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核廢料放我家?高階核廢料的危險性與處理方式

環境法律人協會_96
・2021/12/16 ・5201字 ・閱讀時間約 10 分鐘

  • 文 / 謝蓓宜(環境法律人協會代理祕書長)

2021/12/17 公告:文章經讀者提醒,在註記*處做了文字的調整,以及新增相關資訊的編按。

在重啟核四公投論戰中,屢屢能聽見「核廢料要放你家還是我家」的論點,不管是放誰家,首先要知道的是核廢料到底是怎麼處理,有幾個階段,為何反對核能者說核廢料無法處理?他們談的是什麼?如果核廢料真的好處理,全世界為何迄今沒有一座高階核廢料處置設施正式運轉?

圖/Pixabay

本文主要聚焦在高階核廢料的處置,也就是使用過的核燃料棒,一般來說,高階核廢料處理的方式可以分為短程、中程、長程三種階段。

短程採取濕式貯存的形式

用過燃料棒退出爐心後,雖然已經停止鈾連鎖反應,但是衰變過程仍會讓燃料棒持續發熱,因此必須放在核電廠中的燃料池,將用過燃料棒沈入深水池,進行循環冷卻,利用水來隔絕輻射,但燃料池一旦喪失冷卻功能,用過燃料棒溫度上升,水分蒸發,就可能引發氫爆。因此濕式貯存的處理方式,較乾式儲存風險高*。

2022/1/28 編按:濕式貯存的廢棄燃料棒是從反應爐剛拿出來的,會在衰變成穩定元素前持續放出熱量,但也只有一開始會產生大量的熱,後續較為穩定後其產生的熱量會迅速下降

一般而言,放在燃料池中的用過燃料棒放置十年左右就可以取出,放入中期的乾式貯存設施存放。然而台灣三座核電廠(核一、核二、核三)目前用過燃料棒都還放在核電廠的燃料池中,因為中期乾式貯存設施迄今無法啟用,也就造成燃料棒無法取出燃料池,存放至今時間長達數十年。

中程採用乾式貯存形式

中程是採用空氣對流自然降溫的乾式貯存方式。國際上乾式貯存設施,主要有水泥護箱跟金屬護箱兩種,各有優缺點。台灣因地區特徵,採取的是水泥護箱*,先將用過燃料棒裝入密封鋼桶中,完整焊接後,再裝入水泥護箱中,利用護箱的通風口使空氣對流,讓內部的用過核燃料降溫,由於是採取自然降溫的形式,是比濕式貯存更加安全的手段,依照《放射性物料管理法》規範,運轉執照是 40 年。

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無論是核一或核二廠,台電原始的規劃都是採用露天的乾式貯存設施,於核電廠區範圍內,找到一塊空地,集中式放置乾式貯存護箱,但核一廠乾式貯存設施尚未取得新北市政府的水土保持執照,核二廠乾貯設施則未能通過新北市環保局核准通過「營建工地逕流廢水污染削減計畫」,迄今都未能啟用。

北海岸民間則對於露天乾式貯存的形式,抱持對安全性存疑的態度。以核一廠為例,一期露天乾式貯存設施雖然已經興建完畢,卻遲遲沒有取得新北市政府發給水土保持計畫的許可,無法啟用。2017 年 6 月 2 日,北海岸地區下了一陣豪大雨,造成西側山坡土石滑落,核一廠 2 號機輸電電塔倒塌,造成核一廠 2 號機停機。在這起事件中,核一廠一期露天乾式貯存設施後方土坡也坍塌,幸而坍塌範圍不大,沒有砸到乾式貯存設施,但坍塌地點卻也突顯了既有選址難以使人安心的狀況。

2022/1/28 編按:依據農委會水土保持局 94 年 3 月全國現地調查後所公布的資料,顯示核一廠旁的乾華溪上游若發生土石流,其土石流潛勢溪流堆積段與進入核一廠的範圍之間,約有五公里的距離,在不考慮上游不當開發的情況下,一般來說是不會掩埋核一廠。

台電為了回應民間的擔憂,在核電廠除役的規劃中,已經把核一、核二、核三電廠的乾式貯存設施都調整為室內的形式,不過礙於室內形式的乾式貯存設施計畫必須重新發包採購,目前都還沒有具體進度,必須要等到進入除役之後,才能陸續興建,也就延宕將用過燃料棒移出燃料池的時間,特別是核一廠,已經成為全球僅有的進入除役後,爐心仍有燃料棒的核電廠。

