摘要
本文彙整國內外資訊,說明國際各主要核能國家低放射性廢棄物坑道處置相關之設施規劃與發展現況。此外,亦分析比較各國低放射性廢棄物坑道處置案例之特性與發展趨勢。
本文彙整迄今各國低放射性廢棄物坑道處置計畫終止、籌備中、運轉中、或已封閉者共二十五個案例。歸納發現,迄今仍運轉中的有七個,已停止運轉的有三個,興建完成等待啟用的有一個,興建中的有一個,規劃中的有四個,計畫終止或暫停的有四個,選址中的有三個,進行地下實驗中的有一個,另有一個坑道處置場(北韓)資訊不足現況不明。
各國依其國情選擇使用坑道處置方式,雖然其社經條件與自然環境與我國有別,但其設施設計概念與安全因素考量之經驗,仍可以提供我國發展低放射性廢棄物最終處置場之借鏡,以加速提昇技術能力,確保處置安全合於國際水準。
關鍵詞:坑道處置(Cavern disposal)、低放射性廢棄物(Low-level radioactive wastes)、國際概況(Worldwide status)。
壹、前言
低放射性廢棄物為原子能民生應用無可避免的衍生產物,主要來自於核能電廠及放射性物質的民生應用,包括醫療、農業、工業、研究等。放射性廢棄物必須予以妥善處理,而最終處置(final disposal)則是解決問題的可行方法。最終處置意指將放射性廢棄物經過包裝後,置放於妥善設計與施工的處置場中,藉由與穩定自然環境所共同組成的多重障壁系統(multi-barrier system)使放射性廢棄物與人類生活環境隔離,以確保環境品質與人體健康。
經濟部已於民國97年08月29日公告「台東縣達仁鄉」、「屏東縣牡丹鄉」、「澎湖縣望安鄉」等三處為低放射性廢棄物最終處置設施潛在場址。其中達仁鄉與牡丹鄉因地形崎嶇,採用坑道處置為可能的設計方案之一。本文爰針對國內外低放射性廢棄物坑道處置概況資訊進行彙整分析,成果可回饋我國處置概念發展、處置場設計、安全評估等參考應用。
鑒於各國對於放射性廢棄物分類方法之不同,本文分析的內容尚包括部分國家所稱之中放射性廢棄物。研究內容包括我國低放射性廢棄物處置工作推動現況與坑道處置之潛在需求,各主要核能國家低放射性廢棄物坑道處置策略、相關機構、設施規劃、處置現況等。
貳、低放射性廢棄物處置特性與我國坑道處置需求
本節說明低放射性廢棄物處置場的類型與國內對於低放射性廢棄物坑道處置場的潛在需求。
一、低放射性廢棄物處置場型式
低放射性廢棄物處置有各種不同的方法,在早期1970年代如法國與美國等國家以簡單的壕溝方式進行掩埋,甚至直接將低放射性廢棄物進行海拋(sea dumping)。到1980年代倫敦公約(London Convention)生效後,海洋處置遭到禁止,放射性廢棄物其後僅允許進行陸地最終處置。陸地最終處置發展至今有多種不同的型式,基本上國際共識將之劃分為近地表處置(near-surface disposal)與坑道處置(cavern disposal)兩大類型,其下再細分為各種不同的型態,詳如圖1所示。近地表處置早期亦稱淺地層處置(shallow land disposal),近地表處置與坑道處置二者之間以接近地表30公尺範圍作為大致的分界,美國法規10 CFR Part 61 (USNRC,1982)與國際原子能總署的技術文件(IAEA,2003)均有相似的定義。
坑道處置大致上又可分為三種型式,第一種型式是以近乎水平坑道(drift)進入山地腹部處置設施者;第二種型式是以較緩坡度的斜坑(ramp)進入鄰近陸地的海床下處置設施者;第三種型式須以豎井(shaft)進入地下約百餘公尺以下位在深層地質環境中的處置設施者。坑道處置類型示意如圖2所示。
國際低放射性廢棄處置概況已知籌備中(曾完成概念規劃者)、運轉中、或已封閉的的低中放射性廢棄物處置場多達125個,多數處置場(約87%)採用近地表處置型式,其餘則採用坑道式處置(紀立民,2004)。
二、我國低放射性廢棄物坑道處置需求
