侯明亮

台灣電力公司 核能技術處

摘要

本文以三個部份來闡述核能安全的理論與實務，前篇先以核能電廠整體的安全相關議題作為討論的標的，除了前言外，另分為四章。首先探討目前國際間現行之核能安全規範中，是否已有一套可做為普世之共同承諾，以供一體遵行的核能安全標準存在；其次從核能安全的角度直接切入核能安全理論的核心 ─ 核能安全基本原則，從而建立正確的核能安全之基本觀念；第肆章則從各個不同的面向研究現有核能電廠安全改善之可能空間，進而嘗試建立一個將來新建核能電廠的安全目標，以供全世界共同遵行；第伍章係擷取西歐核能安全管制者協會 (WENRA) 所頒行，用於診斷現行運轉中核能電廠安全水平的一套核能安全基準。

中篇則廣泛探討各個核能安全的基本要素，諸如安全文化、深度防禦、多重設計、多樣化設計等之原理、以及在核能安全實務上如何發揮功能的作法，逐項予以深入探討。本文自中篇以後，多係筆者個人對核能安全理論與實務的理解與闡釋，內容存在有許多可以討論的空間，因此，任何筆者立論之依據，都留下參考文獻之來源，以方便讀者查索，或作為將來進一步研究及討論之用。參考文獻之呈現方式亦有三類，第一類屬高度敏感之資料，其參考文獻直接在文章中交待；第二類屬讀者可能較有興趣之資料，附註於該頁之頁尾；第三類屬將來進一步研究及討論之資料，則依序分別列於全文之末。第陸章先就核能技術之演進，做一全面性的回顧。第柒章探討為何強調核能安全，旨在詳細解讀核能裝置的三項風險，及其預防之道。第捌章檢視世界上主要的核能安全法規體系，從核能安全法規角度，以瞭解世界各國及IAEA之核能安全理念。第玖章探討世界主要國家核能安全管制機構及其執照審核程序，以進一步瞭解各國核能安全之實際運作方式。第拾章比較各國核能安全設計總則，以瞭解核能安全實務之精華。第拾壹章闡釋核能品質保證準則及核能安全文化，以進一步瞭解核能安全非可量化部份。第拾貳章核能安全基本要素廣論，逐項探討核能安全之要素，以深層瞭解核能安全之實務。

至於本文的後篇，筆者將視工作許可陸續完成，後篇將針對叁次重大的核能事故 --- 三哩島、車諾堡、及福島事故，深入研究探討其發生的原因及可能的避免途徑，以期不再重蹈覆轍，同時將討論一些核能安全的迷思，諸如：核能電廠運轉順利是否就可保證核能安全等，普遍存在於業界一些似是而非的觀點。

關鍵詞：核能安全，國際原子能總署，核能安全標準， 深度防禦，安全度評估，西歐核能管制者協會

前篇目錄

• 壹、 前言
• 貳、 普世共同承諾的核能安全標準
• 叁、核能安全的基本原則
• 肆、 新核能電廠的安全目標
• 伍、 核能電廠的安全基準

中篇目錄

• 陸、 核能技術之演進
• 柒、 為何強調核能安全
• 捌、 世界主要核能安全法規檢視
• 玖、 世界主要國家管制機構及執照程序
• 拾、核能安全設計總則檢視與比較
• 拾壹、核能品質保證方案及安全文化
• 拾貳、核能安全基本要素廣論

第柒章、為何強調核能安全

目錄

一、反應度控制

二、反應器餘熱移除

三、放射性物質的隔離與控制

（一）、輻射防護概論

1、原子、同位素、及輻射

2、輻射來源

3、放射性核種的影響途徑

4、輻射度量

5、防護措施

（二）、核能電廠輻射源的總量與定位

1、核能電廠輻射源的總量

2、核能電廠輻射源的定位與分析

3、WASH-1400

4、NUREG-1150

5、NUREG--1456

6、SOARCA計劃

四、核能從業人員應有的道德觀

五、小結

六、參考資料

三、 放射性物質的隔離與控制

（一）、 輻射防護概論

1、原子、同位素、及輻射7-26

輻射（Radiation）的來源有二：主要來自於自然界，另有少量來自於人造的輻射源。人們不斷接觸自然產生的輻射，例如，宇宙輻射、空氣中的氡氣、食物和水中的鉀、以及地殼中的鈾、釷、和鐳等。所有這些都稱之為輻射源（Radiation Sources）。

所有物質都是由原子（Atom ）構成的。原子是物質的一個單元，由一個原子核及其周圍與原子核（Nucleus）內之質子數量相等的電子組成。由原子核內質子的數目來決定元素的原子序（Atomic Number）和化學符號（Chemical Identity）；除了氫以外，每種類型原子的原子核還包含至少一個中子；與質子不同，同一種元素的原子之中子的數量可能會有所不同。原子重量（Atomic Weight）由中子和質子的數量決定。同一元素的原子具有不同數量的中子稱之為同位素（Isotopes），換句話說，同位素具有相同的化學性質，但有不同的原子重量。例如，鈾元素有92個質子。因此所有鈾的同位素都有92個質子，但是，每一種鈾同位素的中子數量是不同的，鈾 -238有92個質子和146個中子、鈾-235有92個質子和143個中子、鈾-234有92個質子和142個中子。