回到核廢料的處置,目前檯面上的論戰,都忽略了核廢料的最終處置手段,是以中期乾式貯存設施的處置為焦點。其實不論核廢料是放誰家,大家要記得,現行的法規是以 40 年為標準來計算貯存的年限。假使你今年 20 歲,就是到了 60 歲,你才會和高階核廢料(暫時)說掰掰,絕對不是一兩年的衡量尺度。

放射性核種根據種類的不同,半衰期差異十分巨大,短則幾百年,長則多達百萬年。中期的乾式貯存設施運轉執照僅有 40 年,儘管可以延長,但以百萬年為計的核廢料處置措施,顯然不是人類文明能夠處理的時光,因此科學家想出了深層地質處置的方式,做為核廢料最終的處置方式——如果可以,就讓我們把核廢料丟在地底之下,永遠遺忘它。

2022/1/28 編按:最終處置並非是把核廢料放置在某個地方讓他自生自滅,還是會持續監控的。另外,最終處置並非只有深層地質處置或坑道處理,核燃料再處理技術也是可能的方向

深層地質處置並不是直接找一塊山洞,把核廢料通通丟進去就好。國際上普遍採用的作法是必須找到一塊地質足夠穩定,預計未來百萬年間都不會發生地震、沒有地下水流通過的地質條件,將核廢料埋到約 300 到 1000 公尺深的地底深處,搭配工程障壁與與天然障壁所組成的「多重障壁」,將核廢料層層包裹。

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但即便如此,既有的工程手段也沒有辦法保障一百萬年之後,這些障壁仍然完好如初,因此多重障壁的概念其實是以圍阻、延緩放射性核種釋出為核心,延長放射性核種抵達生態圈的時間,至少在其抵達人類生活領域時,已經降到對人體傷害無虞的程度*。

圖/flickr by Marco Verch

原能會訂定的〈高放射性廢棄物最終處置及其設施安全管理規則〉則明示了處理高階核廢料的基礎條件,其中第 4 條、第 5 條就詳述必須遠離的地區:如第 4 條明訂高階核廢料最終處置設施不得位於以下地區:有活動斷層、地球化學條件不利於穩定貯存的區域、具有地下水文條件的區域、高人口密度的區域、依法不得開發的區域;第 5 條則指出應避免位於有山崩地陷與火山活動之虞區域、地質構造可能有明顯變化、水文條件易改變區域、處置母岩明顯劣化區域、地殼具明顯上升或侵蝕趨勢者,將這些條件一一羅列,不免讓人懷疑,台灣真的找得到能夠放置高階核廢料的地區嗎?

2022/1/28 編按:從 2005 年開始,台灣就一直在尋找適合的最終處置場所,目前第一階段「潛在處置母岩特性調查與評估」已經完成,調查結果如下

  • 花崗岩:除位於臺灣東南部地熱區的大崙花崗岩體外,其餘花崗岩體至今均未發現決定性不利條件。
  • 中生代基盤岩:因其岩石物理特性應屬低滲透、低孔隙率,是良好之封阻層,故可作為臺灣地質處置調查考量對象。
  • 泥岩因斷層構造多,且具油氣開發潛能,故不適合。

目前台灣正在進行第二階段的「候選場址評選與核定」,預計 2028 年會有結果。

2021/12/16 編按:雖然目前世界上並沒有已經運轉的核燃料永久處置場,但芬蘭安克羅(Eurajoki)的核燃料永久處置場「Onkalo」,預計將在2024年正式啟用。

「Onkalo」所在的岩層,有 18 億年沒有動過。該處置場從 1983 年開始尋址,於 2000 年選定目前「Onkalo」的所在位置進行規劃與研究,並於 2004 年開始興建,2015 年取得核燃料永久處置場的建築許可。

核廢料可以放我家,嗎?

部分擁核者為了提高民眾對核能的支持度,往往把核廢料的危害以誇大的論述降到最低,特別是高談闊論闡述「核廢料可以放我家」的人,根本沒有好好評估過核廢料的危險性,如果是以中期處置為單位,雖然是可以放置在地表,但也應該要將周邊鄉里的意願、地區是否合適等條件納入考量,將鄰居置於暴露核輻射的風險中,實在是不負責任到了極點,也蔑視科學到了極點,更不用提處置核廢料應以最終處置為考量。

