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很難處理的福島核電廠含氚「處理水」是怎麼來的?為什麼有人主張要排進大海?

活躍星系核_96
・2019/11/04 ・3947字 ・閱讀時間約 8 分鐘 ・SR值 567 ・九年級
  • 文/張郁婕(CHANG, Yu-Chieh)
2019 年 9 月 10 日記者會上,當時即將卸任的日本環境大臣原田義昭對於福島第一核電廠的「處理水」丟出了爭議性的討論。

今年(2019)9 月 10 日,日本環境大臣原田義昭在內閣會議結束後的記者會上,面對記者的採訪,表示自己認為福島第一核電廠的「處理水」(日文:処理水)除了釋放到海洋之外,印象中沒有其他的辦法。

這樣的聲明激起一些討論,但實際上處理水的爭議到底在何處?「汙染水」是經過了哪些步驟才成為處理水的呢?處理水排入海中的風險為何?

「處理水」怎麼來的?先認識「汙染水」

在福島第一核電廠事故後,因為降雨或地下水流經福島第一核電廠 1, 2, 3 號機組廠房的水,因為接觸到廠房內部的熔渣(冷卻凝固後的熔融燃料棒),而含有高濃度的放射性物質。這些含有高濃度放射性物質的輻射汙染水,簡稱「汙染水」(日文:汚染水)。

「汙染水」對策:擋水+抽水雙管齊下

當時為了防止汙染水的持續增加,東京電力公司(以下簡稱「東電」)在福島第一核電廠的 1, 2, 3, 4 號機組外,靠近陸地一側加裝凍土牆,防止地下水繼續流經 1, 2, 3 號機組;在靠近海岸一側加裝擋水牆,防止流經 1, 2, 3 號機組受到輻射汙染的汙染水流入海洋;並在 1, 2, 3, 4 號機組附近裝設水井汲水,調節地下水位高低,並試圖讓廠區內的汙染水量不要再擴大。

然而,因為降雨還有調節地下水位的關係,即使東電每天都在汲水,目前(2019/9/9的資料歷年資料)每天都還有約 92 立方公尺的水會流進福島第一核電廠的 1, 2, 3, 4 號機組廠房內。

在做法上,必須要讓外界的地下水位高於 1, 2, 3, 4 號廠房內的地下水位,才不會讓 1, 2, 3, 4 號廠房內的汙染水流到廠房外,但這麼做又會讓汙染水的水量日益增加⋯⋯

註解:調節地下水位為什麼會讓「汙染水」增加?
因為水壓差的關係,水會從水壓高(水位較高)的地方流向水壓較低(水位較低)的地方。如果一口氣將 1, 2, 3, 4 號廠房內的地下水全部抽乾,只會讓廠區外沒有受到汙染的地下水不停流入廠房內。所以要如何調整廠房內外的地下水位高低,是一大重點。

從「汙染水」經過層層處理才成為「處理水」

收集來的汙染水,都會一桶桶裝好擺在福島第一核電廠廠區內部,接受東電管理與進一步處置。

這些汙染水,首先會送到「銫吸附裝置」(日文:セシウム吸着装置),除去銫(Cs)和鍶(Sr)。除去銫和鍶的「汙染水」,再經過淡水化裝置(除去水中的鹽分)後,稱之為「鍶處理水」(ストロンチウム処理水)。這種鍶處理水,可以作為 1, 2, 3, 4 號機組的冷卻水回收再利用。目前(截至 2019/8/22 的資料)福島第一核電廠內部共存有 89,170 立方公尺的鍶處理水。

圖為「汙染水」到「處理水」的淨化流程。圖片出處:東京電力公司

絕大多數的鍶處理水,會被送到「ALPS多核種除去設備」,將 63 種放射性核種的 62 種放射性核種去除。「ALPS多核種除去設備」唯一不能去除的放射性核種,就是氚(H-3)。經過「ALPS多核種除去設備」處理過後的「鍶處理水」稱之為「處理水」(日文:処理水),也有人稱之為「含氚處理水」(日文:トリチウムを含んだ処理水)。目前(2019/8/22)福島第一核電廠內部共存有 1,062,714 立方公尺的「處理水」。

想要知道目前福島第一核電廠的「處理水」水量,上東電的網站上都能即時看到,有英文版

已經符合標準的「處理水」,到底該怎麼處置呢?