有些同位素是穩定的或稱為非放射性核種，有些是具放射性的（Radioactive）。具放射性的同位素被稱為放射性核種（Radionuclides），或直接稱為放射性同位素 （Radioisotopes）。想要成為一個穩定的同位素，放射性核種必須扔掉或放射出射線或粒子，這種放射出射線或粒子的過程稱為放射性衰變（Radioactive Decay），在核子分裂產生的分裂產物（Fission Product）都屬放射性核種，有些是以放射出中子的方式趨於穩定的，此時所放射出的中子，即稱之為遲延中子（Delayed Neutron ）。每個放射性同位素有其特定的放射性半衰期（Radioactive Halflife），這是當每一種放射性同位素有一半的原子完成放射性衰變所需時間之平均值，不同的放射性同位素之半衰期，有些很短（不到1秒），有些很長（可達數千年）。

輻射或輻射能是能量以波或粒子的形式穿越空間移動之動能。可見光、熱、無線電波、和阿爾法（α）粒子都是輻射的例子。當人們感受到陽光的溫暖，實際上就是吸收了太陽光散發出來的輻射能。電磁輻射（Electromagnetic Radiation）是輻射以電磁波的形態出現，典型的例子包括：伽瑪射線、紫外線、和無線電波。粒子輻射（Particulate Radiation）是輻射以粒子的形態出現，典型的例子包括：阿爾法和貝他（β）粒子。依據輻射與物質的相互作用形式，輻射也可區分為游離（ Ionizing ）或非游離（Nonionizing）兩種。

通常的情況下，原子的質子和電子數量相同，然而，原子有時會失去或獲得電子，此過程稱之為游離。游離輻射以敲開原子的電子之方式而使得該原子變成游離原子，游離輻射的例子包括：α、β、和伽瑪（γ）輻射。游離輻射能夠改變物質的化學狀態，並造成生物性傷害（Biological Damage），因此可能有害人體健康。非游離輻射碰到物質是以反彈或穿過的方式進行，並未移動原子的電子。非游離輻射的例子包括：可見光和無線電波等。目前尚不知非游離輻射是否對人體健康有害。在隨後的討論中，輻射這詞均代表游離輻射。

2、輻射來源

輻射是無處不在的，大多數屬天然存在，只有一個很小的百分比是屬人為的。自然發生的輻射亦稱為背景輻射（Background Radiation ）。自然界有許多物質天生具有放射性，事實上，這種輻射物質是環境中天然輻射的主要來源，儘管人們對他們所接觸的背景輻射只能做少許的控制，但仍要列入考量，背景輻射相對時間可以長久保持不變，目前的狀況已維持了幾百年前，尚無可感的變化。背景輻射的來源包括地殼中的鈾，空氣中的氡，食物中的鉀。背景輻射依起源亦可分類為宇宙、地表（Terrestrial）、及體內三種7-27，茲分述如下：

宇宙輻射（Cosmic Radiation ）是來自外太空的強力帶電粒子不斷撞擊地球的大氣層，因為大氣層對宇宙這些輻射之粒子及其產生的次級粒子（Secondary Particles ）和光子（Photons）形成了顯著的屏蔽效果，因此輻射強度隨海拔高度而增加。

地表輻射（Terrestrial Radiation ）是指由地球上具放射性的物質，存在於岩石、土壤、和礦物之中，所發射的輻射。氡（Rn-222）、鉀（K-40）、及釷（Th）、和鈾（U）的同位素是地表輻射的主要來源。

體內輻射（Internal Radiation ）是指在環境中的放射性核種，隨著呼吸的空氣和飲用的食物而進入人體，有時還可以經由傷口進入人體。環境中會進入人體的天然放射性核種，除前面所提地表輻射四個代表性核種外，尚有：銣（Rb-87）、釙（Po- 210）、和碳（C-14）等三種亦應列入考量。人體主要的放射性核種以鉀（K-40）、釙（Po-210）、銣（Rb-87）和碳（C-14）為主。

除了背景輻射，另有因人類活動所造成的輻射來源，大多數人都曾接受過，人造輻射源（Human-Made Radiation ）的例子很多7-28，包括：多種消費性產品、醫療用品，大氣中原子彈試爆（1980年以來已完全停止）、核能發電、及其他。

某些可能成為輻射來源的消費性產品，如煙霧偵測器和機場的X光行李檢查系統等，輻射對這些設備是其發揮功能必不可缺少的；其他如電視機和煙草等製品，輻射則僅是該產品發揮功能時順帶產生的。

輻射是醫學診斷和治療的一個重要的工具，並成為人造輻射源影響到大眾的主要來源。但接受人造輻射之各種醫療行為，仍是具有輻射傷害之風險的，應在有利於患者，並在患者已被充分告知之情況下始得為之7-29。