核能發電最大的問題在於,截至目前為止,始終無法好好處理核廢料,即便將它縮小到只有一個養樂多罐大小,你還是必須要用各種工程手段去包覆這個養樂多罐,在這個過程,核廢料的體積早已經膨脹了幾倍。為了避免埋在地下之後,被地下水侵蝕,進而把輻射物質帶出地底,必須要找到沒有水流經過的地層;為了避免埋在地底之後,某一天因為地震斷層位移,破壞處置設施,造成輻射物質釋出,還必須要找到沒有斷層擾動的區域。

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2022/1/28 編按:「天然類比」是為了驗證深地層處置在經過數十萬年後是否能維持功能的數值模擬分析,另外也會從自然界中的歷時長久事件中,找尋與核廢料深地層處置類似的現象或作用,以此來類推長期變化,作為處置場設計的依據。關於天然類比可以參考天然核子反應爐

當滿足了這些基礎條件之後,為了讓人們不至於在活動時,不小心挖到核廢料的處置設施,必須把埋藏的地點選擇在人煙稀少的區域,然而這些區域往往也是少數民族或弱勢者所居住的區域。在核能發電的整個生命週期中,都與迫害弱勢者、環境不正義掛勾在一起,甚至當核廢料問題始終未能得到解決時,積極倡議使用核電,就是讓我們這一代享盡用電的好處,將問題丟給下一代,造成世代不正義,未來的子孫沒有享受到核能發電,卻要承擔處理核廢料的責任。

今年 7 月核二廠 1 號機提前停機的根本原因,正是因為最初燃料池的設計只能夠放置運轉 20 年的燃料束,為什麼?因為台電始終認為用過燃料棒能夠送到國外處理,殊不知國際政策改變下,無法送出,反而堆積在廠內,即使不斷擴建空間仍然不夠用,這就是未曾重視核廢料處置的後果。討論核能發電,無法繞過核廢料的處置,我們必須要正視核廢料處置的難處,否則一味將問題丟給未來,就會如同核二廠提前停機,自食科技樂觀主義的惡果。

參考資料

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環境法律人協會_96
1 篇文章 ・ 2 位粉絲
環境法律人協會(Environmental Jurists Association, EJA),一群由關心環境議題的法律人所組成的協會,專注於以法律的角度關心環境政策,並致力於改善法規現況。

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人體吸收新突破:SEDDS 的魔力
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/05/03 ・1194字 ・閱讀時間約 2 分鐘

本文由 紐崔萊 委託,泛科學企劃執行。 

營養品的吸收率如何?

藥物和營養補充品,似乎每天都在我們的生活中扮演著越來越重要的角色。但你有沒有想過,這些關鍵分子,可能無法全部被人體吸收?那該怎麼辦呢?答案或許就在於吸收率!讓我們一起來揭開這個謎團吧!

你吃下去的營養品,可以有效地被吸收嗎?圖/envato

當我們吞下一顆膠囊時,這個小小的丸子就開始了一場奇妙的旅程。從口進入消化道,與胃液混合,然後被推送到小腸,最後透過腸道被吸收進入血液。這個過程看似簡單,但其實充滿了挑戰。

首先,我們要面對的挑戰是藥物的溶解度。有些成分很難在水中溶解,這意味著它們在進入人體後可能無法被有效吸收。特別是對於脂溶性成分,它們需要透過油脂的介入才能被吸收,而這個過程相對複雜,吸收率也較低。

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你有聽過「藥物遞送系統」嗎?

為了解決這個問題,科學家們開發了許多藥物遞送系統,其中最引人注目的就是自乳化藥物遞送系統(Self-Emulsifying Drug Delivery Systems,簡稱 SEDDS),也被稱作吸收提升科技。這項科技的核心概念是利用遞送系統中的油脂、界面活性劑和輔助界面活性劑,讓藥物與營養補充品一進到腸道,就形成微細的乳糜微粒,從而提高藥物的吸收率。

自乳化藥物遞送系統,也被稱作吸收提升科技。 圖/envato

還有一點,這些經過 SEDDS 科技處理過的脂溶性藥物,在腸道中形成乳糜微粒之後,會經由腸道的淋巴系統吸收,因此可以繞過肝臟的首渡效應,減少損耗,同時保留了更多的藥物活性。這使得原本難以吸收的藥物,如用於愛滋病或新冠病毒療程的抗反轉錄病毒藥利托那韋(Ritonavir),以及緩解心絞痛的硝苯地平(Nifedipine),能夠更有效地發揮作用。

除了在藥物治療中的應用,SEDDS 科技還廣泛運用於營養補充品領域。許多脂溶性營養素,如維生素 A、D、E、K 和魚油中的 EPA、DHA,都可以通過 SEDDS 科技提高其吸收效率,從而更好地滿足人體的營養需求。

