乾式儲存:高級核廢料儲存的務實選擇

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乾式儲存:高級核廢料儲存的務實選擇

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一、乾式儲存的安全性
乾式儲存設施具有嚴格的結構設計、高品質的建材選擇以及足夠的人力編制和監控。事實上,乾式儲存容器的安全邊際非常大,實際裝載的核廢料份量與可承受的極限之間相差大約3.1692 x 10^21倍。因此,我們可以合理地推測,在一般情況下,乾儲存場可以安全地儲存核廢料很長一段時間。

二、乾式儲存的經濟與持續性
參考古代建築的壽命,根據混凝土結構的耐久性和歷史表現,合理推測鋼筋混凝土(SRC)建築在妥善維護的情況下壽命可大於2000年。相對於最終儲存場,乾式儲存是一個相對便宜且可持續的選擇,乾式儲存設施的建設和維護成本相對較低,並且具有更好的擴展性。在許多國家,最終儲存場的建設已經停止,因為最終儲存場缺乏必要性經濟效益

三、反核團體的角色與責任
反核團體應該承擔一定的建設成本和土地問題,並客觀看待乾儲存的安全性,部分反核團體基於對輻射的恐慌和誤解而強烈要求最終儲存場的建設,但更多的專家和學者已經接受乾式儲存作為高階核廢料的儲存方式,因此,反核團體應該更加了解乾式儲存的優點,並將注意力集中在支持這種更具成本效益和可持續性的解決方案上。如果反核團體堅持要求最終儲存場的建設,他們應該承擔相應的費用和土地,以顯示他們對這一問題的誠意

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《核廢料儲存安全邊際的計算與考量》

為了評估乾式儲存桶可承受的安全邊際,我們以以下情境為例:

一個人距離核廢料100公尺,並且兩層牆壁分別在他與燃料棒之間。第一層是乾式儲存廠的1公尺厚水泥外牆;第二層是乾式儲存桶的1公尺厚水泥結構。兩者的半值層皆為2.5公分。

計算過程:

確定屏蔽因子:每個半值層使輻射劑量減半。兩層牆壁,每層1公尺厚,每層含40個半值層(100公分 / 2.5公分 = 40)。因此,每層牆壁的屏蔽效果為2^40,兩層牆壁的總屏蔽效果為2^80。

計算儲存桶內部可承受的輻射劑量:假設人類在100公尺處可接受的劑量為0.1 uSv/h,經過兩層牆壁屏蔽後,儲存桶內部可承受的輻射劑量為:

0.1 uSv/h * 2^80 = 1.2089 x 10^24 uSv/h

將劑量值轉換為GBq(次衰變次數):已知1MeV時μt/ρ = 0.03103,使用公式:

((k * S * E * μt/ρ) / (4 * pi * r^2)) = 劑量 Gy/h

其中,劑量為1.2089 x 10^24 uSv/h,E = 1 MeV,r = 10000公分(100公尺)。將數值代入公式後解S:

S = (劑量 * 4 * pi * r^2) / (k * E * μt/ρ)

k = 5.76 x 10^-7 (常數,用來從每秒衰變換算為每小時的格雷數 Gy/h)
S = 1 x 10^9 (1GBq)
E = 1 MeV  
μt/ρ = 0.03103 (能量 = 1 MeV 的水吸收劑量,可在 NIST 獲得)
r = 10000公分

S = (1.2089 x 10^24 uSv/h * 4 * pi * 10000^2) / (5.76 x 10^-7 * 1 * 0.03103)

經過計算,得到的S值為:

S = 3.1692 x 10^37 次衰變/秒

將次衰變次數轉換為GBq:

3.1692 x 10^37 次衰變/秒 * (1 GBq / 10^9 次衰變/秒) = 3.1692 x 10^28 GBq

綜上所述,乾儲存桶內部可以承受的最大輻射劑量為1.2089 x 10^24 uSv/h,相當於3.1692 x 10^28 GBq,給定每1公克高階核廢料的活度為1 GBq,因此我們可以用以下公式計算高階核廢料的質量:

質量 = (儲存桶內部可以承受的最大輻射劑量) / (每1公克高階核廢料的活度)
質量 = (3.1692 x 10^28 GBq) / (1 GBq/公克)
質量 = 3.1692 x 10^28 公克
質量 = 3.1692 x 10^22 噸

所以,在這個情況下,儲存桶最多可以承受3.1692 x 10^22噸的高階核廢料的輻射劑量。

每個乾式儲存容器實際裝載約10噸的核廢料。將此數值與我們先前計算的最多可以承受3.1692 x 10^22噸核廢料的輻射劑量進行比較:

安全邊際 = (3.1692 x 10^22 噸) / (10 噸)