其他來源的輻射，包括大氣中核子武器試爆之輻射落塵、鈾礦、核燃料加工廠、及核能電廠等核能設施的放射性物質之排放，以及放射性物質運輸過程洩漏之輻射等。核能電廠正常運轉狀況下，由於幾乎都是控制在零排放之下，放射性物質之排放量極微，以目前我國三座核能電廠共六部機組的運轉，對附近大眾造成的年平均劑量均遠小於 1毫侖目（0.01毫西弗），約在法規限值之1%左右；至於核能電廠事故狀況下之排放，將在本章第（二）節討論。

3、放射性核種的影響途徑（Pathways）

人們可以經由許多途徑接觸到環境中的放射性核種（請見圖 9），人體內部和外部可能接受輻射曝露之路線稱為途徑，例如，空氣中的放射性核種落在牧場上，牛吃了草，積存在草裡的放射性核種就會出現在牛奶裡，人喝了牛奶就同時吃進了裡面的放射性核種。人們也可能直接吸入空氣中放射性核種。同樣的，水裡的放射性核種可以通過魚，人吃了魚，也就攝取了魚組織中的放射性核種。此外，人們在水裡游泳也將直接接觸到水中的放射性核種。

圖 9、放射性核種的途徑[1]

4、輻射度量

為了確定輻射對環境和大眾健康可能造成的影響，輻射必須定期予以測量。更確切地說，必須確定環境中輻射之存在狀況，才能準確地評估它可能造成的傷害。

當我們測量環境的輻射量，我們真正測量的是放射性核種衰變的速率，或稱為活性（Activity ，有時亦稱之為強度）。各種不同的放射性同位素之衰變速率相互之間差別很大，以國際單位制，一秒鐘衰變一個原子核時的輻射活性稱為1貝克 （Becquerel，Bq），370億（3.7×10¹⁰）貝克等於1居里（Curie ，Ci），1居里大約是 1公克鐳同位素（Ra -226）的活性，這是放射學（ Radiology）的開拓者，居里夫婦所訂的單位，並以他們的姓為名。

當物質曝露於輻射之下，物質受到傷害（特別是活的組織）的程度，與游離輻射的能量之關係較密切[2]，而不是輻射的數量；這就是所謂的吸收劑量（Absorbed Dose）[3]，每單位質量吸收游離輻射能量的總量，在國際單位制，以葛雷（Gray， Gy）為單位來表示，一公斤物質吸收一焦耳的輻射能量，稱為1葛雷，它也是衡量生物接受輻射所可能造成傷害的單位， 1葛雷等於100雷得（Rad）。

輻射等效劑量（Dose Equivalent ）是人體特定器官及組織在接觸和吸收了輻射之後，造成可能的生物性傷害的一個具體的等效劑量單位。國際單位制一西弗（Sv）等於100侖目（Rem），西弗是一個相當大的劑量單位，因此多以1/ 1000西弗（毫西弗）表示，1毫西弗等於100 毫侖目（mrem）。

輻射等效劑量與吸收劑量之關係如下式：

1 侖目 = 1 雷得 × 射質因素

射質因素亦稱加權因子（Weighting Factor ，WR），依不同的輻射而有差異，請見下表7-30：

人類從宇宙輻射所接受之年平均劑量大約是38毫侖目（0.38毫西弗）。當考量人們有些時候是處在室內或屏蔽下之時間因素後，通常可酌予以減少20％，即成為約每年 30 毫侖目（0.3毫西弗）。

人類從地表之土地及建築物之輻射，所接受之年平均劑量大約為150毫侖目 （ 1.5毫西弗）。

人類從日常食物裡微量的輻射性物質，所接受之年平均劑量大約為20毫侖目（0.2毫西弗）。

我國目前三座核能電廠共六部機組的運轉，對附近大眾造成的年平均劑量均遠小於1毫侖目（0.01毫西弗），亦遠低於法規每年每一廠址小於50 毫侖目（0.5毫西弗）之限值。

以上合計，若不計入醫學診斷和治療所得之劑量，我國一般民眾每年接受之輻射劑量平均大約為200毫侖目（2.0毫西弗）。

5、防護措施

對體外曝露的防護，有下列三個標準方法，可以減輕輻射劑量：

（1）、時間：輻射曝露是有累積性的，因此應該儘可能縮短曝露的時間，除了自然背景輻射較不易控制外，限制或減少其他輻射之曝露時間，即可大幅減少輻射劑量。此外，萬一身體表面被污染時，應儘可能迅速地以大量清水與肥皂加以清洗，但要注意水溫不能過高，以避免核種由張開的毛細孔進入體內。

（2）、距離：輻射強度與距離呈平方反比關係，隨著距離越遠而急劇下降，輻射物質之距離如果為2倍時，其強度便減為1/4；如果距離為3倍時，其影響即降為1/9，也就是距離越遠影響愈小。

