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百密一疏 -- 地震可喚醒了我們？
2011/03/17 07:36
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自三月十一日以來，全球許多人都在關注日本大地震後 Fukushima 第一核電廠的危機控制情形，各大媒體都湧到東京附近採訪，網路上也是充斥著各種似真又假的消息。為何冷卻系統發生問題？海水冷卻為何不發生功效？核燃料棒(含 UO2 或 PuO2)會因溫度升高而全部熔化嗎？會有何後果？對人體傷害如何？這樣的核電意外有可能避免嗎？

以上問題，新聞裡已有一些討論，日本 Fukushima 第一核電廠 meltdown 危機，正提供我們一個很好的機會去了解核能且面對問題。

日本的都市與工業建築結構，在這一次本州大地震中，通過了嚴峻的考驗，這是很值得推崇與學習的，其中也包括核能電廠的硬體結構。筆者曾詢問從事結構工程與設計的大女兒的看法，他指出若是美國西岸大城遇上像這樣罕見的大地震，可能不少城市建築結構承當不起劇烈又長時間的搖晃，這可能是因為設計時假設的地震強度，只是七至八級。大女兒去年曾加入美國結構工程師協會志願工作隊到 Haiti, 參加災後結構檢驗與重整工作，他說那兒許多水泥建築根本沒有依照法規設計，甚至沒有明確規定，所以一震就垮，死傷數十萬。這讓我想起二○○八年中國四川省汶川大地震，筆者曾在災區幾天，所見情形相當悽慘，造成原因與 Haiti 很相似。

雖然結構做的不錯，可是，日本對於海水的巨大威力這一次卻可能低估了。日本沿海地區，常遇到 tsunami (津波，一連串的海潮)，所以沿海都建有「擋海牆」，過去 tsunami 沖過沿海高牆的情形，也曾發生過，但是產生了一定的阻絕功效，所以日本政府還是興建。可是這次情形嚴重數十倍，擋海牆可能只發生數秒鐘的功效，也許挽救了一些人命。造成核電廠冷卻水備用系統失效，主要因為海水沖壞了備用 diesel generator，所以無法啟動，在電力受損的狀況下，只好靠備用電池應急，但僅能維持數小時。

一個核電廠使用很多燃料棒，核燃料棒是將鈾或鈽氧化物包裹在陶瓷金屬內形成。數十枝燃料棒形成一組一組的燃料版，一個核反應器可能有數百組燃料版，都懸掛在反應器中，但為了控制溫度，它們必須浸在冷卻水內，水是一直循環不停的，這是為什麼核電廠都有巨型冷卻塔的原因。

若說核燃料棒是反應器的心臟，水就是懸環不息的血液。現在，水無法循環，血就無法更新，心臟會「壞死」。糟糕的是：靜止的水會被燃料棒不斷釋出的熱給蒸發，甚至水蒸氣都因高熱而分解成氫氣與氧氣，氫氣極易引起爆炸，爆炸很可能損壞建築物與反應器本身，也因此釋出放射物進入大氣(註)。沒有冷卻水的燃料棒，更會因本身的高熱而熔化或焚燒，因此釋出許多核分裂 (nuclear fission) 產生的放射物質，若反應器與週邊裝置因地震或爆炸破裂，固液態混合的熔解燃料就進入土壤與地下水，危害形成多介質擴散，或是凝成一大塊具高輻射性金屬，這就更難處理遺害數千年，就像 Chernobyl 核災難一樣。

為什麼對地震與 tsunami 有多年經驗又準備充分的日本人，會將備用柴油發電機組與燃料放在核電廠低窪地區？有什麼特殊原因必須如此？這是讓人想不通的事。是不是他們太信任「擋海牆」，而低估了大海的威力？百密一疏，大水沖毀了備用發電機，就造成難以收拾的核能災害。為什麼電廠操作管理人員沒有在輻射度低的狀況下，及時修護受損的電力系統，使冷卻水循環可以恢復啟動？這是另一讓人費解之舉，是不是東京電力公司在決策上犯了嚴重失誤？

GE 公司設計的沸水式核反應器包括多層保護設計，對防範輻射外洩有良好的控管，使用後的燃料棒多數存放在反應器上層週邊的冷卻水槽中，一般來說沒什麼問題，過一段時間後，載運到核廢料儲存場去。但如今，也因為冷卻水無法循環，廢燃料棒竟「死灰」復燃，開始因熱產生核分裂連鎖反應 (nuclear fission chain reaction)。這衍生出另一個大問題，因為廢燃料組成複雜，含有許多原來核分裂的衍生物，主要是介於原子量 90 – 140 間的元素，尤其以 cesium (鍶) 與 iodine (碘) 為最多，且多數有放射性，它們釋出放射線強度與半衰期都與原來的鈾燃料不同，傷害力可能更大。有誰想到，這樣的廢燃料棒儲存方式，竟也可能成為一大災難？這是不是另一個工程上的百密一疏？

