高階用過核燃料的專屬處理器–新世代熔鹽式反應器
102/06/14
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葉宗洸｜
清華大學工程與系統科學系教授兼系主任
對於全球 30 多個使用核能發電的國家而言，高階的用過核燃料處理，始終是個必須面對的問題。除了封裝貯存之外，更好的選擇為何？如果這些高階用過核燃料可以在處理後重新做為反應器的燃料，對於核廢減量將有重大貢獻。新世代的熔鹽式反應器正具備此一功能，它可以將目前輕水式反應器用過核燃料中的鈽、鋂、鋦等超鈾元素轉化成鈾 - 233 同位素，成為新的燃料。熔鹽式反應器採用熔融的鹽類做為冷卻劑及燃料，具有經濟安全、燃料使用率高，及防止核武擴散等優點。熔鹽式反應器發展現況如何？有無缺點？何時可以商轉？歡迎來聽我們細說分明。
清華大學工程與系統科學系的系主任葉宗洸教授，就「高階用過核燃料的專屬處理器－新世代熔鹽式反應器」這個主題，帶來了2013年春季系列的第二場演講。在臺灣社會為了核四和非核家園的期望吵得紛擾不休的時候，讓專家學者提供我們一些做判斷的參考知識是很有幫助的，葉主任也的確做到了這一點。
在演講開始的時候，葉教授和我們分享了他成長的歷程：「我從小喜歡看偉人傳記。尤其對於愛迪生發明電燈泡特別崇拜。」也因此葉教授在自身求學的過程中，自然就走上了能源這條道路。大學時代在清華大學念核工，出國求學也是研究核工。更由於對愛迪生的崇拜，給自己取的英文名字就是Thomas！
葉教授由輻射與生活開始，介紹輻射的分類：可區分為「游離輻射」與「非游離輻射」。其中，能量較高而為一般人所擔心的「游離輻射」，又可分為電磁波與粒子。葉教授以輻射鋼筋的新聞做例子，解說輻射對於人類的影響和輻射劑量的安全標準。其實輻射在我們生活的環境中充塞各處，依照來源可以分為「天然輻射」與「人造輻射」，各佔約50%。前者來自於太空的宇宙射線、大氣中的氡氣體、地表放射性元素、食物，甚至人體也含有放射線元素（例如鉀-40）：後者人造輻射的來源可能為核武試爆的殘跡、核電廠事故等。臺灣一年的背景輻射值約為1.6毫西弗（mSv），全球平均為2.4毫西弗。
葉教授介紹了天然和人為的輻射量，也說明了臺灣目前的輻射安全標準：一般民眾除天然背景輻射與醫療輻射劑量外，每年不得超過1毫西弗。核電廠工作人員安全標準則為20毫西弗，不過核電廠平均每名廠內員工一年大約會接受到0.015毫西弗。照一次Ｘ光會累積20 ~ 50微西弗（毫西弗的千分之一）的量，臺北到紐約一趟飛機來回，約等於照了三張Ｘ光。有一件事是我們幾乎從未想過的：抽煙也會受到輻射的影響！如果一天抽30支煙，一年的輻射劑量為13毫西弗！想想看一輩子的老煙槍受到多少輻射照射！6西弗（6,000毫西弗）是100%致死劑量，但是要60西弗才能殺死癌細胞，不過這樣高的劑量是集中在病灶，用來治病的。
葉教授接著解說核能發電系統，他用一張簡單的示意圖，戳破了可以將核電廠反應爐更換為天然氣發電的流言。葉教授說，核電廠的壓力槽是經過計算的，在單位體積下可以產生多少壓力，才能推動氣渦輪機。因此如果要將核電廠更換為天然氣發電廠，所有設備都須更改，還不如再蓋一座新廠。至於目前核電廠所產生的「用過核燃料」，有三階段的處理方式：第一，濕式水池貯存，主要目的是將使用過的燃料棒降溫；第二，乾式貯存，將已降溫的燃料棒裝入混凝土及鉛桶，監控貯存；第三，最終處置，將用過的核燃料埋於深層地底。葉教授認為乾式貯存是最好的辦法，透過專業人員監控可以較最終處置來的安全，福島核電廠的乾式貯存場經過地震海嘯後仍是完好的，可見乾式貯存的安全性。
用過核燃料我們一般稱做「核廢料」，但因為還有使用的可能，所以大陸上將其稱為「核乏料」。葉教授強調，放射性廢棄物有兩種，高階用過核燃料和低階放射性廢棄物，前者雖然經過發電使用，但並非無用，仍可以有成為下一階段發電材料的可能，因此不應稱為「廢料」。熔鹽式反應器（Molten Salt Reactor, MSR）為第四代核反應器之一，就是利用「用過核燃料」當作發電燃料。熔鹽式反應器有減少高階用過核燃料、防止核武擴散、增加發電效率（由30%提高至超過40%）等優點。可在常溫常壓下運作。並且可以產生氫與鎝-99m（一種核子醫學追蹤劑）。雖然所使用的「熔鹽」有腐蝕性，且目前設計上仍有材料方面的困難，但是這種第四代核反應器，在目前世界各國仍使用核能時，應該是在核融合技術成熟前，我們可以期待的一項乾淨低碳能源。
我們很高興能請到葉教授使用理性的態度，提供大家一些核能知識和應用現況，希望能逐步將我們的社會帶向理性辯論邏輯分析的方向。葉教授最後告訴大家，好好節約能源才是解決能源問題的方法，而節約能源應從自身做起，期待大家能一起保護地球。