（3）、屏蔽：空氣或皮膚足以阻擋α和β射線。鉛屏蔽、混凝土、或水則可阻擋大部份的γ射線和中子（請見圖10）7-31。又若有氣體形態或吸附在塵埃裡的輻射核種彌漫時，則應迅速移往氣密性較高的場所暫時掩避。

圖10、[4]阿爾法（α）輻射是一個快速移動的氦原子核（He-4），一張紙即可予以阻斷。貝他（β）輻射，是一個快速移動的自由電子，一片薄鋁板即可予以阻斷。伽瑪（γ）輻射，係由高能光子所組成，必須以高密度厚重的材料才能阻斷並給予吸收。中子（n）輻射，是一個快速移動的自由中子，應使用輕元素，如氫，給予緩和並予捕捉。

至於體內曝露的防護，最重要的是以切斷進入體內的來源之效果最佳，核種會從呼吸道、皮膚的外傷傷口、及食物的攝取等三個途徑進入體內，茲分述如下：

（1）對於口、鼻呼吸道的防護措施，以利用防毒面具最為有效，但是一般家庭不會購置備用，但也可以用現有的物品來替代，厚的棉織手帕褶多層後放在口鼻上，就會有相當大的效果。

（2）為防止從皮膚外傷傷口的進入，儘可能不要讓皮膚露出，如果傷口已經被污染時，應即刻以大量清水洗滌傷口。

（3）為防止核種經食物或飲用水的途徑進入體內，不要吃已經被污染的食物；不只是直接遭受污染的食物，更要注意的是可能經由「食物鏈」而來的食物。萬一經由食物攝取過量碘-131時，即應迅速服用碘化鉀等碘製劑，讓身體的新陳代謝發揮功能，儘快把上述物質排出體外。

（二）、核能電廠輻射源的總量與定位

放射性物質的隔離與管控是核能電廠三項主要安全目標之一，因此確實瞭解放射性物質及其輻射強度的總量，以及在各種不同的運轉狀況下，各種放射性物質在電廠的確切位置，才能妥適地做好隔離與管控。

1、核能電廠輻射源的總量

核能電廠在正常運轉期間，放射性物質均安穩地留置在反應器壓力槽內的核燃料護套裡面；或以用過核燃料的形式，安全地儲存在核能電廠裡的用過核燃料之水池中；另有一部份係以乾式儲存方式，做為用過核燃料終極處理前的一個暫行處置措施。

核能電廠開始運轉後，放射性核種即開始迅速累積，尤其是長半衰期的核種，約在三個月至半年期間，逐漸達到平衡之飽和點。以典型1000 MWe輕水式反應器核能電廠為例，依2006年出版，由Gianni Petrangeli所著「Nuclear Safety」一書第三章7-32，列出主要的放射性核種、半衰期、及其輻射強度。由於該書之分類方式太細，也不符最新分類之趨勢，本文不採用，但它有總和全廠之輻射強度，是其他文獻所沒有的，依據該書所提供資料，全廠輻射強度總量高達：193 EBq （193×10¹⁸貝克）或 5202 MCi（5202×10⁶居里）。

其中碘- 131有85 百萬居里（MCi），氪- 85有56 百萬居里，氙- 133有170百萬居里，銫- 137有4.7百萬居里，這四個核種需要特別留意，因為氪- 85及氙- 133屬惰性氣體，無法過濾處理，銫- 137亦不易過濾處理，且屬長半衰期（約300年）的同位素，至於碘- 131，半衰期僅8天，雖屬短半衰期同位素，兩個月後剩下不到百分之一， 但人類一旦攝取碘- 131後，會集中在甲狀腺，主要健康危害是可能造成甲狀腺癌症，尤其是兒童。車諾堡事故釋放了大約7百萬（7×10⁶）居里的碘- 131，是這一事故所有釋放的輻射中，對健康影響最重要的部份7-33。

2、核能電廠輻射源的定位與分析7-34

1962年，美國原子能委員會（USAEC）發佈TID-14844「計算發電用和試驗用反應器距離的相關因素，Calculation of Distance Factors for Power and Test Reactors」，該報告同時訂定了，假想重大的爐心融毀事故之狀況下，分裂產物從爐心釋放到反應器圍阻體中的比例。這就是過去50多年來核能工業界所稱的輻射源項（Source Term），一向廣泛應用於評估核能電廠能否符合美國聯邦法規10 CFR Part 100「核反應器廠址準則，Reactor Site Criteria」、法規指引（Regulatory Guides）RG 1.3 、和 RG 1.4、以及其他各項重要的電廠性能要求等。

依據10 CFR Part 100規定，核反應器發生重大熔融（Substantial Meltdown）事故時，應假設有大量的分裂產物從爐心釋放到反應器圍阻體中，並以圍阻體正處在其最大允許洩漏率之下，而且假設放射性物質自圍阻體洩漏，即應視為輻射已釋放到環境中，依此等假設計算核能電廠廠外之事故劑量。過去50多年來，基於大量的嚴重核子事故研究及三哩島事故經驗，核能電廠輻射源的定位與分析已能更切合實際地估算；嚴重核子事故下，分裂產物從爐心釋放的時間、核種類型、數量、及化學形態等評估事故劑量的各項重要因素，都已有了較準確的資料可資運用。