面對地震、海嘯、與核放射三重傷害，看到日本人防備災難的努力與付出，以及他們在傷害痛苦中展現出強韌的堅持力，我們能不同情與佩服？

試問：在我們居住的環境裡，尤其是加州美地與海島上，有多少工業、電廠、建築設施是在地震帶上、是在低窪地區、是在海岸水邊？在設計上，它們的安全係數為何？也許我們更該問自己：有無做好災難應變預備呢？

在全球災難連連、多處動盪不安、氣候異常變遷、能源價格愈來愈高的情形下，發展核電值得嗎？

日本這次大災難提醒我們：人雖自以為聰明，仰靠科技，在山崗水岸開發建設，搜求各種資源礦產，但在預估環境風險時，卻顯得那麼缺乏遠見，日本如此，其他國呢？大地一動，海水一沖，就顯露出工程品質。人對上天的能力真是了解的太有限了。

沙塵豹默哀致意 3-17-2011

註：請參看EPA資料http://www.epa.gov/radiation/radionuclides/cesium.html


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3樓. 時和
2011/03/20 23:06
沒有人會反對替代能源的，問題就是在台灣有足夠的土地發展替代能源嗎？

>> 不要核電，不要CO2，發展替代能源是唯一之途，別無他法。

沒有人會反對替代能源的，問題就是在台灣有足夠的土地發展替代能源嗎？

沒有水資源、沒有電力，撐不住產業的。

像太陽能發電未必需要很大遍土地，有足夠多的屋頂也可以；風力發電在海邊或山巔或高樓頂上也行；海潮發電則當然是在海裡；若氫能源可行的話(目前尚有技術與經濟考量)，也是以靠海為主，因為水多，可作為原料。

至於水資源問題，不是水不夠，而是水使用、管理、與處理上有問題，所以水使用回收與節約效率差。台灣其實可以利用海水為部分水源，我想可能小規模的試用過，但沒有認真考慮可行性，這可能與政治風氣有關。

至於產業發展，我覺得應該淘汰一些效率低耗能高的產業，轉而關注 specialty 產業。這就考驗領導人的遠見與毅力了。 沙塵豹 於 2011/03/21 09:20回覆
2樓. 時和
2011/03/20 11:37
如何能發展產業，讓人民充分就業？絕對不是只會說〝No〞就能解決的

謝謝 沙塵豹 的分享，沙塵豹 的回覆 時和 萬分的贊成。

聯網城邦中很多網友都只會講 No，但是拿不出替代方案。

因此能提出解決或是改進方法的網友更顯得彌足珍貴。

廢核之難，難在替代能源

臺灣能有足夠的土地發展替代能源嗎？答案絕對是否定的。
.

目前台灣不婚不生，人口出生率落到全球最低。

說實話只因為無法提供產業留在台灣的條件。

發展軟體、研發、智慧財產等只需要少數的高素質人力，不足以提供多數人的工作機會

而發展產業就需要電力及水力。在台灣，南部缺水、北部缺電。

如何能發展產業，讓人民充分就業？絕對不是只會說〝No〞就能解決的。 

時和兄說的不錯，光說 No 是不能解決問題的，但核能電廠帶來太多意想不到的災害與隱憂，真是沒法子不擔心。像 Chernobyl 核災難的爛攤子，再過一千年也解決不了，人是不能靠近那個廢墟的，方圓幾十公里都是禁區，只能讓時間去醫治那地，也就是說未來數十代人是與那地隔絕的，就像地獄一樣。

不要核電，不要CO2，發展替代能源是唯一之途，別無他法。 沙塵豹 於 2011/03/20 14:15回覆
1樓. 時和
2011/03/18 14:14
那應該要如何設計以避免重蹈覆轍？
在這次福島一號核電廠事件中，
倘若做了哪些防護措施、或是多提供哪些 Fault Tolerance 設備，
則這次的核災就可避免？

很明顯的是柴油發電機出狀況了，冷卻水出狀況了，

那應該要如何設計以避免重蹈覆轍？
其實地震對此核電廠的硬體建設損害並不大，表示結構工程作的很好，核反應器也相當堅固。是 tsunami 與氫氣爆炸產生相當大損害。地震可能損害了內部供電系統，但為何不能在輻射量尚低的最初時段，儘速修復受損電力，使冷卻水系統恢復循環？

美國政府認為日本反應太慢、沒有掌握現場狀況、聽信東京電力公司一方說法、低估災情與核污染範圍，所以三月十六、十七日起大哥「出手」干預並撤僑，範圍訂在80公里內，而非日本的20公里危險範圍。

還有什麼可以事先設想的風險範疇？日本是模範學童，作的比絕大多數國家好，還能怎麼辦？我想，就是別在地震帶上蓋核電廠，才是最佳風險防備。若是至放處沒選好，再多兩個備用發電機也未必管用；我看災難應變處置準則必須改寫，作核電工程與管理的都知道冷卻水的重要，水不只散熱，還是控制核分裂反應速率的重要介質，如何維持冷卻水運轉？可能是第一要務。此外，廢燃料棒必須分別儲存，而不是與反應器同在一個建築內，也許是有必要的。

原能會的才俊之士肯定會有更好的做法，問他們吧，野豹技窮了。 沙塵豹 於 2011/03/19 01:51回覆
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