我國低放射性廢棄物處置計畫從民國82年台電公司開始推動實質工作,迄今已十餘年。期間歷經過程包括:民國82年起的場址評選程序;民國85年的自願場址徵選措施;民國87年以徵評選方式,選出烏坵鄉小坵為優先調查候選場址;民國91年因時空背景變遷,停止烏坵鄉小坵興建計畫等。
民國95年5月24日「低放射性廢棄物最終處置設施場址設置條例」公佈後,依法由經濟部擔任主辦機關,並設處置設施場址選擇小組(簡稱選址小組)執行處置設施之選址工作。選址程序首先由經濟部依選址小組建議公告「潛在場址」,公告後六個月內,選址小組應向經濟部提出「建議候選場址」遴選報告,並建議二個以上「建議候選場址」。「建議候選場址」經公告程序及地方性公民投票同意則為低放射性廢棄物最終處置設施「候選場址」。即可由選址作業者(台電公司)進行詳細的場址調查與環境影響評估工作,在通過環境影響評估審查後,由經濟部轉行政院核定為「處置設施場址」(原能會,2006)。
依據現階段選址作業執行進度,經濟部已於民國97年8月29日核定公告台東縣達仁鄉、屏東縣牡丹鄉、澎湖縣望安鄉等三處為潛在場址。其中台東縣達仁鄉與屏東縣牡丹鄉地區則因地形崎嶇,可能須採用坑道處置方式進行設施設計。坑道處置設計、施工、營運、封閉、安全評估等的技術性遠較近地表處置複雜,國際經驗有助於提升國內的水準,並加速處置計畫的推動。
圖1 低放射性廢棄物最終處置方式分類
圖2 低放射性廢棄物坑道處置類型示意圖
參、國際低中放射性廢棄物坑道處置資訊彙整
本節彙整說明主要核能國家低中放射性廢棄物坑道處置之相關資訊,包括以往曾經推動的計畫、運轉中設施的現況、處置設施功能等相關內容。相關資訊來源包括國際原子能總署(IAEA,2008)建置的放射性廢棄物管理資料庫(Net Enabled Waste Management Database,NEWMDB),以及各國放射性廢棄物管理技術報告與相關單位網頁資訊。
一、比利時
比利時短半衰期(少於30年)低放射性廢棄處置場已初步選定於Dessel進行近地表處置,目前持續進行地方溝通中(ONDRAF/NIRAS,2008)。該場址概念規劃階段亦包含深層地質處置方案,相關資訊仍具國內參考價值。而其長半衰期低中放射性廢棄物目前規劃將來與高放射性廢棄物於深層地質處置場進行處置。
比利時對於低-中放射性廢棄物的坑道處置概念如下:
1. 短半衰期低中放射性廢棄物Dessel場址原規劃方案(註:後來決定另採近地表處置方案):
(A) 地表作業區約佔地六英畝。
(B) 兩條豎井連接地表設施與地下運轉的主隧道。
(C) 地下設施包含六條處置隧道各長1860m。
(D) 放射性廢棄物以400L鋼桶固化盛裝,再置入混凝土箱(尺寸長2m,寬2m,高1.3m)。箱內間隙以水泥灌漿後加蓋封填。
(E) 混凝土箱運往地下處置坑道內處置,最高堆疊六層。
(F) 處置場周圍地層為黏土岩。放射性廢棄物處置後坑道間隙填充沙質回填材料。
(G) 處置場從施工到封閉約50年。
2. 長半衰期低中放射性廢棄物處置方案:
(A) 與高放射性廢棄物共同處置於一個處置場。
(B) 處置母岩(host rock)為黏土岩。
(C) 廢棄物固化於鋼桶再置入混凝土箱,間隙以水泥灌漿後封蓋。
(D) 混凝土箱運往地下處置坑道安置。
(E) 處置完成後以回填材料封閉地下處置坑道。
二、加拿大
加拿大低放射性廢棄物至2033年(預估目前最後一座核電廠停止運轉之時間)估計有2.6 x 106 m3 (LLRWMO,2004)。安大略電力公司(Ontario Power Generation,OPG)與Bruce核能電廠所在的Kincardine地方政府商議在該公司西部廢棄物管理設施(Western Waste Management Facility,WWMF)內研究進行低放射性廢棄處置的可行性。其中一種為深層岩石坑道處置窖(Deep Rock Cavern Vault,DRCV),其處置概念說明如下(OPG,2004):
1. 場址為古生代的穩定石灰岩與頁岩層。
