二、地下水流場分析計算

本文以美國洛薩拉摩國家實驗室 （Los Alamos National Laboratory）於1988年所發展，用做模擬含水層地下水流動與核種傳輸之FEHM程式，建立處置場區域之地下水流場，將所計算之地下水流場匯入BLT-MS程式，進行放射性核種由處置場釋出至地質圈之傳輸模擬計算。FEHM（Finite Element Heat and Mass transfer code） 程式是以Fortran程式語言所撰寫，運用有限元素法求解熱量及質量傳輸，較早版本－FEHMN則為執行亞卡山計畫所發展的程式，後續為使程式能更廣泛地應用在其他領域，不斷增強程式功能，演變為今日之FEHM。FEHM主要用以模擬非等溫多相不同組成的流體在孔隙介質中的流動，程式除應用在用過核燃料深層地質處置場全系統安全評估方面外，亦廣泛使用於地球科學與水文地質相關工程領域的模式分析如地熱系統與地下水流模擬。FEHM程式亦可藉由動態連結程式（Dynamically Linked Library, DLL）與外部程式連結，補充全系統安全評估（TSPA）程式無法處理的部分，亦可與其他多種程式進行動態連結，進行不確定性評估計算。

本文以我國離島之一虛擬場址，利用已知之水文地質參數資料，以FEHM程式計算地下水流場。在FEHM的使用上，做了幾點基本假設：1.匯入HELP程式初步估算之覆蓋層入滲數據、2.所建立之地下水流場為穩態流場、3.利用定水頭及不透水邊界求出此虛擬場址的流場三維分佈及4.以三維流場中水頭差異性最顯著之二維剖面做為BLT-MS程式之地下水流數據。此虛擬場址之地質以玄武岩為主，於高程0公尺處存在有一薄層的沈積岩，因此利用FEHM計算分析此流場時，則考慮此一流速較快的沈積岩層，圖3為利用FEHM程式所計算之地下水流流場及分佈型態。

三、BLT-MS程式簡介
放射性核種的釋出與傳輸是利用BLT-MS（Breach, Leach and Transport-Multiple Species）程式來評估，此程式係由美國核能管制委員會（NRC）贊助，委由美國能源研究部門之Brookhaven國家實驗室所發展，做為地表下之低放射性廢棄物處置場的安全性評估之用。BLT-MS程式的基本架構源自於BLT程式，是以有限元素分析法所建構，可模擬的模式包含：（1）水流、（2）處置容器劣化、（3）廢棄物本體功能、（4）傳輸及（5）放射性核種的衰變與滋生。水流模式可藉由相關輔助程式來進行模擬（如FEHM）；處置容器劣化模式可考慮穿孔腐蝕所引起的局部受損或均勻表面劣化所引起的全面腐蝕；廢棄物本體性能提供主要外釋機制包括：（1）淋洗分配、（2）擴散、（3）均勻表面劣化（即溶解）及（4）溶解度限制模式。此程式提供平流、延散、擴散、放射性核種滋生及衰變、可逆的線性吸附及外在污染源等核種傳輸機制。
此外，程式尚具有下列特色：
‧ 容器劣化模式：至多可分析100個容器，並設定20組不同的容器破壞參數，可模擬容器不同的破壞時間；
‧ 廢棄物本體瀝濾模式：至多可給定20組不同的廢棄物本體外釋參數，故可模擬處置場內同時置放多種不同的廢棄物本體；
‧ 計算單一廢棄物本體之外釋及傳輸特性時，至多可同時給定10種放射性核種；
‧ 可模擬廢棄物本體外釋前或傳輸過程中核種之衰變滋生；
‧ 可同時處理所有的外釋傳輸作用及直接處理所接觸溶質的擴散外釋濃度。
因BLT-MS為二維的分析程式，除所要求輸入的參數值較一維分析程式多且繁瑣外，應用限制則包括：
‧ 不能處理裂隙流問題；
‧ 核種同位素皆限定為相同的溶解度限值，即無法區分不同溶解度的同位素；
