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2021年6月 瑞士乾式貯存設施介紹
使用過的核子燃料在退出反應爐後，因具有非常高度的熱量與放射性，必須先在反應爐廠房內的用過核子燃料池中以循環水進行冷卻、同時讓放射性自然衰變，這段時間即為所謂的「濕式貯存」。待這些用過核子燃料的溫度與放射性衰變到一定的程度、這通常需要5-10 年的時間，則可轉移至「乾式貯存」設施中進行更長久的中期貯存。使用乾式貯存設施貯存用過核子燃料，除了可藉由空氣自然對流冷卻的方式，持續地讓燃料進行冷卻之外，同時也是多數國家在等待最終處置設施完工前的這段時間，為了可讓核電廠的除役工程能順利進行，也可安全地暫貯、監管這些燃料，所採用的一種因應方式。
根據我國行政院原子能委員會的統計，截至2018 年底，全球有24 個國家設有用過核子燃料乾式貯存設施，運轉中的乾式貯存設施共有131 座，另外還有7 座目前正在興建當中，在國際間屬於常見、且成熟的用過核子燃料貯存技術，而瑞士也是採用乾式貯存設施的國家之一。
貯存設施與處置設施之差異表(圖表來源：台灣電力公司)
擁有4 座核電廠、一共5 部機組的瑞士，核能發電在2010 年前占國家電力近40%，在福島事故後逐年下降，目前仍為國家生產約1/4 的電力。這些核電機組每年產生70 噸的用過核子燃料束，目前這
些用過核子燃料大多貯存在瑞士一座集中式中期貯存設施內，Beznau 核電廠內也建有一座乾式貯存設施，來容納該座核電廠2 部機組所產生的用過核子燃料。
國家集中式中期貯存設施
瑞士4 間持有核電廠的電力公司以不同的比例出資， 於1990 年初一同成立ZWILAG（Zwilag Zwischenlager Würenlingen AG）公司，負責瑞士這座國家放射性廢棄物集中式中期貯存設施
（Central Interim Storage Facility） 的建設與營運。ZWILAG 公司也於1996 年獲得瑞士聯邦政府的准許，在瑞士北部的維倫林根（Würenlingen）興建這座集中式中期貯存設施，自2001 年開始為該國所有放射性廢棄物提供中期貯存的地點。
這座集中式中期貯存設施是由多項設施所組成，除了高、中、中低放射性廢棄物各自的貯存建築之外，還有與這些貯存設施相關之接收站、包裝廠、熱室（Hotcell）、電漿（焚化熔化）廠等的輔助設施。不同的放射性廢棄物有各自獨立的接收與處理過程，ZWILAG 公司主要將其分成4個種類，分別為高放射性廢棄物貯存、中放射性廢棄物貯存、電漿廠產生的低放射性廢棄物（來自瑞士國內醫療、工業與研究等單位）處理與貯存、以及來自國內核電廠因維修替換所產生的放射性廢棄物處理與貯存。本文將針對高放射性廢棄物的乾式貯存設施與貯存流程進行介紹。
資料來源：IAEA-PRIS、OECD-NEA
由於瑞士早期將用過核子燃料送至國外進行再處理，再處理過程中所產生的高放射性廢棄物經玻璃固化過程後必須運回瑞士，但再處理的計畫因日本福島事故、導致瑞士重新修訂國家能源政策（Energy Strategy 2050）後被停止，同時也確立逐步廢核的目標，即各核電廠維持運轉至運轉壽命結束，不會建立新的核電機組。因此，瑞士必須處理的高放射性廢棄物除了用過核子燃料之外，還有因再處理所產生的玻璃固化廢棄物。
高放射性廢棄物乾式貯存
當裝有上述高放射性廢棄物的護箱（Cask），自瑞士各核電廠或來自英、法兩國的再處理廠，透過鐵路運輸至該座集中式中期貯存設施附近的轉移站（Transfer station）時，站內的大型吊掛起重機會把在鐵路運輸工具上的護箱卸下、移轉到大型的陸路運輸車輛上，然後行駛約一公里的路程至該集中式中期貯存設施。
運輸車輛在進入廠內時會先至近30 公尺長的接收站，由廠內專門工作人員替護箱進行詳細檢查、確保無放射性物質外洩等的情形，才會經由運輸車輛運送至高放射性廢棄物貯存廠房內，進行室內乾式貯存。
這座高放射性廢棄物貯存廠房長、寬分別為68 公尺與41 公尺，高近20 公尺，位在集中式中期貯存設施內中心的位置，裝載用過核子燃料與玻璃固化物的護箱均貯存在此，廠房貯滿時約可容納200 座護箱。
玻璃固化廢棄物與用過核子燃料束乾式貯存的原理，為一項安全且已經過大量測試的貯存概念。這些活性高的高放射性廢棄物會散發熱量，必須設法使這些熱量能夠散發。而該座乾式貯存設施內的空氣可通過廠房側壁和屋頂上的通風孔，進行自然循環，讓熱量自行消散。