2. 地表設施建造於安大略電力公司所擁有的土地內。
3. 地下處置設施位於地表設施正下方,約660m深處。
4. 主豎井一處,以混凝土襯砌,內徑6m。用於施工以及廢棄物與人員運輸。位置必須儘可能接近暨有的廢棄物貯存倉庫。
5. 廢棄物接收設施必須鄰近主豎井,並具備廢棄物偵檢、重整、暫貯等功能。
6. 通風排氣豎井,以混凝土襯砌,內徑4m。亦作為人員逃生之緊急通道。
7. 由地表及豎井周圍向岩盤灌漿,以減低地下水滲流進行處置設施之情形。
8. 開挖坑道視需要進行岩盤支撐,以維護運轉期間工作安全。
9. 處置場設計容量至少為78,094m3。
10. 低放射性廢棄物處置坑道共18條,各長120m,寬8.1m,高7.5m,兩端進出口各10m,作為封閉材料與監測設備使用空間。
11. 中放射性廢棄物處置坑道共20條,各長90m,寬8.1m,高5.4~6.6m,兩端進出口各10m,作為封閉材料與監測設備使用空間。
12. 坑道邊緣間距為坑道寬度之1.5倍,以維持力學穩定。
13. 低放射性廢棄物處置坑道由於處置容器差異,堆疊時應提高其效率。
14. 處置坑道隨作業需求,逐次開挖。
15. 處置坑道放滿廢棄物後,入口必須適當的永久封閉。
16. 處置場必須設置監測設備對環境與輻射變化進行紀錄分析。
17. 豎井除以現地開挖出來之碎石回填外,適當間隔處應以適當設計的混凝土或黏土材料回填,以阻滯地表水之入滲。
加拿大Bruce處置場址目前仍持續進行社會溝通中。並於2008年修訂處置概念構想,將原本長方形的地下處置區,變更為魚骨狀的處置坑道配置。主要調整包括:
1. 處置場容量增加為200,000m3。
2. 地下作業區以圓環狀坑道設計。
3. 處置場深度調整為680m深。
4. 加大主豎井內徑為6.5m;通風豎井內徑為4.5m。
5. 放射性廢棄物依性質不同分區處置於兩個呈魚骨狀排列的坑道群組中。
三、中國
中國可能採用坑道處置的低中放射性廢棄物處置場為華東處置場(亦稱浙江處置場),目前仍在選址中,可能的地點為南秦山。南秦山場址位於秦山核能電廠附近,水文地質條件較適於採用坑道處置方式。初步設計方案有兩種(黃雅文,1999):
方案一:五條處置坑道各長720~750m,寬16m,高16m,間距34m。坑道間設置處置單元各長14m,寬14m,高11m。每條坑道可處置約60,000m3。
方案二:採主坑道分出側向處置坑道之配置方式。處置坑道寬9m,高5m。首期處置坑道長度約710m,可處置10,000m3。
四、捷克
捷克有三個坑道式低放射性廢棄物處置場,均由政府專責機構SURAO (Radioactive Waste Repository Authority)負責運作。
1. Hostim處置場
Hostim處置場利用廢棄的石灰岩礦坑興建,接收同位素應用產生之廢棄物。1959年啟用,容量1690m3,於1997年封閉。屬坑道式處置設計,岩層深度約30m。
2. Richard處置場
Richard處置場利用廢棄的石灰岩礦坑興建,接收同位素應用產生之廢棄物。1964年啟用,容量8300m3,預定使用至2070年。屬坑道式處置設計,岩層深度約30~60m。該處置場以混凝土結構強化,並增設排水系統與監測系統。放射性廢棄物以200L鍍鋅桶盛裝,表面塗布瀝青,桶間以水泥灌漿。
3. Bratrstvi處置場
Bratrstvi處置場利用廢棄的鈾礦坑興建,處置含天然核種(Ra-226,Pb-210,及鈾、釷同位素)之廢棄物。1974年啟用,容量1200m3,預定使用至2030年。屬坑道式處置設計,岩層深度約30~60m (SURAO,2008)。
五、芬蘭
芬蘭有兩處低放射性廢棄物最終處置場運轉中,均採取深地層處置方式設計,且設置於核能電廠附近地下。核能電廠所產生之低放射性廢棄物先暫貯於廠內一段時間使活度衰變,再送往地下進行最終處置。處置場並規劃未來擴建的空間以處置除役廢棄物(STUK,2005)。
1. Loviisa處置場