這些經過一連串除放射性核種淨化處理的「處理水」,有效輻射劑量已經低於日本的國家標準每年 1 毫西弗(mSv/year),也低於日本政府訂定的「告示濃度限度比」或稱「告示濃度比総和」標準。按照法規,只要這些「處理水」的有效輻射劑量和告示濃度限度比都低於標準,就可以將這些「處理水」釋放到自然環境之中。

註解:什麼是「告示濃度限度比」或「告示濃度比総和」?
當廢水中有一種以上的放射性核種,則須考慮「告示濃度限度比」。「告示濃度限度比」指的是,各個核種實際濃度佔該核種告示濃度比值的加總。
由於日本政府針對不同核種設有不同的「告示濃度」(告示濃度=該核種的輻射劑量容許值),若要將有一種以上的放射性核種的廢水排到環境中,則所有核種的濃度都必須要低於該核種的「告示濃度」,並且【告示濃度限度比=各個核種實際濃度佔該核種告示濃度的比值的加總起來的數值】必須要小於 1,才可以將廢水排至環境中。

然而,目前面臨的情況是,即使這些處理水的輻射值已經低於政府標準,而且經過「ALPS多核種除去設備」淨化過的處理水,只剩下氚(H-3)這一個自然界很常見的放射性核種。但因為社會上的反彈,福島第一核電廠內的這些處理水,遲遲沒有進一步處理,如最常見的做法──直接釋放到自然界中。

註解:氚(H-3)是氫(H-1)的同位素,氚的性質基本上就和氫一樣,自然界中的水也會有氫的同位素氚,透過日常生活的飲用水,我們人體內也會有氚,但(在合理的劑量下)進到人體內的氚都能代謝到體外,不成問題。

目前遲遲未定案的情況下,實際上「處理水」也不能永無止盡的放下去啊。到底目前手邊有哪些可能的處理方式呢?

其實,排到海洋是最經濟的選擇

2016 年 6 月,氚水專案小組(トリチウム水タスクフォース)針對「處理水」的處理方式,提出了五個方案,包括:

  1. 注入地層
  2. 排放到海洋
  3. 以水蒸氣的方式排放到大氣之中
  4. 電解氚水轉換成氫氣釋放到大氣之中
  5. 埋到地底下

雖然當時這個氚水專案小組並沒有結論,到底哪一個方案比較好,但從資料中可以看出「排放到海洋」在成本考量上是最有經濟效益的。日本原子能規制委員會的更田豊志委員長也說:「稀釋後(將處理水)釋放到海洋,是現實上唯一的選擇。」

雖然將稀釋後的處理水排到海洋是最經濟的做法,但要這麼做之前仍有許多爭議需討論。圖/by Pexels@Pixabay

這一次記者會上,原田義昭說了「在我的印象中,只有(將處理水)排到海洋這一個方法」、「想了很多方案,但真的可以選擇的選項不多」。當記者進一步反問原田義昭「是否要將(處理)水釋放到海洋中,來稀釋掉(處理水)」,原田義昭接下來的回答才重要。

「這是極為重要的話題,不能草率回答。首先必須要確實地(向大眾)說明安全法規和科學上的標準。要避免風評被害,要有誠意地對內、對外說明,我認為這是比任何事情都還要重要的事。我想,全體政府今後會慎重地進行討論。」

不敢排到海洋的最大考量:漁業「風評被害」

將這些處理水排到海洋,是最經濟實惠的做法。目前日本政府遲遲不敢將處理水排到海洋,和海洋、漁業有關。當地漁夫或漁業相關業者擔心,如果政府將這些處理水排放到海洋之中,就有可能再度造成漁業的「風評被害」。