隨著科技的進步,藥品能打破過往的限制,發揮更大的療效,也就相當於有更高的 CP 值。SEDDS 科技的出現,便是增加藥物和營養補充品吸收率的解決方案之一。未來,隨著科學科技的不斷進步,相信會有更多藥物遞送系統 DDS(Drug Delivery System)問世,為人類健康帶來更多的好處。

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日本福島的核廢水該流向大海嗎?——《科學月刊》
科學月刊_96
・2023/10/29 ・5063字 ・閱讀時間約 10 分鐘

  • 作者/張郁婕
    • 日本大阪大學人間科學研究科、清大工科系畢
    • 現為國際新聞編譯
  • Take Home Message
    • 自 2011 年福島第一核電廠發生事故後,為了冷卻反應爐和防範地下水受汙染而每天產生核廢水,目前儲水空間即將不足。
    • 雖然經處理過後的核廢水含有放射性物質,不過濃度低於排放標準,日本政府將核廢水排放到海洋的做法獲得國際原子能總署背書。
    • 日本漁業業者相當不滿、認為有其他解決方案,臺灣政府僅表達「遺憾與反對」,並無進一步作為。

福島第一核電廠自 2011 年發生事故後,時隔 12 年再次躍上多國新聞版面。但這次不是因為災後核電廠除役與復興、訴訟或是 Netflix 上架的日劇《核災日月》,而是存放在福島第一核電廠廠區內的「核廢水」即將排放大海。福島第一核電廠的「核廢水」從何而來?又為什麼要在這個時間點排入大海?

時隔 12 年再次躍上多國新聞版面。但這次不是因為災後核電廠除役與復興、訴訟或是 Netflix 上架的日劇《核災日月》,而是存放在福島第一核電廠廠區內的「核廢水」即將排放大海。圖/IMDb

回到地震發生時的核電廠

時間回到 2011 年 3 月 11 日。當時東日本大地震與隨後而來的海嘯摧毀了福島第一核電廠的電力系統,導致核電廠在停機之後無法持續注入冷卻水,直到反應爐冷卻。因此發生 1、3、4 號機組氫氣爆炸、1~3 號機組爐心熔毀,以及 1 ~ 4 號機組輻射外洩的事件 註1。這次事故更被歸類為國際核能事件最高級別(第 7 級)的最嚴重意外事故。

在事故發生後,首當要務就是持續冷卻反應爐,直到反應爐的溫度降低。冷卻反應爐需要水,所以當時曾引進海水作為冷卻水。這些在福島第一核電廠事故當下出現在廠房內、遭到放射性核種汙染的水,就是日後的「核廢水」。加上當地曾遭到海嘯襲擊,因此這些受到輻射汙染的核廢水也含有鹽分。

但廠區內受到輻射汙染的水並不是只有事故發生當下出現在廠房內的水,事故發生後只要雨水剛好落在福島第一核電廠廠房上,或是地下水流經福島第一核電廠房底下,都會受到放射性核種汙染。

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保護地下水也會產生核廢水

作為營運福島第一核電廠的東京電力公司,在事故發生後的首要任務就是防止更多乾淨的水遭到輻射汙染,同時也要防止受到輻射汙染的水流出廠房外。所以他們在福島第一核電廠 1~4 號機組外加裝擋水牆,希望隔絕乾淨的地下水流經廠房底下,但這些擋水牆實際上無法有效防止地下水從四面八方流經福島第一核電廠正下方。

再考慮到水的流向,寧可讓乾淨的水流進廠房底下受到輻射汙染、也不能讓受到輻射汙染的水外流,所以東京電力公司必須一直抽取廠房內部受到輻射汙染的水,讓廠房內的地下水位略低於廠房外的水位;但在抽水時又不能使廠房內的水位低太多,否則將會一口氣湧入更大量的地下水、產生更多受到輻射汙染的水。

時至今日,東京電力公司仍每天汲取流經 1~4 號機組的雨水與地下水,使得福島第一核電廠即使到現在,每天都還是會產生核廢水。經過 12 年來的各種嘗試,近年新增的廢水總量已有減少的趨勢,去(2022)年每日平均產生約 90 公噸的核廢水,已是事故發生以來最低的數值。

攝於 2011 年 3 月 16 日從左到右分別為 4、3、2、1 號機。圖/wikipedia

如何處理核廢水?