Loviisa核電廠內之低放射性廢棄物最終處置場,位於地下約100m深處。目前使用二條坑道與一個處置窖處置電廠運轉產生的放射性廢棄物。處置場於1992年動工,1997年完工,1998年試運轉,1999年夏天正式成為最終處置場,設計容量為27,000 m3。
2. Olkiluoto處置場
Olkiluoto核電廠內之低放射性廢棄物最終處置場,採取深地層坑道與處置圓倉(silo)方式進行處置,自1980年核電廠開始運轉以後,立即展開低放射性廢棄物處置場之場址調查,並選定距離核電廠不到1公里,地下深70至100m處建造處置場,廢棄物經坑道送往處置區。1986年完成建場之相關報告後,經Eurajoki市政府與輻射與核能安全局(STUK)審核通過後發照,並於1988年開始進行處置場之開挖作業,1992年設施建造完成後開始營運。處置場容量8,000m3,必要時得予以擴充為90,000m3。預訂於2060年關閉,處置場封閉後不必進行監管。
六、德國
德國的低中放射性廢物處置場包括Asee、Morsleben與Konrad,三者均為深層地質式的坑道處置場,其中Asee與Morsleben已停止運轉,而Konrad因政策檢討暫時中止運轉執照。
1. Asse處置場
原為鉀礦及鹽岩礦場,1965年由(Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit,GSF)研究中心接收進行研發,1967年開始處置低放射性廢棄物,1972年開始處置中放射性廢棄物,1978年執照到期後停止運轉。Asse處置場經結算總共處置低放射性廢棄物124,494個包件,活度1.9 x 1015 Bq(佔總活度60%);中放射性廢棄物1,293個包件,活度2 x1015 Bq(佔總活度40%),總處置活度3.1 x 1015 Bq,總體積47,000m3。預定於2013年將完成處置場的封閉作業(Bossy,2006)。
2. Morsleben處置場
原為鉀礦及鹽岩礦場,在1970年代,前東德政府將其作為中低放射性廢棄物最終處置場。1990年10月3日德國統一後以Morsleben為聯邦短半衰期低中放射性廢棄物處置場。其總處置容量為54,000m3。從1978年開始運轉到1998年9月28日停止運轉,共接收廢棄物總體積約36,752m3,及約6,621個廢射源,貝他/加馬總活度達3.8 x1014 Bq,阿伐總活度達3.2 x1011 Bq。
原有礦坑長5.6km,寬1.4km,有兩座豎井可達524m深。礦坑分為四層,開挖空間長約120m,寬及高度均可達40m,處置場的設計即採用原有礦坑第四層深度約500m之坑道進行廢棄物處置。
目前Morsleben處置場已停止接收廢棄物,並進行封閉規劃中(Ripkens and Biurrun,2002)。
3. Konrad處置場
Konrad處置場為位於Lower Saxony之廢棄鐵礦坑,主要接收發熱可忽略廢棄物,總處置容量為650,000m3。從1982年8月31日開始申請執照,至2002年5月22日獲得執照。
處置場位在800至1,300m深處之間,地下面積約長3.0km,寬1.7km,劃分為6層,共11個處置區域。以每年能處置能力20,000m3,可使用40年。
Konrad處置場目前暫時被終止運轉執照,等待德國政府的進一步決策(DBE,2008)。
七、匈牙利
匈牙利1976年啟用位於Püspökszilágy的地表低放射性廢棄物處理與處置設施,接收民生應用為主,1983年到1997年間同時接收核能電廠運轉廢棄物。1997年原能法施行後基於使用者付費的原則,核能電廠廢棄物須另建處置場以解決產生的廢棄物(IAEA,2004)。