‧ 參數諸如：吸附係數、溶解度限值、擴散係數、延散係數等皆為定值，不隨時間改變；
‧ 不能處理生物衰敗反應所導致之氣體外釋；
‧ 不能模擬廢棄物本體之回脹或破裂行為；
‧ 水體的流動特性需藉由其他輔助程式以進行分析及回饋，並由輸入檔給定。
BLT-MS程式共需輸入24組的資料集參數，而各資料集中皆有需要加以設定或定義的參數，並經由前處理軟體-BLTMSIN，協助使用者產生BLT-MS參數輸入檔，相關參數說明及定義可參閱郭明傳等（2006），本文不再針對內容贅述。
四、生物圈劑量模式
核種離開處置場後，即在地質圈開始傳輸，核種由地質圈進入生物圈之途徑假設為水井情節，情節假設為距離處置場最近聚落人類鑿井取水，距離假設為100公尺，井水因與處置場流出之地下水相互混合，而遭受污染，並被人類取用，經由此途徑所攝取之劑量計算如下：
             （1）
下標 表示 核種， 表示井水中核種的濃度（Bq/m3）， 表示每人每年飲用水量（m3/yr），假設每人每天飲水兩公升，則年飲水量為0.73 m3， 為嚥入之劑量轉換因子。核種均勻混合於井水後，人類經由飲用行為攝入體內，經由井水途徑為人體攝入之核種比例假設為1%（Biomass, 1999）。
肆、BLT-MS使用參數說明
使用BLT-MS程式分析低放射性廢棄物處置系統的第一要務，即針對此系統建立一概念性模型，此概念模型需涵蓋所有預期會影響放射性核種外釋及傳輸的作用及事件。基於此概念性模型，蒐集正確的核種存量、廢棄物本體、廢棄物容器及傳輸特性參數，給定不同分析區域的幾何形狀及參數資料。並設定合適的廢棄物容器劣化模式、廢棄物本體外釋機制與正確的核種傳輸模式，再藉由BLT-MS程式模擬這些作用與事件，才能獲得符合實際問題的分析結果，相關參數及模型架構如以下各節所述。
一、核種篩選
根據研究指出（泰興公司，2001），低放射性廢棄物包含之放射性核種約有一百多個，大致上可分為腐蝕產物、分裂產物及阿伐衰變核種等三類。這些核種的數量不一，對人類影響的程度亦不相同，進行模式評估前需先行刪除較不重要的核種，以節省模式評估之人力與時間。篩選原則：（1）刪除半衰期比H-3短的核種：因為此類核種半衰期短，其數量/活度很快衰變到可忽略的程度；（2）刪除300、1000及10000年時輻射劑量不及總劑量0.01％的核種；（3）參考其它國家相關報告 （SKB, 2001；日本原燃產業株式會社，1989；Hanušík, 2003）。表1所列之10個核種為根據上述篩選原則，所篩選出重要且具代表性之核種。為求謹慎，特將所篩選之核種與其它國家核種比對，大致上，所篩選之10個核種包含日本研究所選之核種、IAEA所建議之範疇及瑞典SKB的研究（田能全、莊文壽，2006）。

三、BLT-MS程式簡介
放射性核種的釋出與傳輸是利用BLT-MS（Breach, Leach and Transport-Multiple Species）程式來評估，此程式係由美國核能管制委員會（NRC）贊助，委由美國能源研究部門之Brookhaven國家實驗室所發展，做為地表下之低放射性廢棄物處置場的安全性評估之用。BLT-MS程式的基本架構源自於BLT程式，是以有限元素分析法所建構，可模擬的模式包含：（1）水流、（2）處置容器劣化、（3）廢棄物本體功能、（4）傳輸及（5）放射性核種的衰變與滋生。水流模式可藉由相關輔助程式來進行模擬（如FEHM）；處置容器劣化模式可考慮穿孔腐蝕所引起的局部受損或均勻表面劣化所引起的全面腐蝕；廢棄物本體性能提供主要外釋機制包括：（1）淋洗分配、（2）擴散、（3）均勻表面劣化（即溶解）及（4）溶解度限制模式。此程式提供平流、延散、擴散、放射性核種滋生及衰變、可逆的線性吸附及外在污染源等核種傳輸機制。