事實上,上個月(2019年8月)經濟產業省的「多核種除去設備等処理水の取扱いに関する小委員会」,在睽違 7 個月再度召開的會議上,經濟產業省針對處理水的問題,又提出了在福島第一核電廠廠區內長期保管的新方案。

福島縣漁業協同組合連合會的野崎哲會長便批評道,今天原田義昭特別挑在安倍晉三公布最新內閣名單的前一天說出這種話,而不是選在就任環境大臣的當下時,呼籲當局討論處理水的解決方案,這是很不負責任的做法。

處理水要被處理,還有漫漫長路要走

法政大學客座教授宮野広針對目前福島第一核電廠的狀況,計算了如果將福島第一核電廠內所有的「處理水」,以目前既有的設備排放到海洋之中,需要耗費多少時間?結論需 17 年又 4 個月左右

根據宮野広的計算,福島第一核電廠的 5, 6 號機組各有 3 台輔助型冷卻水汲海水幫浦(日文:補助冷却水海水ポンプ),這個設備原本是要用來抽取海水,作為反應爐的冷卻水。5 號機組的幫浦,每台每小時可以處理 1,800 公噸的水,6 號機組的幫浦每台每小時可以處理2,800公噸。

目前福島第一核電廠內約有 950桶水,當中有 105萬公噸含氚處理水。根據日本法規,日本核電廠要排放含氚水時,必須將氚濃度稀釋到每公升 60,000貝克(Bq/L)以下。但福島第一核電廠的狀況特殊,所以須將氚濃度稀釋到低於每公升 1,500貝克(Bq/L),才可以將處理水排放到海洋之中。

因此,如果要將福島第一核電廠內的處理水排放到海洋之中,必須要將這些處理水的氚濃度稀釋到輻射值低於每公升 1,500貝克(Bq/L),這麼做會讓「處理水」的水量變成 6 億 9,930 萬公噸。如果交替使用 5,6 號機組的幫浦,365 天 24 小時運轉,需要 17 年又 4 個月左右,才能將處理水全數排放到海洋之中。

值得注意的是,宮野広曾在 2016 年進行過類似的計算,但當時得出的答案只需要 7 年又 1–4 個月。宮野広表示,這是因為兩次計算的假設不同,這一次的計算只是一個例子。

調整假設可以縮短處理時間,但不管是基於哪個假設,要處理完所有的處理水,都需要經過好一段時間。或許也該是冷靜討論處理水最終處理方式的時候了。

後續新聞:在原田義昭下台後換小泉進次郎上任日本環境大臣當天,小泉進次郎就宣布他絕對不會把福島第一核電廠的水排到海洋裡。看來這些處理水該何去何從,將會是未來的課題了。

參考資料

  1. 環境相「処理水は海洋放出しかない」福島第一原発
  2. 処理水ポータルサイト|東京電力
  3. 【原発最前線】トリチウム含む処理水の海洋放出に批判続出 「報道」が反発煽る? 公聴会の議論かみ合わず
  4. 原発処理水「海へ放出するしかない」…所管外の環境相が言及
  5. 福島原発の処理水、海洋放出に17年 専門家が試算

本文轉載自作者Medium,原文標題 福島第一核電廠的汙染處理水只能排到大海?一次搞懂含氚處理水是什麼

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活躍星系核_96
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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia


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糖漿加了小蘇打粉就膨漲?解析《魷魚遊戲》中的椪糖製作原理

Evelyn 食品技師_96
・2021/10/27 ・2842字 ・閱讀時間約 5 分鐘

超夯韓劇《魷魚遊戲》近期成為熱門討論話題,尤其椪糖關卡使南韓童年美食遊戲「戳椪糖」爆紅,劇情中玩家必須使用牙籤將椪糖上的圖案取下來,若失敗可是會直接被開槍爆頭,不過在臺灣其實也有很相似的古早味的零食椪糖喔!