事故後分裂產物從爐心釋放到反應器圍阻體之中，圍阻體內放射性物質的總量稱為「圍阻體內事故後輻射源項， In-Containment Accident Source Term」，依據 RG 1.3 和 RG 1.4，其內容應包括：圍阻體內即將洩漏到環境中之放射性物質之組成成份及其數量，以及這些放射性物質之化學和物理性質。此外，圍阻體內事故後輻射源項因下列三項因素，而有甚大差異：（1）在圍阻體內之停留時間、（2）各該廠移除分裂產物設施（如圍阻體噴灑系統）之能力、及（3）分裂產物自然移除之方式（與圍阻體設計有關，但抑壓池之移除能力， RG 1.3則尚未允許計入）等。

目前運轉中核能電廠評估圍阻體內事故後輻射源項之特性，均以TID-14844所訂由RG 1.3 和 RG 1.4正式發佈之規定為準：假設爐心中100％的惰性氣體和50％的碘素（Iodine）釋放到反應器圍阻體，其中50％的碘素在進入圍阻體後，會迅速在圍阻體中沉積下來；TID-14844尚包括有1％固態分裂產物從爐心釋放到反應器圍阻體，但基於1955-1970年間在國家實驗室所做，一系列大規模照射過二氧化鈾（ U0 ₂ ）燃料丸特性研究結果，在RG 1.3 和 RG 1.4就未將1％之固態分裂產物，計入圍阻體內事故後之輻射源項，但評估圍阻體內之相關設備品質（Equipment Qualification）時，則仍需考慮這1％固態分裂產物之影響。此外，RG 1.3 和 RG 1.4規定， 釋放到反應器圍阻體內隨時可能洩漏之碘素，其組成成份應假設如下：91％以碘元素的形式存在、5％為微粒碘、另有 4％是以有機形式存在；由於有機形式存在的碘之過濾留置效果差，此項假設之規定一出，令原有安全相關設計必須做大規模之補強，特別是備用氣體處理系統之過濾及留置能力，以及所有的圍阻體隔離閥關閉動作完成所需之時間等。

TID-14844、RG 1.3、和 RG 1.4所定事故後輻射源項之相關規定，主要是應用於廠址之適宜性評估，和電廠減輕災害功能之各系統，如圍阻體噴灑和備用氣體處理系統設計之用，但亦廣泛應用於下列各方面：（1）安全相關設備事故後輻射環境品質（Post- Accident Radiation Environment Equipment Qualification）評估、（2）事故後控制室可居性（Post-Accident Control Room Habitability）評估、及（3）事故後取樣系統功能等。

3、WASH-14007-35

相對於TID-14844、RG 1.3、和 RG 1.4之相關規定，1975年由美國核能管制委員會委託麻省理工學院（MIT）教授拉斯穆森（Norman Rasmussen），所做的反應器的安全研究（ The Reactor Safety Study，WASH-1400），通常稱為拉斯穆森報告 （ Rasmussen Report），首次出現以概率風險評估（Probabilistic Risk Assessments， PRA）超越設計基準之嚴重事故（Severe Accident），其假設之事故序列涉及反應器和圍阻體有可能失效等情況，與之前假設圍阻體均以洩漏方式，而造成輻射外釋之事故序列有顯著的差異。

WASH-1400採用故障樹/事件樹（Fault Tree / Event Tree）方法，估算各種可能發生之事故序列的發生概率，及其造成的輻射後果。報告的結論指出，核能電廠對個人帶來的風險不大，相對於其它工業是可以接受的，具體來說，以當時可使用方法、資源、和知識，推算出反應器爐心完全熔化事故的概率是二萬年發生一次，此外，估計全美國民眾的核能安全風險，以假設全美有100座核能電廠機組之運轉，其增加每一個人之每年死亡風險的機率僅有五十億分之一；相對於每年被雷擊死亡的風險則是二千萬分之一，每年因車禍致死的風險是三千分之一。1977年，美國核能管制委員會另委託加州大學哈羅德劉易斯（Harold Lewis）教授領導的劉易斯委員會（Lewis Committee）進行同行審查（Peer-Review）7-36。審查結論中廣泛認同PRA方法，而且認為是當時最好的安全評估技術，但警告，所採用的每項風險數據都有很大的不確定性，因而可能低估了嚴重事故發生的概率。