1993年時匈牙利即有新建一處低中放射性廢棄物處置場的構想,可能的方式包括地表與坑道處置(最大深度300m)。1993年到1998年間進行區域調查工作,1998年根據調查結果選定Bátaapáti為預定場址,2000年到2003年間進行場址特性調查工作,調查結果決定採用坑道處置,並獲得主管機關的核可。2005年7月通過當地居民投票,同意處置場的興建,2005年11月國會通過處置場開發案。2006年至2008年間進行地下研究、環境影響評估、執照申請、設施興建等工作。2008年10月6日第一階段四條處置坑道工程已竣工,可望於2009年開始處置作業。
Bátaapáti處置場母岩為花崗岩,處置深度約在地表下200~250m之間,相當於海拔高程0~50m。Bátaapáti處置場將以接收Paks核能電廠的運轉與除役廢棄物為主,處置容量為40000m3。(PURAM,2008)。
八、日本
1998日本原子能委員會(Atomic Energy Commission)提出中放射性廢棄物地下坑道處置的概念需求,包括:
1. 位在地下約50~100m深。
2. 無天然資源存在。
3. 地下水傳輸途徑夠長。
4. 處置場資訊透明公開。
5. 處置場在數百年內進行監測並管制土地利用。
日本核燃料公司(Japan Nuclear Fuel Limited,JNFL)依據前述準則,目前正於Rokkasho-mura規劃一座處置中放射性廢棄物之地下坑道式處置場,2001年到2002年在該地區的Takahoko地層中進行初步調查,鑽設九個鑽孔,進行地質、水文、地球化學、地球物理等量測與試驗。初步探查結論認為Takahoko地層分佈深度約50~100m,中層為凝灰岩與砂岩,底層為泥岩,岩體裂隙少透水性差,且強度足以進行坑道開挖。
2002年到2005年年間於該地區進行細部調查工作,共鑽設10個鑽孔,以取得安全評估所需資料。同時開挖一條長約一公里深度達高程-86m的通行隧道,在其末端擴挖成較大斷面高16m,寬18m的之試驗坑道。在開挖試驗坑道前,先於其週邊開挖三條觀測廊道。配合開挖過程亦同步進行各項觀測與試驗工作(Miyazaki,2006)。
依據細部調查結果進行處置場的概念設計,初步規劃處置深度在高程-80m深處。設施型式與瑞典SFR處置場近似,坑道直徑約18m,坑道中設置混凝土窖以放置廢棄物金屬桶,放置後坑道空隙以混凝土、膨潤土、回填材料等封閉。處置母岩除提供設施支撐功能外,對核種遷移亦具有障壁效果(Kato et al.,2006)。
九、南韓
韓國政府於2005年11月2日在Gyeongju、Gunsan、Yeoungdeok與Pohang四個地方進行公民投票,其中Gyeongju以89.5%的投票人數贊成率,獲選為低中放射性廢棄物最終處置場址。在取得場址詳細特性資料後,韓國核能環境技術研究所(Nuclear Environment Technology Institute,NETEC)選擇坑道處置方式進行申照與建造等後續作業。處置場預定2009年12月建造完工,第一期容量10萬桶,預估總容量80萬桶,處置場封閉後將監管300年(KHNP,2009)。
韓國低中放射性廢棄物坑道處置概念,包含一條豎井與兩條平行斜坡坑道進入地下。地下設施將分階段興建,包括30個處置圓倉(silo)與5條坑道。處置圓倉直徑約27.3m,高約50。每個處置圓倉可容納約16,700桶放射性廢棄物(Park,2008)。
十、北韓
北韓低放射性廢棄物預定處置場位於黃海北道行政區內,距平壤南方120公里處,距南北韓之非軍事區的95公里,總面積約4.8平方公里,周圍5公里半徑內無居民,而距最近之城鎮平山尚有28公里。
該最終處置場原先蘊藏煤礦,並曾有延續數十年之採礦活動,其地質、水文及環境特性業經詳細調查並確定適用於低放射性廢棄物之最終處置。該場址具有以下特性:
1.無斷層。
2.歷史上從無中、大型地震紀錄。
3.地下水位在處置地點下方100 m左右。
4.由於礦區之覆蓋層富含黏土,採礦區及礦坑內極少有滲水現象。
5.未曾因豪雨或暴風而造成洪水氾濫或表土崩塌。
6.無颱風。
7.處置場場界外5公里內無永久性居民或生產活動。
8.場址區域內無國際認定之保育類動、植物。