韓式椪糖。圖/WIKIPEDIA by 도자놀자

臺南人的童年零食——古早味椪糖

椪糖,又名膨糖、發財糖、泡糖,是四、五年級生臺南人的童年零食。那個年代生活單純,還沒有太多的娛樂、精緻美食可供選擇,在廟口歌仔戲、布袋戲戲棚下煮椪糖的攤販,是當時孩童的娛樂及零食來源。

剛煮好的椪糖長得就像胖嘟嘟的核桃酥餅,吃起來焦香酥脆、入口即化,雖然只是純粹的甜味,在物質稀缺的當時,已經十分幸福了。

而椪糖的製作流程很簡單,將砂糖或二砂與水倒入大湯勺中,置於爐火上加熱並攪拌,至糖漿變成紅褐色時,加一點小蘇打粉至大湯勺中拌勻,糖漿便會迅速膨脹鼓起,待其冷卻定型後即完成。

而韓國的椪糖與臺灣的椪糖作法及原理大同小異,只是塑形的方式不太一樣,韓版的會壓扁再壓上圖案,弄成扁扁的薄餅狀;臺版的就讓他自然膨脹成球狀,表面帶點裂痕,模樣也是十分討喜可愛。

台式椪糖。圖/WIKIPEDIA

影響椪糖質地最關鍵的因素——溫度

若有做過椪糖就會知道,小蘇打粉加進去的時機點很重要,太早或太晚皆會導致成型失敗,這是為什麼呢?因為加熱溫度是影響糖的結晶、軟硬度和焦糖化的主要因素,不同的加熱溫度,糖的結晶狀態、質地和色澤都會不同。

糖液在加熱時,會有兩種情況發生:

  • 一、水分不斷蒸發,使溶液濃度增加。
  • 二、隨著溶解的糖增加,沸點會不斷上升,因此糖液的溫度要小心控制。

「糖液的濃度」與最後成品的「軟硬度」有直接關係,濃度不夠會過軟,椪糖表面無法形成保護殼而無法膨脹成型;濃度過高會過硬,椪糖膨脹不易,容易縮小或塌陷。

而當糖液加熱至攝氏 130 度左右時滴入冷水中,會形成能保持形狀且具可塑性的硬球,這時候糖液的質地是能讓椪糖膨發效果最佳的狀態,因此不會用肉眼判斷添加小蘇打粉至糖漿的好時機沒關係,可以在加熱的同時,使用專門測糖液的溫度計測量糖溫就可以了!

東京淺草的街頭小販手工製作椪糖。圖/WIKIPEDIA

糖怎麼轉變成令人誘惑的焦糖色呢?

說到糖的加熱,就不得不提到焦糖化反應(caramelization)了,它是自催化的非酵素性褐變(non-enzymatic brownin)反應,指的是蔗糖這類的小分子醣類於高溫環境發生脫水、聚合的反應,顏色逐漸轉變成金黃、淺褐至深褐色的產物 (通稱為焦糖) 的過程。

這個過程非常複雜,反應溫度通常在攝氏 120 度以上,在酸性與鹼性環境下均會發生。在食品工業上可製造成焦糖色素,作為食品添加物使用,常添加於醬油、糖漿、可樂或酒類等食品中。

焦糖的色澤會隨加熱溫度及時間的增加,由金黃、琥珀、淺褐、褐、深褐色至焦黑碳化;味覺的變化則是先為甜味,隨著顏色加深逐漸轉至苦味,最後甚至可能出現辛辣味。 

攝氏 130 度的糖液大概是呈現淡淡的金黃色,不過這是單純以細砂糖製作來看,若使用二砂製作椪糖的話,那糖液一開始就會是呈現金黃色了。

糖漿色澤與溫度的變化。圖/參考資料 4

椪糖膨脹的關鍵——碳酸氫鈉遇熱分解

在加熱攪拌過程中,糖液已經拌入許多空氣,隨著加熱空氣持續在膨脹,水氣也一直持續蒸發,直到糖液加熱到攝氏 130 度的糖漿時,須離開熱源並加入小蘇打粉。

小蘇打粉即是碳酸氫鈉(sodium bicarbonate),受到高溫直接分解產生大量二氧化碳氣體。最外層接觸到空氣的糖液最先冷卻,變硬形成保護殼,椪糖膨脹隆起,待膨脹停止後,內部的構造就形成具有許多小氣孔的蓬鬆質地。

椪糖會不會致癌?