受到輻射汙染的水在被排放之前需要經過幾道淨化流程。首先是利用「銫吸附裝置」除去水中一部分的銫(caesium, Cs)和鍶(strontium, Sr),再經過淡水化裝置除去水中的鹽分,否則海水中的鹽分會侵蝕、損害廠房設備。接下來這些水有兩種命運:循環再利用或是成為核廢水。

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循環再利用

循環再利用是指受到輻射汙染的水經上述淨化處理後,可以回到福島第一核電廠 1~3 號機組,作為反應爐的冷卻水及輻射防護屏障。即便如此,這些受到輻射汙染的總水量遠多於福島第一核電廠 1~3 號機組的需求,所以絕大多數的水被汲取上岸後,都得存放在福島第一核電廠廠房內一桶又一桶的巨大水槽內,成為沒有其他用途的核廢水。

ALPS 處理水

為了降低核廢水的放射性核種濃度,這些存放在巨型水槽內的核廢水會經過專為福島第一核電廠事故設計的多核種除去設備(advanced liquid processing system, ALPS),而經過 ALPS 淨化處理的核廢水又稱「ALPS 處理水」。

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「多核種除去設備」,顧名思義利用物理或化學方法,大幅降低 62 種人造放射性核種的濃度 註2,但唯獨不能處理氫的同位素——氚(tritium, 3H)。這不是因為多核種除去設備成效不彰,而是即便開發其他設備也很難將氚從水中分離。

由於水分子包含氫原子,而氚和氫是同位素,它們的物理性質和化學性質幾乎一樣,難以使用物理或化學方法將它們分離,因此無法利用 ALPS 或其他方式濾掉氚。

福島第一核電廠內水循環示意圖。圖/科學月刊 資料來源/東京電力公司

快滿出來的核廢水

事實上,福島第一核電廠以外的一般核電廠所排放的廢水當中就含有氚,不過在一般情況下並不會特別放大檢視核電廠廢水當中的氚濃度。

此外,自然界中本來就含有氚,我們日常在使用或是飲用的水中也含有非常微量的氚。例如臺灣對飲用水中氚的容許濃度標準為每公升 740 貝克(Bq),並沒有要求零檢出,也就是數值低到儀器驗不出來的程度。

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但福島第一核電廠的核廢水並不一樣,因為這些是流經福島第一核電廠、遭到人造放射性核種汙染過的水。即使是已處理過的 ALPS 處理水,除了氚之外還是包含低量、因反應爐爐心熔毀而外洩的人造核種,並不能直接排到自然界中。

所以這些水自福島第一核電廠事故以來,被汲取上岸後就一直存放於福島第一核電廠廠區內。

然而福島第一核電廠廠區空間有限,按照它每天產生核廢水的速度來推算,今(2023)年 4 月最新的估計是最快在明(2024)年 2 月以後儲水空間就會不足。該如何為這些存放在廠區內的核廢水找尋新的出路,就成了近年難題。

這個問題在 2013 年討論之初,曾列舉了排放到大海、注入地層、埋到地底下、電解成氫氣後排放到大氣中、轉換成水蒸氣排放到大氣中五種方法。經多年評估、討論後,日本政府在去年決定選用國內、外最常見的核電廠含氚廢水的排放方法,在確保廢水中的放射性核種的濃度符合標準 註3、沒有超標的情況下,就能將核廢水稀釋後排放到海洋。

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ALPS。圖/wikimedia

民眾為什麼反對?

早在日本政府確定選擇「排入大海」這個方案前,就有許多反對聲浪。最主要的原因就如前面所說,福島第一核電廠核廢水和一般核電廠的廢水差異在於含有爐心熔毀釋放的人造放射性核種,氚只是這些放射性核種當中的其中一種。

即便福島第一核電廠核廢水在 ALPS 淨化處理後,除了氚以外的放射性核種濃度大幅降低,且符合科學上的排放標準,但和「沒有發生事故」的核電廠廢水相比,內容物組成還是有所不同。

不過國際原子能總署(International Atomic Energy Agency, IAEA)在今年 7 月公布的報告書表示,目前日本提出的方案符合國際安全標準,ALPS 處理水的輻射量也極低,幾乎可以無視輻射對人體或環境的影響,國際水域也幾乎不會因此受到影響。與此同時,IAEA 也會與第三方機構持續監測、分析 ALPS 處理水排放的狀況。

但上述都是關於核廢水放射性物質濃度是否符合目前科學認定的安全標準討論,撇開在科學上是否經得起檢驗、一翻兩瞪眼的檢測問題,民眾願不願意接納這些「科學上的論點」,有時還會有情感方面的考量。