安全邊際 = 3.1692 x 10^21 倍

這個驚人的安全邊際說明了乾式儲存設施在設計和建造過程中已經考慮到了嚴格的結構要求、高品質的建材選擇以及足夠的人力編制和監控。因此,在一般情況下,乾式儲存場可以安全地儲存高階核廢料很長一段時間。

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《乾式儲存場的壽命推測》

在一般情況下,乾式儲存場可以長時間安全地儲存高階核廢料。古代建築的耐久性表明這類設施的壽命可能超過2000年。

例如,萬神殿是公元118年至125年間羅馬建造的古建築,由羅馬混泥土建成,至今近2000年歷史且保存完好。另外,西班牙的大清真寺(公元784年)和土耳其的聖索菲亞大教堂(公元537年)分別以混泥土和磚石為主要建材,如今仍具高歷史價值。其他古代建築,如伊朗的波斯波利斯遺址(公元前518年)和羅馬競技場(公元70-80年),也證明了混泥土在建築領域的耐久性。

而鋼筋混凝土(SRC)建築的壽命必然大於混凝土(RC)建築,因為加入鋼筋使結構更加堅固。在考慮正常使用情況下,並排除機率小於10^-6的事故,我們可以合理推測,在妥善維護的情況下,鋼筋混凝土(SRC)建築的壽命大於2000年。這個推測基於SRC建築結構的堅固性和維護良好的混凝土建築在歷史上展示的長壽命。

根據美國核管會(NRC)2001年發布的CLI-01-22法規,設想事故(credible accident)的門檻機率為10^-6。換句話說,發生機率低於百萬分之一的事故不被視為設想事故,執照申請人無需進行相應事故分析。

雖然不需要進行飛機撞擊事故分析,但台電公司蒐集美國的評估報告,顯示即使遭受飛機撞擊,貯存設施不會造成放射性物質外釋到環境中。

在大約600年的時間尺度內,裂變產物的輻射毒性逐漸減少。在這段時間後,例如銫-137和鍶-90(半衰期為30年)等裂變產物的數量已經減少,取而代之的是一些具有非常長半衰期的放射性核素。由於活性與半衰期成反比,長壽裂變產物對輻射和毒性的貢獻相對較小。

在600年之後,這些裂變產物的輻射毒性不到初始鈾礦石的0.5%,而且不到核廢料初始輻射毒性的一億分之一。因此,在600年左右的時間尺度之後,鈾燃料的輻射劑量確實會保持在一個相對較低的水平,從而相對更安全。

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《反核團體需承擔建設最終儲存場的責任》

近年來,反核團體持續推動建設最終儲存場,但在推動的同時,卻出現了許多自相矛盾的行為。他們既要求政府建立最終儲存場,卻不願協助支付成本;既要求土地,卻阻撓選址。為了解決這一問題,反核團體應該承擔起支付費用與提供土地的責任,共同為他們所倡議的最終儲存場付出努力。

首先,在推動最終儲存場的建設過程中,反核團體對政府的要求相當高,然而他們卻不願意承擔建設成本。這使得政府難以為他們所要求的最終儲存場付出代價。反核團體若真的關心核廢料的儲存問題,應該積極承擔一部分建設成本,讓政府有足夠的資源來實現他們的願景。

其次,最終儲存場的選址問題一直是個棘手的問題。儘管反核團體要求政府尋找合適的土地,但他們卻在選址過程中反對每一個候選地點。反核團體應該與政府和民眾積極協調,共同尋找最適合建設最終儲存場的地點。

最後,反核團體在乾式儲存方面的態度也值得商榷。儘管現有的數據和專業意見認為乾儲存方式是安全可行的,反核團體卻因為不理解而積極地反對它。他們應該更加客觀地看待乾儲存的安全性,避免因為誤解而阻礙能源發展。

反核團體在推動建設最終儲存場的同時,應該更加積極地承擔責任。他們不僅需要為建設成本分擔一部分,還要與政府和民眾共同努力,解決選址問題,只有當反核團體、政府和民眾共同努力,才能確保最終儲存場的順利建設,為核廢料的安全儲存提供一個可靠的解決方案。

反核團體應該重新考慮自己的立場和行動,並且以積極的態度參與能源和環境問題的解決。


 
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額外參考:乏燃料放射毒性
https://radioactivity.eu.com/radioactiv ... e_toxicity

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參考資料:

《3分鐘快速理解:輻射基礎知識》

《風力、太陽能與儲能設施的困境》

【核廢料vs天然氣】到底誰比較危險?

乾式儲存:高級核廢料儲存的務實選擇

【計算】衰變次數Bq換算為Gy/h吸收劑量率的數學公式與換算表
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