就從焦糖化反應可製造出焦糖色素的標準來看,聯合國農糧醫藥食品添加物專家聯席委員會(Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives, JECFA)將焦糖色素分成四類:

第一類:普通焦糖 (plain caramel)

第二類:亞硫酸鹽焦糖 (sulfite caramel)

第三類:銨鹽焦糖 (ammonia caramel)

第四類:亞硫酸-銨鹽焦糖 (sulfite ammonia caramel)

不同類別的焦糖色素,具有不同的焦體電荷、安定性與色度,用途亦各不相同。我國針對這四類焦糖色素有明確訂定,規範細節可見衛福部食藥署公告的食品添加物使用範圍及限量暨規格標準[8]

數十年來眾多針對焦糖色素所進行的毒理學研究,特別是安全疑慮比較高的第三類及第四類焦糖色素,都發現焦糖色素不具基因毒性、遺傳毒性與致癌性,確認焦糖色素是安全的食品添加物。

加上椪糖才加熱到攝氏 130 度,焦糖化反應影響因素很少,所以吃椪糖其實不必太過擔心致癌風險。

可樂、醬油經常添加焦糖色素。圖/WIKIPEDIA

跟致癌比起來,你比較需要擔心熱量

比起擔憂致癌疑慮,椪糖的熱量才是比較需要注意的地方,畢竟它幾乎都是由精製糖所製成。

我國衛福部國民健康署建議「精製糖建議攝取上限為 10% 以內,例如:總攝取熱量若為 2000 大卡,精製糖攝取量就不宜超過 200 大卡,每日精製糖攝取量最好能控制在 50 克以內。」最佳的情況,是每日不超過 25 克,其實就相當於一個椪糖 (20 克上下) 的重量了。

所以當你開心吃著好吃又好玩的椪糖時,還是要記得別吃太多,以避免攝取過多的精製糖及熱量,而賠上健康喔!

參考資料

  1. 國立台中教育大學科學教育與應用學系 科學遊戲實驗室,膨糖:http://scigame.ntcu.edu.tw/chemistry/chemistry-005.html
  2. 施明智 (2021)。食物學原理 (第三版)。新北市:藝軒圖書出版社。
  3. Mcdowell, E. J. (2015) Everything You Need to Know to Make Caramel Candies at Home. Retrieved from https://food52.com/blog/12212-everything-you-need-to-know-to-make-caramel-candies-at-home (Oct 10, 2021)
  4. 徐若瑄 (2017)。利用科學方法研究古早味椪糖。中華民國第 57 屆中小學科學展覽會。新北市。
  5. 戴士傑,2006。焦糖化產物的特性及其與酚類物質交聯程度之探討。國立屏東科技大學食品科學系碩士學位論文。屏東。
  6. 張月櫻,焦糖色素與 4-MEI (4-甲基咪唑) 說明稿 (2013)。檢自https://www.food.org.tw/TW/DisquisitionDetail.aspx?DisquisitionID=iZcsl/uRyXg= (Oct 10, 2021)
  7. 衛生福利部食品藥物管理署,食品添加物使用範圍及限量暨規格標準 焦糖色素 (2013)。檢自https://consumer.fda.gov.tw/Law/FoodAdditivesListDetail.aspx?nodeID=521&id=854 (Oct 10, 2021)
  8. 灃食公益飲食文化教育基金會,精製糖與非精製糖的差別為何? (2019)。檢自https://www.foodnext.net/science/machining/paper/5470279180 (Oct 10, 2021)

Evelyn 食品技師_96
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國立大學食品科學研究所畢業,現為一名食品技師兼食品研發專員,對食品科學充滿熱忱。有鑒於近年發生許多食安風暴,大眾對於食品安全的關注越來越高,網路上卻充斥著不實資訊或謠言。希望能貢獻微薄之力寫些文章,讓更多人有機會認識食品科學的正確資訊!想獲得更多食品營養資訊可追蹤作者的粉絲專頁 https://www.facebook.com/profile.php?id=100066016756421
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