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對於福島漁業來說,政府好不容易才在 2021 年解除試驗性捕魚,當地漁業才正準備要復甦。更何況日本政府先前曾承諾在未取得漁業相關業者的理解之前,不會將福島第一核電廠的核廢水排入大海,但現在的態度卻是要趕在福島第一核電廠放不下更多核廢水之前,陸續將核廢水排入大海,讓當地漁業業者相當不滿。

受核放射線影響,阿武隈川被禁漁10年。圖/wikimedia

此外,也有一派反對聲浪認為日本政府僅因經濟效益考量,而選定「排入海洋」的解決方案,考慮不夠周全、詳盡。雖然規模不同、在日本也未曾將含氚的廢水先蒸發成水蒸氣後排放,若採用這種做法或許就能大幅降低對海洋生物的危害。

也有民間團體提議,如果認為核廢水太占體積,將 ALPS 處理水混合類似水泥的材質進行固化處理,就能堆疊起來繼續存放於福島第一核電廠廠區內,而不會汙染到廠區外的環境。但上述這些做法仍有實務上的困難之處,例如廢水蒸發會影響到陸域環境、固化處理後仍會繼續消耗存放空間等。

在臺灣的我們會被影響嗎?

福島第一核電廠核廢水排放在即,臺灣行政院原子能委員會(原能會)近年多次重申福島第一核電廠的廢水是核電廠事故後的廢水,不能和一般核電廠排放的含氚廢水混為一談。

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也許值得慶幸的是,臺灣和日本的直線距離雖然很近,但洋流方向卻未必如此。福島第一核電廠的核廢水排放後,會因為太平洋的環流系統流向,先往東朝美國加州附近水域擴散,再順時針繞來臺灣。

根據原能會的試算,最快要四年後才會流至臺灣附近海域,屆時放射性物質的濃度已低於儀器偵測極限,濃度低到難以被偵測,不會對臺灣附近海域造成輻射安全上的危害。

但中央研究院環境變遷研究中心研究員吳朝榮以過去觀測的海洋數值模擬,福島第一核電廠的核廢水排放後最快一年內就能抵達臺灣附近海域。

目前原能會已和漁業署、氣象局等跨部會合作監測福島第一核電廠核廢水的擴散狀況並進行漁獲、水產的輻射檢測,相關資訊都公開在「放射性物質海域擴散海洋資訊平台」隨時供民眾查閱。

在臺灣的我們暫時不需要過於擔心福島第一核電廠的核廢水會影響臺灣水域,核廢水排放海洋對環境的衝擊也會遠小於福島第一核電廠事故發生之初的狀態。臺灣方面針對日本食品的輻射檢驗標準仍高於歐、美國家,在現行邊境輻射檢驗標準下毋須過於擔心。

註解

  1. 當時 4 號機組處於定期檢修期間,反應爐內並沒有燃料棒,爆炸原因為與 3 號機組共用管線。當 3 號機組爐心熔毀後,放射性物質和氫氣隨著共用管線流入 4 號機組而發生氫氣爆炸。2 號機組雖然免於廠房爆炸,但 2 號機組內部也發生爐心熔毀,當時為了釋放 2 號機組內部壓力避免發生氫氣爆炸,曾將 2 號機組內部含有放射性物質的氣體釋出,造成輻射外洩。
  2. 放射性核種指的是會自然釋放輻射的放射性元素,依據這些放射性元素的形成方式,又可分為存在於自然界中的「天然核種」與「人造核種」。核電廠發電過程產生的放射性元素,都屬於人造核種。
  3. 目前日本針對福島第一核電廠「核廢水」濃度規範是:
    a.針對所有放射性核種整體的有效輻射劑量須低於每年 1 毫西弗(mSv/year)。
    b.除了氚以外的其他放射性核種實際濃度佔該核種告示濃度的比值總和(稱為「告示限度比」或「告示濃度比總和」)必須<1。

參考資料

  • 行政院原子能委員會,2023 年 6 月 13 日。原能會成立跨部會合作平台,做好日本福島含氚廢水排放因應準備,行政院原子能委員會
  • 台灣科技媒體中心,2023 年 6 月 13 日。「日本將排放含氚核廢水」專家意見,台灣科技媒體中心
  • 〈本文選自《科學月刊》2023 年 9 月號〉
  • 科學月刊/在一個資訊不值錢的時代中,試圖緊握那知識餘溫外,也不忘科學事實和自由價值至上的科普雜誌。
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科學月刊_96
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福島核污水是什麼?我們還能安心吃海鮮嗎?核污水全解析!
PanSci_96
・2023/10/01 ・4897字 ・閱讀時間約 10 分鐘

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福島核污水正式排放入海了!食鹽要屯多少?海鮮還能吃嗎?哥吉拉要誕生了嗎?

