兩年前的 3 月 11 日，日本福島第一核電廠，因強烈地震引發的海嘯，沖毀了電力系統，造成核電廠反應爐冷卻系統失靈、導致反應堆溫度飆高，燃料棒損壞，以致輻射外洩，震驚了世界，也引起臺灣民眾的恐慌，及對核電安全的重視與疑慮，更進一步引發反核浪潮，政府也因此希望在最近的未來以公投決定核四存廢。展望未來，非「核」不可？有「核」不可？「核」去「核」從？讓我們先從核能發電的基本原理，以及核能電廠的基本特性談起，來探討核能安全、核輻射，與核廢料的相關議題。

演講一開始，周教授以「潘朵拉的『核子』」為標題，先簡單介紹了原子能的發展、核能應用的歷史，以及清大核工系的設立和周教授自己的求學任職過程：全球第一座原子爐建於1942年的美國，而在1951年美國建立了第一座實驗核電裝置，當時的功率僅為1千瓦，臺灣當時對核能的發展不落人後，在1961年於清華大學就建立了臺灣第一座反應爐！

周教授接著介紹核能發電的基本原理：目前的核電技術是利用核分裂以釋放出原子核的巨大能量。周教授以剖西瓜為比喻，一個原子核經中子撞擊後，產生兩個較輕的新原子核並射出數個中子，就有如將西瓜剖半，同時會飛出幾粒西瓜子一樣。第一次核反應所釋放出來的中子，又可以觸發其他原子核的分裂，進而產生鏈鎖反應，放出龐大能量。這些能量怎麼來的？在反應的過程中，有一點點質量會消失，損失的質量，會依照愛因斯坦的方程式 E = mc² 轉成能量，一次鈾元素的分裂反應可以產生約兩億電子伏特（eV）的能量，所以一顆小指頭大小的燃料丸可以產生相當於燃燒一噸煤的能量！一噸煤大約可以裝滿應力所演講廳的一半空間，核反應所能提供的能量確實驚人！

人類所能控制進行的核分裂所使用的母原子主要是鈾-235、鈽-239，和鈾-233，但是後兩者為人造產物，不存在於自然界。又因為鈽-239可以用在核子武器中，為了防止核武擴散，多數國家選擇以鈾-235做為核電廠的燃料。鈾-235雖然也可以用在核武，但大自然中鈾-235的濃度僅0.72%，同位素鈾-238為99.28%，鈾-235分裂時放出慢中子引發鏈鎖反應，然而同位素鈾-238卻可以吸收慢中子以作為鏈鎖反應的緩衝，所以一個是「油門」（鈾-235），一個是煞車（鈾-238）。低濃度的鈾無法產生大規模的爆炸，所以若要製造原子彈，需要把鈾精鍊到武器等級（例如：廣島原子彈中鈾-235的濃度為70%），需要高度的離心濃縮技術，將鈾-235的濃度大幅提升，但是核電廠燃料棒中的鈾-235只經過低度濃縮，濃度約為3 ~ 5%，無法產生類似原子彈一樣的爆炸，所以坊間媒體常常將核電廠比擬成原子彈是錯誤的，因為兩者完全無法類比。

我們如何將核能轉換為電能呢？周教授深入淺出的講解了三種核反應器，分別是：快中子反應器、慢中子反應器（或稱輕水式反應器），和石墨水冷反應器。

1. 快中子反應器是先以快中子撞擊鈾-238產生鈽-239，再以鈽-239進行核分裂反應。然而，呼應前面所述，鈽-239有著核武擴散等疑慮，因此這類反應器較少興建；
2. 輕水式反應器為多數國家核電廠採用。可分為沸水式（核一、二、四）與壓水式（核三）。沸水式反應器，顧名思義即是將水直接煮沸，以蒸汽推動氣渦輪機發電，是直接循環的單迴路系統。壓水式反應器則是透過熱交換器將通過爐心的迴路（加壓水不沸騰）與通過氣渦輪機的迴路分開，是間接循環的雙迴路系統。輕水式反應器以水中的氫原子（和中子質量相當，撞擊時的能量轉換就像撞球中的「定桿」一樣，可以將慢中子的速度大幅減緩）和鈾-238為吸收劑。
3. 石墨水冷反應器則多由蘇聯運轉，兼有發電與製造核武原料的功能。然而使用石墨當作中子吸收劑的效率較差，而且為了要常常取出新生成的核武原料，所以沒有圍阻體設計，危險性較大，1987年車諾比核電廠事故即是一例。　　

周教授接著為大家解說核電安全的疑慮與迷思：上文提過，核電廠不可能像原子彈一般爆炸，理由之一是兩者燃料的濃度不同，而且鈾-238含量越多的核燃料，當核反應越強烈時，吸收中子的能力就越大，因此分裂反應不會一直增強；另外水的「空泡效應」也會造成負回饋，減低反應的發生；此外核電廠事故與核爆所釋放出來的物質也不同，核電廠事故所放出的放射物質是短半衰期的碘-131和銫-137，不同於核爆所放出的長半衰期產物。周教授也提醒我們，從五零年代冷戰開始到現在的幾十年間，各個擁核國家所進行的多次大氣核試，已經在我們生活周遭留下了許多長半衰期的核物質，我們每天的生活中，放射線的背景強度許多是來自這些物質。

談到過去所發生過的核災變，周教授作了簡單清楚的分析：美國賓州三哩島事故及福島的事故，都來自輕水式反應器。事故原因是在緊急停爐之後，燃料棒仍有「餘熱」釋出，這種「餘熱」即「衰變熱」，是原子由激態掉回穩態所放出的能量，約為正常運轉功率的6%，這種「餘熱」若無法順利冷卻帶走，則會燒損鋯合金材料的護套，與水遇合產生氫氣，最終引發氫爆。為避免餘熱留存造成災害，核電廠多半設計有多套剎車：緊急爐心冷卻系統、裝有十萬噸水的生水池，以及圍阻體屏蔽，為了因應停電的困擾，有的設計是將緊急冷卻水位置提高，由重力效應將水注入。美國三哩島的事故帶給了核工界深刻教訓，於是將「單一失效」的想法轉換為「多重失效」風險的評估。而在福島事故時，電廠撐過了強震，卻因為海嘯造成置於地下室的緊急發電機淹水，再加上電池耗盡，而使爐心升溫產生氫爆。相比於距離震央更近的女川核電廠，因為是建在14.8公尺的高地上，設計基準較福島電廠為高，在這次地震加海嘯的複合式災難中女川電廠就能夠撐過來。　　

整場演講周教授提供了完整的核能原理的介紹，和核能安全及疑慮的說明，這就是我們希望在這個系列中所能提供展望聽眾的資訊：在決定臺灣如何走向「非核家園」及「低碳家園」的過程中，我們應該充分瞭解各項能源產生的原理和現況，在考慮整體國家的政策方向時，才能夠作出理性和平衡的決定。