初步設念設計採坑道式處置方式,坑道共有十條,總長度約10公里。北韓政府曾規劃其中兩個相鄰之坑道用來專門處置我國之六萬桶低放射性廢棄物,其中一條海拔高度為65m,另一條則為85m。在這兩條坑道內之處置區域共有三處,彼此之間相距約30m,分別可以處置15,000桶、10,000桶以及35,000桶的低放射性廢棄物。處置完成後,處置區之坑洞及出入通道都將全並部密封,並由北韓國家核能安全監督委員會進行長期的安全監測及管控(台電公司,1997)。
由於北韓為共產極權國家,該處置場的現況本研究並未取得進一步現況資訊。
十一、挪威
Himdalen處置場為兼具貯存與處置功能的設施,1989年由政府指定一個特別委員會尋求解決放射性廢棄物解決方案,即開始進行選址工作。1992年對三個不同的可能地點進行環境影響評估,最後由離Kjeller放射性廢棄物處理廠25公里的Himdalen雀屏中選,同時確認採取坑道設計處置短半衰期放射性廢棄物,且同時貯存少量的長半衰期含鈽之放射性廢棄物。1994年國會要求政府,在核發建築執照前應通過IAEA的審查,挪威政府在向IAEA提出申請後,1995年由IAEA專家實地考察後提出肯定的結論。1997年2月挪威政府核發建造許可,隨即開始施工。1997年6月運轉單位能源技術研究所(Institute for Energy Technology,IFE)連同安全分析報告提出營運執照的申請,1999年挪威政府核可IFE的申請,執照有效期限10年。
挪威並無核能電廠,Himdalen處置場所處置的放射性廢棄物主要來自IFE的兩座研究用反應器,以及同位素民生應用所產生的放射性廢棄物與廢射源。Himdalen處置場位於結晶岩的山腹中,有四個坑道可進行貯存與處置,另有一條長約150的坑道通行車輛與人員。所有坑道均設有可監測的排水系統,在通行隧道側面並開挖管制室與訪客中心等服務設施。處置坑道上岩體厚度至少50m以上,可以防止人類侵入、飛機撞擊等外部事件的影響。有三個處置坑道以混凝土牆隔開數個處置室,放射性廢棄物桶或貨櫃堆疊四層,每層之間以水泥漿回填,處置室填滿後頂部再建造可以遮蔽地下水滲入的防水混凝土結構物。另一個坑道作為貯存長半衰期廢棄物貯存之用,坑道周圍亦以混凝土結構保護,預期在2030年作出後續決策以前,將不會取出。未來處置場封閉後將監管300~500年(Sörlie,2001;NRPA,2003)。
十二、羅馬尼亞
羅馬尼亞低中放射性廢棄物處置場位於Baita-Stei,由國立物理與核子工程研發研究所(National Institute for Development & Research for Physics and Nuclear Engeneering,NIPNE)負責營運。從1970年即開始規劃與選址,1978年開始建造,1985年開始運轉,預定於2030年封閉,封閉後將監管300年。
Baita-Stei處置場設置於一處早期進行鈾礦探勘的廢棄坑道中,處置場容量約5000m3,處置因同位素民生應用或環境除污所產生的短半衰期低中放射性廢棄物與廢射源。處置母岩為沉積岩,深度位於地下約40m處(IAEA,2005)。
十三、瑞典
瑞典SFR處置場位於Forsmark電廠附近離岸約一公里的海床下,由SKB公司委託電廠代為營運。SFR處置場從1976年開始規劃,1983年取得建造許可,1988年取得運轉許可。
SFR處置場第一期設施以處置40年的電廠運轉廢棄物為目標,目前的建造容量為61,700m3,未來將擴建到150,000m3以容納除役廢棄物。目前的設施包含一個處置圓倉,以及四條處置坑道,長半衰期中放射性廢棄物處置於處置圓倉,其活度佔整個處置場的90%。處置圓倉開挖空間高70m、直徑30m,內部的混凝土結構物高50m、直徑26m、厚度0.8m,底部基座為夯實的矽沙與膨潤土,側壁與母岩之間的縫隙以膨潤土回填厚度至少1m。處置圓倉內部隔成2.55 x 2.55m的豎坑,依序吊入混凝土製的方形處置容器後分層以水泥回填間隙,所有作業均以遙控操作方式進行(Lindberg,2005)。