核廢水是怎麼來的?

2011 年 3 月 11 日,一場海嘯衝擊了在福島海邊的第一核電廠,破壞了核電廠中做為緊急電源設備的發電機,在備用電池電力耗盡後,冷卻系統完全失效。然而反應爐內的連鎖反應還在持續,最後溫度不斷竄高,高溫水蒸氣與燃料護套中的鋯合金,發生鋯水反應並產生大量易燃的氫氣,最終與空氣中的氧氣作用導致爆炸。

在事故發生前後,日本政府灌入大量海水來為反應爐進行冷卻,而這些直接接觸熔融燃料棒的污水,就被稱為核污水,日文則稱為「汚染水」。至於當時的決策細節與失誤,大家可以看今年上映的日劇《核災日月》複習一下。而既然事件已經發生了,我們就重點討論核污水。

《核災日月》圖/IMDb

現在儲存在福島的核污水不只有冷卻水,其實還有受污染的降雨與地下水。事故發生後,東京電力公司在第一核電廠加裝擋水牆,阻擋因為降雨流經 1、2、3 號機組的污染水流入海洋。並且設置凍土牆隔絕地下水,同時挖水井抽出污染的地下水,讓廠區內的地下水水位下降,因此地下水只會從外部滲入,內部的污染水則不會滲到外面。不論是降雨還是抽出的地下水,都屬於污染水,平均每天都會增加 92 立方公尺的污染水。直至本集影片上架,當地已經存有 134 萬噸的汚染水,而且還會持續增加,你可以自己打開 Google Map,鳥瞰這密密麻麻的眾多大型儲槽,別忘了,核反應爐本體才是日本更迫切的問題,要是污水不先處理,要是下一個天災來襲,麻煩又會疊加。因此日本政府在 2016 年就展開討論,準備要處理掉這些污水。

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福島第一核電廠。圖/Google Map

為何決定排放入海?

為何核污水的最終處置決定是排放入海呢?其實 2016 年提出的方案有五種:稀釋入海、蒸發至大氣、電解水釋放氫氣、深層地質注水、以及水泥固化並地下處置。很快,電解水因為還需要相關技術研發而被否決,這個我們在氫能那集講過。深層地質注水和水泥固化並地下處置,則有選址與法規問題,無法立即實現。這部分則等同於核電使用國都面臨的核廢料處置問題,我們之前花過好幾集介紹過,歡迎前往複習。

最後僅剩稀釋入海和蒸發至大氣兩種方法,最後日本認為海洋的擴散行為更容易追蹤,最重要的是成本僅有蒸發的十分之一,因此選用了這個方法。至於有些人說,既然東電跟日本政府都保證安全,何不做成瓶裝水拿去賣?之類的建議在這我們不多討論,就請大家用理智來看待。

核廢水如何被處理?

根據日本政府的規劃,在這些污染水排放入海前,會先進行淨化處理成為處理水。首先,污染水會經過「銫吸附裝置」,除去銫(Cs)和鍶(Sr)。接著再經過淡水化裝置除去水中的鹽分後,成為「鍶處理水」。這種鍶處理水,可以作為 1, 2, 3, 4 號機組的冷卻水再次循環利用。

最後,大部分的鍶處理水,會被送到「ALPS多核種除去設備」,將 63 種放射性核種中的 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)。但其實啊還有一個碳-14 無法被過濾,但濃度低到可以忽視。經過「ALPS多核種除去設備」處理過後的「鍶處理水」,就稱為「含氚處理水」。

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根據日本政府的規劃,在這些污染水排放入海前,會先進行淨化處理成為處理水。圖/PanSci YouTube

含氚處理水中的氚,指的是氫的同位素的一種,在自然界中就存在。半衰期為 12.43 年,衰變時會進行 β 衰變,放出一顆電子並成為氦-3。β 衰變對人體的穿透距離僅限於皮膚,不會對內臟器官產生傷害。
如要能危害人體,需要長期大量攝取由氚構成的重水。關於攝取過多重水對動植物的影響,我們網站上有文章詳細說明過。

簡單來說,綜合自然界中跟福島即將排放的氚,以及我們的生活型態來看,遠遠達不到可能產生危害的程度。知道劑量決定毒性,就像我們每天都吃下不少「有害」物質,例如殘留農藥、油炸致癌物、過多的精製糖等等,但攝取的多寡,對你的健康影響差異很大。那麼重點來了,福島排放的處理水,真的有合乎標準嗎?

