產量大幅間少。

值得一提的是,臺灣的核能電廠低放射性廢棄物減容技術在國際上堪稱典範,許多國家都曾經前來考察、交流。在核一/核二/核三共六部機組皆穩定運轉的期間,搭配減容技術,每年產出的低放射性廢棄物約佔全國總產量的60%,剩下40%左右為醫療、工業等等其他用途產生。而減容處理過後的低放射性廢棄物,在經過監管期後,狀態就會相當於自然界本來就存在的一些稍具放射性的礦物。

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