4、NUREG-11507-37

受限於採用的風險數據之嚴重不足，拉斯穆森報告受到來自於各方的質疑；更因三哩島事故的發生，使得反應器安全的進一步研究益顯迫切，經過十餘年的努力並在桑迪亞國家實驗室（Sandia National Laboratories）的協助下，美國核能管制委員會（NRC）採用個別核能電廠特定的概率風險評估技術，於1991年發佈NUREG-1150「嚴重事故風險：評估五個美國核能電廠，Severe Accident Risks: An Assessment for Five U.S. Nuclear Power Plants」。其結論指出，目前使用中的這一代核能電廠之安全，均超過 NRC所訂的安全目標。由於此次NRC投入了巨大的資源，此外，台電與原子能委員會也共同進行相同的研究計劃，但比NRC起步較早，NRC為慎重其事，其間曾多次組團來台觀摩，因此 NUREG-1150發佈後，頗受各界認同，負面之批評聲音很少。

NUREG-1150的發佈，在美國核能管制作業是一個重大的轉折點，此後，NRC廣泛使用基於風險概念（Risk-Based Concept）之評估技術於各項管制作業中，並使 NRC往後進行反應器爐心融毀後，圍阻體失效及嚴重事故進展之評估，有了較能被接受，較可信賴之方法。依 NUREG- 1150評估結果，個人平均因核能電廠嚴重事故，導致早期死亡之機率，以每反應器每年為單位表示如下：

NRC的安全目標：5 ×10^-7
典型的壓水式反應器（PWR）：2 ×10^-8
典型的沸水式反應器（BWR）：5 ×10^-11

而個人平均因核能電廠嚴重事故，導致潛在癌症死亡之機率，以每反應器每年為單位表示如下：

NRC的安全目標：2 ×10^-6
典型的壓水式反應器（PWR）：2 ×10^-9
典型的沸水式反應器（BWR）：4 ×10^-10

由於NUREG-1150仍然有許多過度保守的假設，致令分析評估結果仍有失真之處，NRC已於2006年，啟動另一波大型研究計劃：最先進反應器事故後果分析 （State-of-the-Art Reactor Consequence Analyses，SOARCA）7-38。

5、NUREG--14567-39

在介紹 SOARCA之前，對TID-14844、RG 1.3、RG 1.4、及WASH-1400之後，除NUREG-1150外，反應器事故後果分析尚有那些重要研究成果，有必要依時序做一個簡化式的整理。

三哩島事故後十多年，經一再的確認，依美國核能研究院（Nuclear Energy Institute，NEI）實況報導（Fact Sheet ）7-40所述，碘自反應器爐心之釋放量估計約只17居里，不到NRC前述各項法規所定，以及之前相關研究結果所認知之釋放量的十萬分之一，而且事故發生後，實地測量當地的牧草、牛奶、或山羊奶，卻都沒有任何碘被檢測出來。即使車諾堡事故釋放了大約700萬（7×10⁶）居里的碘，約為爐心總量的8%，亦遠低於美國法規所定的釋放量標準；福島事故之釋放量目前尚待確認，但粗估應在車諾堡事故釋放量的十分之一以內。過度保守的法規不只誤導大眾造成恐慌，也易誤導設計及事故之處理方向。

1981年開始，NRC結合各國家實驗室（以半官方的巴特利紀念研究所，Battelle Memorial Institute為主）以及核能工業界，針對輕水式反應器在嚴重事故情況下，分裂產物自核燃料外釋，於反應器冷卻水系統及圍阻體內之傳輸行為及釋放機制，進行大型研究計劃。至1986年，這項合作研究計劃暫告一段落，主要產品是開發完成一組大型的事故後輻射源項分析用電腦程式庫（Source Term Code Package ，STCP）7-41，期間NRC曾主動發起廣泛的審查工作，包括：同行評審、國外合作夥伴專家審查、各產業集團之審查、以及一般公眾之意見徵詢等。事實上， STCP係由許多新開發的電腦程式配合已有的舊程式組合而成，運作非常複雜，非在本行浸淫多年無法完全通達，主要的相關程式及其功能有下列四項：

CORSOR：分裂產物從燃料釋放之分析模式。

TRAPMELT：分裂產物在反應器冷卻水系統與圍阻體內傳輸之分析模式。

VANESA和CORCON：熔融爐心與圍阻體結構物之混凝土交互作用及釋放之分析模式。

SPARC或ICEDF（視圍阻體類型不同，可擇一使用）再配合NAUA：圍阻體作用及洩漏之分析模式。

1991年1月，由山迪亞國家實驗室（Sandia National Laboratories，SNL）主持開發完成，另一組大型的嚴重事故後輻射源項分析及風險評估電腦程式（Methods for Estimation of Leakages and Consequences of Releases，MELCOR）7-42， 亦使用STCP 分析模式計算輻射源項；STCP與 MELCOR 都應用於NUREG-1150的相關分析，美國法規管制單位則持續以MELCOR 做為支援發展輻射源項計算之工具。1995年2月，NRC著手歸納之前輻射源項評估及計算結果，並發佈NUREG-1465，以做為未來新型輕水式反應器有關輻射源項法規管制之依據，這份文件提供嚴重爐心融毀事故後，輻射源釋放到圍阻體更多較切合實際的估算，包括：釋放的時機區分（Timing）、核種的種類（Nuclide Types）、各核種的數量（Quantities）、及各核種的化學形態（Chemical Form）等。