處理水符合標準嗎?

這個問題,我們在今年六月的核廢料主題中有提到,國際原子能總署 (IAEA) 在五月底公布了第一階段的調查結果,針對「日本的核種監控能力」進行第三方驗證。結果認為,日本的檢測標準跟分析方法沒問題,調查結果是可信任的。報告中除了氚以外,其他放射性核種的活度也都遠低於排放限值。例如鍶-90 為每公升 0.4 貝克、銫-137 為每公升 0.5 貝克,以臺灣的「食品」標準,銫-137 為每公升 100 貝克以下,雖然鍶-90 還沒有定下標準,但是依國際食品法典委員會的標準,也是在每公升 100 貝克以下。目前的排放值都遠小於標準。

國際原子能總署(IAEA)公布第一階段的調查結果。圖/PanSci YouTube

除了各單一核種的活度以外,所有水中核種加起來的「告示濃度限度比」也低於日本國家標準的每年 1 毫西弗(mSv/year), 1 毫西弗大約是多少呢?大約是一般民眾一年會接收到的輻射劑量。

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至於無法被 ALPS 處理的氚,因為海洋中的水中就廣泛存在,日本將透過海水稀釋後排放入海。目前世界衛生組織對於飲用水的氚含量標準訂為每公升 1 萬貝克,台灣的標準嚴格了許多,是每公升 740 貝克。東電公司的處理水是每公升 14 萬貝克,在排放前會稀釋 740 倍,以每公升 190 貝克的氚濃度排放,低於台灣的飲用水標準。

那麼食鹽呢?我們需要搶購嗎?這就更不用擔心,因為食鹽中不含水,自然也不含氚。或是更進一步可以參考東海大學應用物理系的粉專,他們計算,根據國家標準,食鹽含水量若為 3% 以下,需要每天吃超過 400 公斤的食鹽才會攝取氚超標。真的,別吃那麼鹹啊。

每天吃超過 400 公斤的食鹽才會攝取氚超標。圖/pixabay

那麼,我們就真的兩手一攤,為這件事劃下結論,核輻射只是庸人自擾嗎?

我們該如何看待排放的處理水?

當然不是,就像許多人擔心的,就算科學上告訴你沒問題,但前提是,這些數據得是沒問題的。而且不用說周邊國家,連日本自家民眾也多次抗議處理水的排放。

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目前在 IAEA 架設的網站上,可以看到整個排水計畫的各種即時監測資料。其中就包括出水口的輻射數值監測。

為了驗證處理水不會對海洋生物產生影響,東京電力甚至從去年 9 月開始,就開始進行海洋生物飼養實驗,並且全程公開直播放在他們的YouTube頻道上。不過這頻道訂閱人數跟觀看次數都有點低迷,有興趣的話不妨訂閱,開啟小鈴鐺。

那麼我們能下定論了嗎?在科學上,我們確實能說,在符合規範下,這些排放入海的處理水是沒問題的,食鹽、海鮮也都能照吃,把注重食安與健康的努力分配到其他危害更大、風險更高的事情上,對處理水保持健康而非病態的質疑,對個人來說應該效益更高。

臺灣從去年到今年 6 月,曾 3 次組團赴日考察,並於 8/24 公佈報告書,包含跟日方的問答內容,還有福島核廢水排放設施的照片。海委會表示,專家觀察團評估日方排放相關作業的安全性,跟國際原子能總署評估的結果一致。然而是否選擇相信日本以及 IAEA 給出的數據,如今看來成了國際政治問題。

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另外,在 IAEA 的小組成員中,包含周邊國家:中國、美國、韓國、越南、澳洲、加拿大、法國、俄羅斯、英國、阿根廷、馬紹爾群島,並不包含台灣。如果台灣也能以任何形式加入團隊,或得以取得樣水複測,讓我們知道,日本以及 IAEA 給出的數值是可信的,想必都能更進一步降低民眾的擔憂。

最後,也問問大家,對於這次的處理水排放事件,你會擔心我們的海鮮或食鹽受到影響嗎?

  1. 不擔心,跟人類對海洋的其他污染相比,根本小巫見大巫。
  2. 擔心,等我親眼見到泛科學到現場實測我才相信。機票我出!

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參考資料

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