來聊聊福島的處理水

(原文寫於2020/10/18核四運出燃料棒事件後,2023年更新)
雖然昨天才因為燃料棒運回美國存放的議題去了龍門電廠(核四)旁邊,本來想先聊一下燃料,但最近福島含氚的廢水問題又再次被挑起⋯⋯而媒體也完全沒有發揮到應有的效果,所以就來好好解釋一下吧。
2023更新:
增加壓水式反應器說明、增加說明圖片、擴展並增加知識管理概念串:福島事故專區

我一直以為媒體應該是協助大家增長知識,但顯然現在的媒體都是以聳動為第一優先,以最近的相關報導來說,媒體只會講了這件(去年就已經被科普過不少次的)事情後,在粉專上面貼文寫「蝦密!?」、「瞎會…」,真的還挺「瞎」的。

有些人說某個律師發什麼文都可以寫10點,條列式有一定的好處,想一想這個福島廢水還真的可以寫10點,所以今天就來也寫個10點吧。

  1. 這些廢水怎麼產生的、裡面有什麼:
    生活、工業也會產生許多廢水,這些廢水也是處理過後排到自然界。而目前福島的這些廢水,主要用於處理事故熔燬的爐心,已經經過先進的ALPS (Advanced Liquid Processing System)系統處理成很乾淨的水(*1),但其中有部分水分子中的氫原子,是由氫的同位素——氚組成。因為不是水中的雜質而是水分子本身,因此較難分離。
    https://zh.wikipedia.org/wiki/氚
    (一般的氫原子由1個質子組成,同位素氘由1個質子與1個中子組成、氚由1個質子與2個中子組成)

    彭博社(Bloomberg)製作的說明圖片:
  2. 氚水有什麼問題:
    氫、氘、氚所構成的水分子在化學特性上是一樣的(這點在其他元素的同位素也是一樣),所以它沒有化學上的毒性。但是氚有放射性,會產生beta衰變(釋出電子,能量較gamma射線小),半衰期為12.43年。福島事故處理初期產生的廢水,氚的活度已經大幅降低,且海水中本來就有少量的氚,經過計算、管理後排放的廢水,很容易就被稀釋到背景值。對生物體來說,只要放射線劑量沒有過高,就沒有其他危害;原能會目前對飲用水中氚的活度標準為每立方公尺740,000貝克,也就是一立方公尺的水一秒鐘可以有740,000個氚衰變。

    原能會製作、核友標註重點的圖片:

  3. 自然界中其它的氚怎麼來的:
    a. 氫原子受宇宙射線影響產生
    b. 壓水式反應器(PWR)或重水反應器(例如CANDU)正常運轉時產生,壓水式反應器會在爐水中使用微量的硼微調反映度,硼在中子捕獲後可能產生氚(但較高的機率是鋰),重水反應器因為本身使用較高比例氘組成的水,氘捕獲中子後會形成氚。
    (所以,日本方面說明鄰近國家大量使用壓水式反應器所排放的氚總活度比福島排放的處理水更高,是正確的,而這些量加起來都在安全範圍內;地球上一直都會有氚生成,也一直都會衰變為氦的穩定同位素,無放射性)