相較於RG 1.3 和 RG 1.4所定，以瞬間釋放之過度保守假設，經多年來嚴重事故序列研究結果顯示，儘管各廠有設計上的差異，大體上仍可歸納為下列五個釋放的階段：

（1）、冷卻劑活性釋放期（Coolant Activity Release）：當反應器冷卻系統發生斷管或洩漏時，冷卻劑原有之活性即釋放至圍阻體內。

（2）、間隙活性釋放期（Gap Activity Release）：假設反應器冷卻劑補充系統或反應器爐心緊急冷卻系統，無法給予爐心補充足夠的冷卻劑時，核燃料護套將受損，原處於燃料丸和燃料護套間隙之活性將釋放至圍阻體內。

（3）、先期反應器壓力容器內釋放期（Early In-Vessel Release）：若事故仍繼續惡化，核燃料會開始退化變質，核燃料之幾何構造就無法繼續維持，並伴隨著爐心材料的逐漸融化而塌陷至反應器壓力容器的底部。此期間稱之為先期反應器壓力容器內釋放期，幾乎所有惰性氣體和相當比例的揮發性核種，如碘、銫等將釋放至圍阻體內。

（4）、反應器壓力容器外釋放期（Ex-Vessel Release）：如果反應器壓力容器底部融穿，

熔融的爐渣自反應器壓力容器流入圍阻體內反應器下方的腔室（Reactor Cavity），並與該腔室內之混凝土等結構材料相互作用，可能使得部份揮發性較小的核種，如鋇（Barium）、鍶（Strontium），和少部份之鑭系（Lanthanides）元素將釋放至圍阻體；此外，熔融的爐渣與腔室內之混凝土結構材料相互作用，會產生大量的一氧化碳和二氧化碳氣體，石灰岩（Limestone）混凝土結構材料解體產生的氣體大於玄武岩（Basaltic ）。此外，若腔室內有水存在時，可借淹蓋（Overlying）及洗滌（Scrubbing）等作用，有助於大幅降低反應器壓力容器外釋放期釋放至圍阻體的輻射量。

（5）、後反應器壓力容器內釋放期（Late In-Vessel Release）： 若事故持續較長的時間仍繼續進展，在第（3）階段釋放期間，有一些已積存於反應器冷卻劑系統的揮發性核種，可能會在此期間釋放至圍阻體。

綜合輕水式反應器（ PWR和 BWR）各種可能導致爐心融毀的事故序列，上述五個釋放階段之持續時間如下，但各廠差異甚大，所列數據僅供參考比較之用：

此外，NUREG--1456建議新的事故源項之釋放時機區分、釋放時間、核種的種類、及各核種釋放之數量如下，亦僅供參考比較之用；下表顯示的是BWR的參考值，PWR稍有差異但差異不大，故不重覆：

NRC至目前為止的研究結論認為，碘從反應器冷卻劑系統進入圍阻體，至少有95％已化合成為碘化銫，其他化學形態（ I 與HI）不會超過 5％，且一旦進入圍阻體，高度水溶性的碘化銫可隨時以離子形式，溶解於水池和濕的牆板或結構物表面上，此外，BWR特有的大型抑壓池設計，對鹵素俱有絕佳之洗滌效果，WASH-1400估計其除污係數（Decontamination Factor ，DF）是100，而 NUREG-1150估計之高點為4000，其他研究報告有達一百萬的，但也有可能因抑壓池被旁通，這時的 DF 將接近於0，因此視不同的事故序列須個別評估。

此外，各核能電廠都設置有安全等級且具多重設計之排氣過濾系統，每一套系統都裝置了除霧器以除去水蒸氣和水滴，並有加熱器以減少空氣之相對濕度，讓乾燥空氣進入過濾器，以提高過濾效果，並以高效率空氣微粒過濾器（HEPA）移除顆粒物，木炭床吸附器（Charcoal Beds Adsorber）去除元素形式和有機形式之碘，最後由另一組HEPA過濾器，以去除任何木炭微粒，避免木炭微粒夾帶輻射物釋放。木炭床吸附器依據 Regulatory Guide 1.52 Revision 3, June 2001較新之規定7-43，視過濾器個別設計不同，可去除90-99％元素形式碘和30-99％的有機形式碘。

6、SOARCA計劃7-44

最先進反應器事故後果分析（SOARCA）計劃由NRC主持，其目的在整合過去超過 25年的研究成果，並開發及更新，以期有更切合實際（Realistically ）的方法，評估可能導致核能電廠釋放放射性物質進入環境之各種假想的，而業界認為是極不可能會發生的核子嚴重事故情景（Scenarios），及其可能造成之後果；分析將多方採用多年來的美國和國際間反應器安全研究之成果，並將各核能電廠已在廠房和系統方面的設計改進、運轉人員訓練、緊急操作規程之加強、以及廠外緊急應變等事故處理方面之改善等，均列入考量，以期盡可能反映當前之實際狀況。此外，也包括最近各核能電廠為因應2001年9月11日恐怖襲擊事件以來所做的各項防恐補強措施。

