在311這天的技術展望

今天是3月11日,7年前的這天發生在日本東北的地震與海嘯,以及後續的福島第一核能電廠事故,再次挑起了持續到今日的反核、擁核爭議。今天這篇不聊太複雜的事情,就從一些點單的地方講起。

從燃料的物理特性說起

生活中常見的燃料,在常溫常壓下大都是液態或氣態,例如汽油、煤油、柴油、天然氣、液化石油氣等。天然氣與揮發後的液化石油氣、汽油等都很容易在空氣中擴散,一但與空氣中的氧達到適當的混合比例,很容易燃燒、甚至引發較大規模的爆炸;而煤油或柴油洩漏遇到高溫,也有燃燒的可能性。(但柴油相對於汽油或煤油,在常溫常壓下是安全許多的)

而現行核分裂核能技術使用的核燃料在常溫常壓下是穩定的固態,不會亂跑。未使用的燃料組件本身危險性也很低,而燃料組件要在反應器經過特殊設計的環境中才能產生連鎖反應。使用中或用過的燃料,會有一些分裂後產生的不穩定同位素,但以適當的方式封裝存放,也沒有太大的問題。

更重要的,核燃料釋放能量的方式,和一般常用的燃料透過劇烈氧化作用(燃燒)釋放能量的方式完全不一樣。核能不會產生二氧化碳與各種造成污染空氣的燃燒副產物,只要將燃料以適當的方式封裝、隔離,核能對環境的影響微乎其微,理當是很棒的能量來源。

「水」的問題

不管是2011年日本福島第一核能電廠的事故,還是1986年烏克蘭車諾比核能電廠的事故,「水」都是問題的關鍵。車諾比核電廠事故中,由於操作錯誤造成反應器功率急速升高,管線中的水快速被加熱成蒸氣,產生的高壓將反應器炸開。而福島第一核電廠除了營運方未正確應變緊急狀況造成爐心熔燬外,反應器內的水與燃料棒護套的金屬鋯在高溫下產生氫氣,又發生氫氣爆炸將圍阻體炸毀,使得狀況變得相當難以控制。

但其實核能反應器的爐心不一定要用水,第四代反應器的設計已經提供了不一樣的解決方案。使用惰性氣體、熔融狀態鹽類等作為冷卻與能量傳遞介質的反應器,都有更好的安全性且已經有一些初步的實驗成果。

氣冷式反應器由於氣體的特性,在循環裝置失效時,能夠透過氣體本身的對流能力將能量帶離爐心,維持一定的散熱能力。熔鹽則能夠承受較水更高的能量,而不至於快速蒸發或產生高壓蒸氣。

讓反應停下來

目前大部份被用於發電的核能反應器,其中一項備受所質疑的點為萬一發生較嚴重的機構損壞,有可能會很難將反應停止。這點在一些新的反應器上也有了改善,例如高溫氣冷式反應器將燃料封裝成為燃料球,在運轉過程中可透過自動化機械將燃料球移入、移出爐心,若將燃料球全部移出,反應就停止了。而熔鹽反應器也有HFR (High Flux Reactor)的設計,讓熔融狀態的鹽類本身作為燃料煎熱傳遞介質,將熔鹽移出爐心也能使反應停止。

此外,現行使用的反應爐中,由加拿大開發的CANDU反應器也是相當特別的一個例子,CANDU的燃料組件為較小的燃料束,並可透過自動化機械移入、移出、調整燃料束在爐心中的配置。(不過CANDU也有一些缺點,包含使用重水、和車諾比使用的RBMK一樣屬於過緩和反應器等)

理性看待技術,有更多好的可能

福島第一核能電廠使用的機組,屬於第二代的核分裂反應器,目前建設中的核能電廠多屬於第三代(而且是改良後的第三代)反應器,第四代反應器目前也已經有一些實驗用的反應器。而第四代反應器除了如前面所說的改善了一些舊型反應器的缺點、大幅增加安全性外,還包含了減少乏燃料與低階核廢料的產生、核能製氫(可用於氫燃料電池)等等對地球環境更加友善的特性。

因此,過於老舊的核電機組固然應該盡快淘汰,但長期以來全球各地反核運動塑造的氛圍,已經使得新技術的發展也受到了一些阻礙,我們期望更多人可以理性地看待技術問題,讓對環境更好的能源技術得以發展。

 

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