此外，程式尚具有下列特色：
‧ 容器劣化模式：至多可分析100個容器，並設定20組不同的容器破壞參數，可模擬容器不同的破壞時間；
‧ 廢棄物本體瀝濾模式：至多可給定20組不同的廢棄物本體外釋參數，故可模擬處置場內同時置放多種不同的廢棄物本體；
‧ 計算單一廢棄物本體之外釋及傳輸特性時，至多可同時給定10種放射性核種；
‧ 可模擬廢棄物本體外釋前或傳輸過程中核種之衰變滋生；
‧ 可同時處理所有的外釋傳輸作用及直接處理所接觸溶質的擴散外釋濃度。
因BLT-MS為二維的分析程式，除所要求輸入的參數值較一維分析程式多且繁瑣外，應用限制則包括：
‧ 不能處理裂隙流問題；
‧ 核種同位素皆限定為相同的溶解度限值，即無法區分不同溶解度的同位素；
‧ 參數諸如：吸附係數、溶解度限值、擴散係數、延散係數等皆為定值，不隨時間改變；
‧ 不能處理生物衰敗反應所導致之氣體外釋；
‧ 不能模擬廢棄物本體之回脹或破裂行為；
‧ 水體的流動特性需藉由其他輔助程式以進行分析及回饋，並由輸入檔給定。
BLT-MS程式共需輸入24組的資料集參數，而各資料集中皆有需要加以設定或定義的參數，並經由前處理軟體-BLTMSIN，協助使用者產生BLT-MS參數輸入檔，相關參數說明及定義可參閱郭明傳等（2006），本文不再針對內容贅述。
四、生物圈劑量模式
核種離開處置場後，即在地質圈開始傳輸，核種由地質圈進入生物圈之途徑假設為水井情節，情節假設為距離處置場最近聚落人類鑿井取水，距離假設為100公尺，井水因與處置場流出之地下水相互混合，而遭受污染，並被人類取用，經由此途徑所攝取之劑量計算如下：
             （1）
下標 表示 核種， 表示井水中核種的濃度（Bq/m3）， 表示每人每年飲用水量（m3/yr），假設每人每天飲水兩公升，則年飲水量為0.73 m3， 為嚥入之劑量轉換因子。核種均勻混合於井水後，人類經由飲用行為攝入體內，經由井水途徑為人體攝入之核種比例假設為1%（Biomass, 1999）。
肆、BLT-MS使用參數說明
使用BLT-MS程式分析低放射性廢棄物處置系統的第一要務，即針對此系統建立一概念性模型，此概念模型需涵蓋所有預期會影響放射性核種外釋及傳輸的作用及事件。基於此概念性模型，蒐集正確的核種存量、廢棄物本體、廢棄物容器及傳輸特性參數，給定不同分析區域的幾何形狀及參數資料。並設定合適的廢棄物容器劣化模式、廢棄物本體外釋機制與正確的核種傳輸模式，再藉由BLT-MS程式模擬這些作用與事件，才能獲得符合實際問題的分析結果，相關參數及模型架構如以下各節所述。
一、核種篩選
根據研究指出（泰興公司，2001），低放射性廢棄物包含之放射性核種約有一百多個，大致上可分為腐蝕產物、分裂產物及阿伐衰變核種等三類。這些核種的數量不一，對人類影響的程度亦不相同，進行模式評估前需先行刪除較不重要的核種，以節省模式評估之人力與時間。篩選原則：（1）刪除半衰期比H-3短的核種：因為此類核種半衰期短，其數量/活度很快衰變到可忽略的程度；（2）刪除300、1000及10000年時輻射劑量不及總劑量0.01％的核種；（3）參考其它國家相關報告 （SKB, 2001；日本原燃產業株式會社，1989；Hanušík, 2003）。表1所列之10個核種為根據上述篩選原則，所篩選出重要且具代表性之核種。為求謹慎，特將所篩選之核種與其它國家核種比對，大致上，所篩選之10個核種包含日本研究所選之核種、IAEA所建議之範疇及瑞典SKB的研究（田能全、莊文壽，2006）。