裝滿高放射性廢棄物的鋼製護箱，在一開始進行乾式貯存時的熱量輸出可達40至50 瓩，其熱量的輸出會逐年下降，經貯存10 年後相當於25 至30 瓩左右，可惜目前的技術發展尚無法利用這些熱能來創造經濟價值。至於經屋頂通風口所排出的熱空氣不具有放射性，因此並不會對環境造成任何負面影響。
在裝有高放射性廢棄物的護箱移入該座乾式貯存設施內時，即會與監控系統進行連接，在整個乾式貯存的期間將會進行不間斷的放射性監測，以確保所有的護箱均維持完全密封的狀態。與多數國家的乾式貯存設施相同，僅有獲得政府頒發許可與批准的護箱型號，才可在該座貯存廠房內做為乾式貯存容器使用。
由於用過核子燃料束的設計會因為反應爐的類型而有所不同，所使用的乾式貯存容器也會因此而採用不同的型號來找尋合適的護箱。根據我國行政院原子能委員會放射性物料管理局的介紹，目前貯存於瑞士該座乾式貯存設施內的護箱有多種類型，Gösgen 核電廠（壓水式反應爐）的用過核子燃料使用兼具運輸及貯存雙重用途之TN24G 金屬護箱，每座護箱可盛裝 37 束用過核子燃料；來自Leibstadt核電廠（沸水式反應爐）的用過核子燃料使用雙重用途之 TN97L 金屬護箱，每座護箱可盛裝 97 束用過核子燃料；來自Mühleberg 核電廠（沸水式反應爐）的用過核子燃料使則是採用運輸與貯存雙重用途之 TN24BH 金屬護箱，每座護箱可盛裝 69 束用過核子燃料，但 Mühleberg是先使用中型的TN9/4 金屬護箱，將用過核子燃料利用卡車運至該座集中式中期貯存設施，再於其熱室將用過核子燃料移至 TN24BH 金屬護箱，進行乾式貯存。
瑞士國家放射性廢棄物集中式中期貯存設施（圖片來源：ZWILAG）
裝有用過核子燃料的護箱在透過鐵路與陸路運輸至集中式中期貯存設施時，必須先在設施內的接收站進行檢查。（圖片來源：ZWILAG）
瑞士集中式中期貯存設施內的高放射性廢棄物乾式貯存廠房，用來存放來自瑞士核電廠的用過核子燃料以及因再處理所產生的玻璃固化廢棄物。（圖片來源：ZWILAG）
另一方面，貯存於該設施的玻璃固化廢棄物則是採用 CASTOR HAW 20/28 CG 金屬護箱，貯存於同一座乾式貯存廠房當中。不管是用來裝載用過核子燃料或是玻璃固化廢棄物的貯存護箱，都可以保護護箱內的高放射性廢棄物免受墜機、地震、火災或其他事件等的傷害。根據經濟合作暨開發組織核能署（OECD-NEA） 公布的《2020 年瑞士國家放射性廢棄物之安全管理與除役報告》顯示，截至2018 年底，在瑞士集中式中期貯存設施內已儲存41 座用過核子燃料乾式貯存護箱，來自Gösgen、Leibstadt 與Mühleberg 共3 座核電廠，以及1 座裝有來自瑞士Diorit 研究用反應爐用過核子燃料束的乾式貯存護箱。
除了這座集中式中期貯存設施之外，瑞士Beznau 核電廠內也有一座較小型的獨立用過核子燃料乾式貯存設施。截至2018 年底，已有18 座乾式貯存護箱儲存於該設施內，最多則可以容納48 座護箱。而Gösgen 核電廠則建有一座用過核子燃料濕式貯存設施，最多可容納1,056 束用過核子燃料。
目前瑞士以已除役的Mühleberg 核電廠運轉47 年，以及其他4 部機組運轉60年的時間來計算，屆時將產生4,100 噸的用過核子燃料，其中1,140 噸已完成再處理，加上再處理所產生的玻璃固化廢棄物，瑞士的高放射性廢棄物最終處置場將約需9,400 立方公尺的容量才可以容納這些高放射性廢棄物，這約等於8 座單戶住宅（Single family home）的大小。瑞士國家放射性廢棄物處置專責機構（Nagra）目前也以這個數字為目標，就高放射性廢棄物最終處置設施開始必要的地質調查與安全評估作業。Nagra 是由瑞士政府與4間持有核電廠的電力公司共同成立。
安全至上
ZWILAG 公司除了在這座集中式中期貯存設施建設時就考量到如強震、墜機等多項安全因素，來採取廣泛的預防措施，以及該設施與環境的相容性之外，營運期間的安全性，例如放射性廢棄物的運送過程、廢棄物的放射性監測、各項設施的安全檢查等，都必須以最優先的順序來看待。
整個設施的營運也都必須符合瑞士國家規定，核能安全、輻射防護與放射性廢棄物處理等均受瑞士法律規範，相關機構主要有聯邦能源局（Swiss Federal Office of Energy）、核能安全管制機構（Swiss Federal Nuclear Safety Inspectorate）與公共衛生局（Federal Office of Public
Health）。
瑞士集中式中期貯存設施內所採用的用過核子燃料貯存護箱（圖片來源：ZWILAG）
瑞士集中式中期貯存設施內所採用的玻璃固化廢棄物貯存護箱（圖片來源：ZWILAG）