SFR處置場建造四條坑道處置低放射性廢棄物與短半衰期中放射性廢棄物,特點如下(Lindberg,2005):
1. 一條BMA坑道:尺寸長160m,寬19.5m,高16.5m,以混凝土結構隔成15個處置室,遙控操作置放短半衰期中放射性廢棄物。
2. 一條BLA坑道:尺寸長160m,寬15m,高12.5m,處置標準貨櫃盛裝的低放射性廢棄物。
3. 二條BTF坑道:尺寸長160m,寬14.8m,高9.5m,處置混凝土箱盛裝的中放射性廢棄物。
除了目前運轉中的SFR低放射性廢棄物處置場外,瑞典SKB公司亦開始著手規劃一處稱為SFL 3-5的中放射性廢棄物處置場。初步建議地點仍在Forsmark電廠附近的岩層中,但其深度將比SFR設施更深。
十四、施洛維尼亞
施洛維尼亞低中放射性廢棄物處置場目前仍處於選址階段。可能的場址位於Brežice與Krško,均鄰近Krško核能電廠。可能的處置設施包括近地表處置窖、處置坑道、處置圓倉等型式。施洛維尼亞放射性廢棄物管理專責機構(Agency for Radwaste Management,ARAO)經過初步評估,傾向於以處置圓倉設計進行低中放射性廢棄物處置(SNSA,2008)。
十五、瑞士
瑞士進行低中放射性廢棄物處置Wellenberg計畫,以其透明公開的風格與嚴謹的態度成為世界知名的計畫,計畫目標擬於瑞士中部的泥灰岩山區建造一處處置場,可惜經過多次公民投票,該場址仍因民眾反對遭到否決,瑞士目前考慮以北部泥岩地區Zürcher Weinland作為新場址的考慮地點。但瑞士Wellenberg計畫的坑道處置設計概念仍頗值得我國借鏡。瑞士進行Wellenberg計畫時,提出的坑道處置設計概念(Nagra,1994,2004),特性說明如下:
處置設施分為地表設施及地下設施兩部分,地表設施包括洞口區及通風廠房,地下設施包括接收區及處置坑道。
1. 地表設施:
(A) 建設新的聯絡道路與既有的交通幹道銜接。
(B) 管理大樓位在洞口外,一樓有展示廳,二樓為管理辦公室,大樓前有地下交通工具停車場。
(C) 洞口外有通風廠房將送入地下之空氣加溫。
(D) 一處排氣廠設在接收區上方,高程850m處的山腰上,以豎井連通。
2. 地下設施:
(A) 出入隧道:以兩條平行的出入隧道進入山腹,洞口設大門,防止人員誤闖。北隧道可通行軌道車輛或汽車,進入後約200m即為接收區,有兩個迴路可供車輛迴轉,並包含接收處理清洗等設備。南隧道僅通汽車,作為施工先導隧道以及人員與材料運送之用。出入隧道設計能使2.4m高的標準貨櫃及載具能通過,並預留通風及水電、通訊等相關管線所需空間。
(B) 接收區:分為管制區與非管制區以氣鎖(air-lock)分隔。接收區分為卸載坑道、運轉坑道、輔助設備坑道等三部分。
(C) 連通隧道:為出入隧道的延伸,連結接收區與處置坑道,為兩條平行的隧道,北隧道可通行軌道車輛或汽車,作為低/中放射性廢棄物場內運送之用。南隧道僅通汽車,作為施工先導隧道以及人員與材料運送之用。隧道設計能使2.4m高的標準貨櫃及載具通過,並預留通風及水電、通訊等相關管線所需空間。單一隧道長度約2km。
(D) 處置坑道:處置坑道高程約550m,上方覆蓋岩層厚約500~700m,依低中放射性廢棄物處置需求分兩階段建造。處置坑道為單向隧道,總數七條,相距約100m。單一坑道長度達300m、寬約10m、高約15m。處置坑道前端30m為工作區,與連通隧道相接,可供起重機於處置作業期間將低/中放射性廢棄物包件從軌道車輛上移轉到處置室內,並作為暫貯及維修的空間。處置方式可能以200公升桶直接處置或另行以貨櫃封裝再放入處置坑道。間隙均以水泥漿回填。
十六、台灣
台電公司經過場址評選程序後,曾建議以小坵做為低放射性廢棄物最終處置場,並完成投資可行性研究報告,後因各種因素考量,2002年該計畫因時空背景變遷因故停止,現階段則依「低放射性廢棄物最終處置設施場址設置條例」進行選址中。
