一、核能發展與核廢料管理、處理
三、目前台灣對核能使用現況
二、核能發電的發展與原理設計
七、目前擁有核能武器的國家或地區
ㄧ、核能運用的原理與核能發展
四、世界主要國家核能使用現況
六、世界各核電廠意外事故彙整
五、核廢料儲存與管理
八、二戰日本的原子彈核爆事件
十、題目
九、使用核能在經濟上的優點、缺點
裂變能:重元素(如鈾、鈈等)原子核發生分裂時釋放出來的能量
聚變能:輕元素(氘和氚)原子核發生聚合反應時釋放出來的能量
原子核衰變時發出的放射能:核能靠原子核里的核子(中子或質子)重新分配獲得能量,這種能量非常大。
四代反應爐
第一代(1950-1970):壓水反應爐
第二代(-1990):壓水反應爐、加拿大氘鈾核反應爐、沸水反應爐、改進型氣冷反應爐及水高能反應爐。
第三代(1990-present)壓水反應爐、沸水反應爐、快中子增殖反應爐,在第二代基礎上新增安全&經濟性考量
第四代(2030-)研究中的理論反應爐,希望能降低燃料電池成本、減少核廢料
發電原理的設計
鈾235裂變 -> 放射出中子 -> 中子撞擊 -> 引發其他鈾原子核裂變 -> 重複,不斷產生能量
燃料
鈽239
鈾238+中子 -> 鈾239 -> 衰變兩次 -> 鈽239
優點:
- 與鈾235一起使用,能量提升20%
- 大多數鈽239可在反應爐中被消耗掉
安全問題:
- 因為鈽比鈾吸收更多中子,反應爐控制系統需修改
- 熱傳導性低,需要溫度較高,在某些反應爐設計可能會有問題
台灣使用鈾235;日本使用93%天然鈾加7%鈽239
❓反應爐類型
壓水式反應爐
沸水式反應爐
壓水v.s.沸水
中子吸收劑
材料:
銀、銦、鎘、硼、鈷、鉿、鏑、釓、釤、鉺、銪、etc.
常見組合:
- 氙、氦、硼
- 鎘、鉿、釓
作用:
每次核分裂釋出中子不只一個,若沒有中子吸收劑 -> 中子過多 -> 核分裂過於活躍 -> 瞬間釋放大量能量 -> 反應爐可能熔毀
e.g. 車諾比核災(抽出過多控制棒)
緩速劑
常見:輕水、重水、石墨
作用:降速中子,產生鏈式反應,因發射中子比捕獲中子慢
核燃料棒
組成:
燃料材料、結構材料、中子緩速劑、中子反射材料
用低濃縮鈾,包括鈾235(3%)和鈾238(97%)
核一:除役
核二、核三:運轉中
核四:資產維護管理
2018年台發電 top 3
燃煤 - 38.8%
燃氣 - 38.6%
核能 - 11.4%
全球:446座核反應器
中國
45座反應器,還有13座興建中,43座規劃階段,提議中130座
安裝、運行量世界第三,全球1/10核電來自中國,佔整體供電4.2%
日本
33座核反應堆,佔整體供電6.2%
有除役計畫核准前提、除役計畫特定內容
美國
97座核反應堆,佔整體供電19.3%
95獲准延長運轉至60年,11未來六年停止,18進入除役階段
2018年18% -> 2050年12%
低階核廢料:員工衣物、器具、醫療院所放射性廢棄物
處理:焚化、壓縮或固化 > 低階核廢料貯存場 > 最終處置 數百年
高階核廢料:燃料棒
處理方式:水池冷卻 > 中期貯存 > 最終處置 百萬年
台灣處理方法
低階
濕式:濕性廢棄物+水泥 > 混合固化
焚燒:可燃性廢棄物焚燒 > 減少30倍體積
壓縮:非燃性廢料壓縮 > 減少3倍體積
全部都要去低階貯存場,等半衰期輻射減弱 約上百年
高階
鈾燃料使用4-5年 > 濕式儲存(冷卻池10年吸收衰變熱) > 乾式儲存(自然空氣降溫40年) > 等半衰期輻射減弱,百萬年(鈽239需24100年)
高階核廢料
台灣核廢料
低階:蘭嶼和桃園龍潭核研所
高階:核一、二、三廠
濕式儲存:冷卻池水循環,若水位低於燃料棒頂端,過熱會氫爆,一般5-10年就要移出
乾式儲存:冷卻池移出後,放到內不鏽鋼外水泥的裝置,用空氣對流降溫
最終處理:乾式儲存時可回收鈽、鈾等,最後放最終處置場,與人類生活圈永久隔離
「國際核能事件分級制」
國際原子能總署(IAEA)&
經濟合作開發組織核能署(OECD/NEA)
世界三大核災
1️⃣ 切爾諾貝爾(烏可蘭)1968年,7級
a.k.a. 車諾比核災,歷史上最嚴重核災,輻射塵飄落至整個歐洲,罪魁禍首是蘇聯政府偷工減料,後製車諾比石棺防輻射外洩(可用100年)
過程:人員疏失使功率激增超過上限10倍 > 蒸氣爆炸
影響:6000甲狀腺癌,預計未來2000-9000癌症病例,整個歐洲癌症比率上升
2️⃣福島(日本)2011年,7級
過程:311大地震引起設備毀損、爐心熔毀、輻射釋放
影響:16000死亡(含海嘯),核災事後3676死亡,273兒童癌症,100人在避難時自殺,無人因輻射暴露立即死亡
3️⃣克什特姆(俄羅斯)1957年,6級
過程:冷卻系統失效,氫爆
影響:10000撤離,200人死於癌症,輻射雲擴散至東北數百里遠
分級制度
0:無安全顧慮
1-3:事件(異常、注意、嚴重)
4-7:事故(場外無顯著風險、具有場外風險、重大、特大)
劃分準則
- 人與環境準則(放射物質外釋狀況&人員接受輻射劑量)
- 輻射屏障與控制準則(發生後對設施內影響)
- 深度防禦準則(安全系統受損程度)
合法:美、俄、中、英、法
非法擁有:印、巴基、北韓
疑似:以、日、伊朗
1945年8月6日和9日,廣島市和長崎市,人類第一次在戰爭中使用核武器
破壞半徑1.6公里,90%以上醫生護士死亡、受傷,4-7.5萬人立即死亡,數十萬平民死亡
👍
- 減少石化燃料依賴,燃料費用成本低
- 少燃料產生巨大電力
- 能量密度高,運輸儲存方便
- 價格穩定
👎核廢料處理成本高