瑞士的高放射性廢棄物在抵達這座集中式中期貯存設施前均使用鐵路或陸路進行運送。放射性廢棄物的運輸在全球各地已累計了數百萬公里的經驗，僅在歐洲就已完成了數千次的用過核子燃料運輸，至今未發生任何一起涉及放射性物質外洩的事故。但高放射性廢棄物由於放射性極高，這些廢棄物的運輸必須受國際監管，且每一次的運輸都必須事先獲得許可，才可進行。這座集中式中期貯存設施內所採用的高放射性廢棄物貯存護箱，重量最重可達140 噸，這些金屬製的護箱除了可作為貯存用容器，同時也可以當作運輸容器使用，也可保護貯存在裡面的高放射性廢棄物免受有可能發生的損傷。這些護箱在正式使用前都必須經過測試，例如需承受自9 公尺的高度掉落至堅硬的表面，以及暴露在平均高達攝氏800 度火焰等的測試，確保貯存在內部的放射性物質在極端的狀況下仍不會對周遭環境、人民造成威脅，即使是在運輸過程之間亦同。
該座設施內所有的高放射性廢棄物護箱都必須接受不間斷的控管，貯存廠房內的放射性監測也是在不間斷的情況下執行。由於瑞士這座集中式中期貯存設施接收國家所有種類的放射性廢棄物，除了用過核子燃料與玻璃固化廢棄物等高放射性廢棄物之外，還有不同種類的中低放射性廢棄物，包含來自中期貯存設施內、瑞士核電廠以及醫療、工業、研究用所產生的中低放射性廢棄物，均貯存在這座集中式中期貯存設施。因此，該座設施周圍都設有完善的量測系統，持續對該地區的空氣、水源（河流、地下水與降水）、食物鏈（土壤抽樣、草地、植物性食物與牛奶）進行監測，量測的結果每年由政府公布。在這數十年來的監測結果，該地區的輻射影響每年最多僅百分之幾毫西弗，跟瑞士人口平均每人每年接受4 毫西弗的輻射曝露，可說是可以忽略的數值。
ZWILAG 公司當初選擇使用鋼筋混凝土來建設這座集中式中期貯存設施，除了可以將輻射屏蔽在建築內，保護周遭環境免受輻射直接照射之外，還可以為周遭環境提供高度的保護。設施建築內部的壓力水平維持低下也可確保當發生輻射外洩的情況時，空氣只可以進入建築內部。各種預防性措施包含了對各設施進行永久性的監控與維護，以確保所有設施可安全運行，所有機器與人力也會定期進行優化。
ZWILAG 公司每年為此投入大筆的資金，來提高運轉的安全水平，「這座集中式中期貯存設施是由受過專業訓練的人員來維持營運的一座現代化設施，這些人員不僅在安全問題上值得依靠，在所有方面都是」，ZWILAG 在公司網站上這樣敘述。固定在設施內部工作的工作人員，每年可能吸收超過1 毫西弗的累計輻射劑量的區域為「控制區」。不管是在該區域工作的員工或是至該區域參訪的訪客，都必須採取額外的安全措施，除了可達到更高程度的保護，同時也可避免將放射性物質外移，這些措施包含了替換衣服與鞋子、配戴輻射劑量偵測計、限制在該區域停留的時間、避免接觸輻射源、在離開該區域前接受仔細的放射性水平量測等等。另外，在該區域也禁止任何飲食，以避免透過肺部或胃部攝入任何可能的放射性物質。
根據ZWILAG 公司的資訊顯示，在這座集中式中期貯存設施工作的員工，他們接受到的放射性曝露均遠低於瑞士每人每年20 毫西弗的法律限制，這項限制適用於瑞士每位會受到游離輻射曝露的專業人員，這也包含了如放射（x 光）師以及參與癌症放射治療等的醫療人員。相比之下，於德國Menzenschwand 的黑森林（Black Forest）所偵測到的天然輻射劑量，也是每人每年20 毫西弗，可見這座集中式中期貯存設施的輻射劑量值並無任何異常，也代表內部的放射性廢棄物乾式貯存設施完全具備安全運轉的能力。
參考資料：
1. ZWILAG. “Installations and operational process”
2. ZWILAG. “Operation.”
3. ZWILAG. “Safety.”
4. Nagra. “Volumes of radioactive waste.”
5. OECD-NEA. “The control of safety of radioactive waste management and decommissioning in Switzerland.”
6. IAEA. “Country Nuclear Power Profiles – Switzerland (Updated 2020).”
7. 台灣電力公司，《「集中式貯存場」構想與初步規劃》
8. 行政院原子能委員會放射性物料管理局，《集中式放射性廢棄物貯存設施 國際相關資訊》
出處:核後端雙月刊第三期
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