  4. 其他工業或民生產生的廢水怎麼處理:
    工業生產、日常生活每天都會產生大量廢水,通常都是將能過濾的物質從中過濾出來(呈污泥狀)並固化,剩下的水會稀釋、調整pH值⋯⋯在各項數值符合規定的條件下排放。相較之下,福島事故處理產生的廢水不是化學廢水、能過濾的核種也都已經過濾掉,剩下危害性較低、半衰期僅12年多的氚。
  5. 重金屬、塑膠微粒更恐怖:
    相較於沒有化學毒性、半衰期12年多的氚水,重金屬、塑膠微粒絕對是更讓人頭痛的問題,因為重金屬、塑膠微粒都會被生物體攝取後而有部分在體內累積,但是氚本身不會(*2)
  6. 其他能源事故對海洋的影響:
    歷來發生過幾次鑽油平台、油輪事故,洩漏的石油或是燃燒產物,都在周遭造成了嚴重的生態環境浩劫,而且難以計算。近年來,全球也發生一些因為天災損毀的太陽能板、風力發電機等,其中也產生一些塑膠、半導體材料、高分子材料的碎片進入海中。
    此外,不考慮事故的話。燃燒煤、重油等,排放的廢氣中也含有重金屬甚至是放射性核種*,部分會被收集起來,部分也經過大氣進入了海洋。而製造太陽能板的過程也會產生許多化學性廢水,如同第4點所提,也是經過適當的處理,在合理的狀況下進入自然界。
    (* : 礦物中存在的天然核種,一般正常運轉的核能電廠、福島處理的廢水都能夠將這些核種過濾掉)
  7. 氚可以做什麼用:
    有一些要在全黑環境中使用的鐘錶、儀器、指北針、武器準心、逃生標誌等,會具備可持續發光的夜光功能(不是那種照光後可以夜光一下的,那種是用磷的化合物)。早期的解決方案用的是鐳,但鐳的危險性較高,現在多改成「氚管」,將氣體氚裝在細小的玻璃館中,利用beta衰變時釋放的電子激發管壁上的螢光物質產生亮光,可以算是一種不需要用電的螢光燈,現在甚至有氚館做成的夜光鑰匙圈、小飾品等。
    https://zh.wikipedia.org/zh-tw/氚管
    當然,氫彈、未來的核融合發電也是使用氘、氚進行核融合反應。
    (重水反應器中用的重水是由氘組成)
  8. 劑量是關鍵:
    前面講到夜光氚管的用途,也因此原能會有對可能含氚的產品訂出了活度與游離輻射劑量規範,如下連結。
    https://erss.aec.gov.tw/law/LawContent.aspx?id=FL022260
    而福島儲存的廢水量,不論在容積或是氚的活度,與地球上海水的總量相較,都有很大的量級差異。目前計劃排放的含氚廢水,如同其他處理過的廢水一樣,也會訂出合理的規範後,在規範內排放,在合理的範圍內,它的影響比其他類型的廢水還小。
  9. 福島的氚水會一直產生嗎:
    和車諾比用石棺蓋起來不同,福島第一核能電廠事故目前已經有完整的拆除方案,能夠將建築體與連同爐心熔燬後的物質完全移除。待處理完十幾年後,那些氚也已經大多數衰變掉了,且不論是過去、現在、未來,海裡面所能找到的氚,大部分都是因為宇宙射線影響產生的。
    另一方面,第四代反應器可能出現較多氣冷、熔鹽式的反應器,此類型的反應器除了更不容易發生爐心事故外,即使發生爐心事故,也不會造成這樣子的影響。
  10. 如果想了解更多處理細節:
    以核養綠團隊曾經有成員實際前往福島第一核能電廠,了解處理狀況,並且有相關整理報導
    https://www.thenewslens.com/article/124609
    https://medium.com/kyosei-in-fukushima/1f-tritium-water-8538a17782d9
    IAEA(國際原子能總署)
    https://www.iaea.org/newscenter/pressreleases/iaea-reviews-management-of-water-stored-at-fukushima-daiichi-nuclear-power-station

還真的湊了10點,所以真的好好去了解的話,就會知道福到事故處理的廢水,只要在合理的劑量範圍內排放,其問題遠遠小於重金屬、塑膠微粒或其他化學物質等,而且過了十幾年⋯⋯就衰變得差不多了。

*流言破解區*

*1: 有些團體會拿出消息來源說還有碳-14或其它什麼核種,但沒有具體的數量。大自然中的水,只要收集夠多,本來就有機會找到幾顆,福島的處理水中沒有特別多;甚至整個地球上的水中所含的總量還不少(會遠遠超過福島處理水中的量)。至於碳-14,碳也是自然界中很常見的元素,而碳-14就是因為相當常見,所以在考古、地質研究上會拿來測定年代用,空氣中不難找到二氧化碳、二氧化碳也很容易溶於水中,因此處理後排放的水也會含有微量的碳-14。IAEA的科學家們經過許多計算與討論,具指標性的就是氚。

*2: 有些資料會錯誤解讀生物累積(對岸用語叫生物富集),以碘為例,有人會說放射性碘會有生物累積的問題。但是,碘是人身體內應維持恆量的微量元素,平常吃海帶、紫菜或是含碘的鹽類等均可補充,如果長期缺乏碘的攝取,容易有甲狀腺相關問題,碘並沒有累積,會隨代謝排出。而對應核能事故準備的碘片,目的就是在正確時間內服用足夠的碘-127,讓身體暫時不會再吸收碘,避免甲狀腺受到傷害。攝取後難以排出的,才會有生物累積問題,如果碘會生物累積,那麼從藻類一路累積,餐桌上的海鮮應該都爆量了,但是沒有。因此以碘來說,只要環境中的劑量沒有問題,就沒有問題,再說碘-131的半衰期只有8天多、其它同位素半衰期也都很短,很難殘留。另外像是大家常講的鉀-40,鉀也是人體必需的元素,也會隨代謝排出,一般食物中就有的鉀-40,只要不是一口氣吃一大堆到體內,就不用擔心它的放射性。

*3: 一些中國大陸資訊來源出現了如下的錯誤資訊。圍阻體的設計是有考慮到爐心熔毀事故的,因此爐心熔毀後仍然會被承接在反應器基座附近,沒有外流的問題;且會發生爐心熔毀就是因為原本的冷卻水都被蒸發了,燃料組件的溫度過高因而熔毀。而東京電力公司當初沒有依照原廠與其他專家的建議改正圍阻體設計,導致圍阻體上部在發生爐心事故時因為累積氫氣並發生氣爆而受損。圍阻體上部受損時釋出的污染物遇到外界的水(包含地下水),或是下雨時滲入受損的圍阻體內的水等才是廢水的來源。



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