小坵計畫因預定場址為島嶼地形,地表面積有限,考慮放射性廢棄物處置需求數量,故規劃採取向下開挖坑道方式進行處置。處置坑道規劃28條,每一條坑道尺寸為長192m、寬12m、高12m,由總長4164m、寬8m、高7m的通行隧道連接。每個處置坑道以混凝土牆隔為10個處置室,廢棄物桶堆疊9層,間隙以水泥回填(台電公司,2002)。
台電公司在2004年開始進行「低放射性廢棄物最終處置場可行性研究技術服務工作」,由中興工程顧問股份有限公司負責承攬。對於台灣東南部地區的潛在場址,建議以坑道處置方式進行處置場設置。目前相關概念設計正積極進行中。
十七、英國
1997年3月英國Nirex公司規劃在英國西北部Sellafield地區進行地下岩石特性調查設施(RCF)之建造計畫遭到國務大臣否決,使中放射性廢棄物深層地質處置計畫終止。否決該案的理由包括該設施對環境的潛在不良影響、選址程序不夠透明公開、規劃未臻成熟等(Murray et al.,2002)。
Sellafield低中放射性廢棄物處置場預定處置區域為深度400~600m以凝灰岩為主的火山岩體,處置低中放射性廢棄物的預估總量達2,600,000m3。其處置設施概念包括(Nirex,2003):
1. 地表接收設施:接收經由鐵路或公路載運而來的放射性廢棄物,並進行檢整與必要時的除污,地表接收設施包含有場內搬運、處理、暫貯等設備與建築。檢查無誤的包件,以吊車吊送至搬運車,再經由地下連通隧道載運到地下處置設施。
2. 地下連通隧道:視未來處置場實況可能採用斜坑或豎井或兩者併用,作從地表到達地下設施的通道。初步概念認為至少須三條通道才能滿足設施施工、廢棄物運送、人員通行、及通風與水電等管線佈設所需。其中一條為斜坡坑道,可以通行軌道車輛並載運放射性廢棄物。
3. 地下設施:地下處置坑道將分期施工建造,經由適當的管理確保施工與處置作業能同時安全進行。入口作業室位在地下坑道入口處,送達地下的廢棄物在此從運輸容器中取出,經過檢查後再送往處置窖,運輸車輛與容器亦在此除污。低中放射性廢棄物處置窖分為屏蔽與未屏蔽兩種,未屏蔽式處置窖處置中放射性廢棄物,以吊車遙控操作置放廢棄物包件,以抑低作業人員輻射劑量。屏蔽式處置窖處置活度較低的低中放射性廢棄物,以有屏蔽設計的堆高車堆置廢棄物包件。
肆、國際經驗分析與回饋
本節歸納前述國際現況資訊,分析低放射性廢棄物坑道處置特性,並對照國內現況說明可以參考的重點。
一、國際低放射性廢棄物坑道處置現況分析
經彙整十七個國家的二十五個案例的資訊,顯示低中放射性廢棄物坑道處置場國際現況如下:
1. 目前運轉中的處置場有七個:分屬捷克(Richard、Bratrstvi)、芬蘭(Olkiluoto、Loviisa)、挪威(Himdalen)、羅馬尼亞(Baita-Stei)、瑞典(SFR)等五國。
2. 已停止運轉的處置場有三個:分屬捷克(Hostim)與德國(Asse、Morsleben)。
3. 興建完成等待啟用的處置場有一個:匈牙利(Bátaapáti)。
4. 興建中的處置場有一個:韓國(Gyeongju)。
5. 規劃中的處置場有四個:比利時(長半衰期廢棄物)、加拿大(Bruce)、中國(華東)、瑞典(SFL 3-5)。
6. 計畫終止或暫停的處置場有四個:分屬德國(Konrad)、瑞士(Welenberg)、台灣(小坵)、英國(Shallafield)。
7. 選址中的處置場有三個:分屬施洛維尼亞(Krsko或Brezice)、瑞士(Zürcher Weinland地區)、台灣(達仁鄉與牡丹鄉,另外望安鄉可能採近地表處置)。
8. 進行地下實驗中的處置場有一個:日本(Rokkasho-mura)。
9. 資訊不足處置場現況不明的處置場有一個:北韓(Kurop-do)。
上述各國簡略概況與處置方式比較如表1所示,各國處置設施的特性彙整如表2所示。