在SOARCA的初期階段，NRC已選出兩種典型的美國商業核能電廠的基本類型各一例進行分析研究中，沸水式反應器（BWR）選定賓州胡桃底（Peach Bottom ）核能電廠， 壓水式反應器（PWR）則選定維吉尼亞州薩里（Surry ）核能電廠，未來，NRC將視需要再選擇其他核能電廠進行分析研究。SOARCA計劃團隊將以下列五個步驟反覆進行各種事故情景之電腦程式模擬，以期找出最切合實際的嚴重事故情景：

（1）、選擇事故情景並建立電腦模式；

（2）、模擬廠內事故之進展及緩和事故之各項措施 ；

（3）、模擬廠外輻射物質之釋放情況；

（4）、模擬各項緊急應變之作業 ；

（5）、建立對健康的各項可能影響途徑之模式。

將來SOARCA的這項研究完成後，NRC將以NUREG系列報告之形式，提出初期研究結果和結論之草案，待完成公眾意見之徵求及處理後才予定稿，期間NRC亦可能召開專案會議，詳細之時程及會議之安排，NRC將發佈新聞，並同時在聯邦註冊署（Federal Register）公布 。

四、核能從業人員應有的道德觀

沒多久之前，有位時任國防部長的將軍在立法院接受質詢時，說了一句引起爭議的話：「那裡不死人！」7-45，引起各界譁然，罵聲持續月餘不斷，這位將軍恐怕至今尚不知為何挨罵。二次大戰結束後，世界航空客、貨運事業開始蓬勃發展，其中尤以泛美航空公司（Pan American World Airways，Pan Am）獨領風騷數十年，當時泛美幾乎是航空公司的代名詞，不只美國國內競爭者無法生存，國際競爭者也要一直等到 1970年代初期，各國保護主義抬頭才逐漸有機會分一杯殘羹。至1980年代，泛美因發生多起飛航事故及劫機事件，結果都以悲劇收場，泛美「帝國」逐漸崩解，終於在1991年正式走入歷史7-46。檢討其原因，泛美航空公司包括機長、機師、及管理階層幾乎都是由軍人轉任，尤以美國海軍航空總隊出身者為最多，軍人素以任務為上，個人死生次之，何況他人之生死。以美國海軍訓練之嚴格，這一觀念深植於心，臨危應變自然流露，那是誰也無法改變的。此點個人曾與多位美國航空公司主管談起，均大獲認同。現各航空公司進用軍人轉任為機長的已經很少了7-47。

此外，約二十五年前，電玩軟體開始流行，有一種遊戲，似名叫「Street Runner」，中文名稱不記得了，遊戲是以比賽者開一輛可愛的小車馳騁於繁忙的街道上，看誰能在一定的時間內，跑得又遠犯規又少，最後以積分定優劣。有一次看孩子（約六、七歲左右時）高興地玩，玩一下突然呆住，問他怎麼了？說撞到了一隻小貓，遊戲已結束暫時不能玩了，問他撞到小貓應該只算是犯規罷？沒想到孩子很自然地回答：撞到小貓怎能只算犯規？換我突然呆住了，曾幾何時我的心已污染到，只顧成績，不會珍惜生命了！不但小孩子，連電玩軟體的設計者都比我有人性。

反觀核子科學、核子工程、及核能工業等都起源於西方資本社會，以帝國主義思想主導，唯利害是問是它的生存法則，核能科技早期是依此觀念而孕育出來的，尤以曼哈頓計畫期間，情勢非常嚴峻，優劣一分即可立判生死，所謂慈悲為懷、嘉惠蒼生之心，是不可能在心中存有任何空間的。相濡以沫，時至今日，核子科學家及核能工程師們面臨某些重大決策，可能造成廣大民眾風險時，是否有付出足夠的人文關懷，設身處地去思考？還是僅以風險比較、以多數人利益為先、及長期能源供應等表面上有合理之因素做思考？答案肯定是後者。核能發電和核能技術存在有風險是不爭的事實，而且人算不如天算，涉及安全，從根本上就應基於道德，而不是純粹的技術、經濟、和商業考慮。

筆者認為核能從業人員應有的道德觀第一條：不論是從事核能電廠的設計、建廠、運轉、或維修等工作，不僅要設身處地去感受附近廣大民眾的生理和心理風險，而且要把附近廣大的民眾都想像成，是我自己的父母、子女來思考問題。

其次，最近有兩位大牌的專欄作家庫克（Stephanie Cooke）7-48和本尼迪克特 （Kennette Benedict）7-49，為了關心核能發電安全，有心做一深入報導時，卻常被以機密為由擋在門外，有時獲得了提供之資訊，卻被許多不可理解的措辭、行話、代號、和術語困住，根本不知所云。因此不約而同發表評論，抱怨核能發電廠業主、核能工業界、和政府的資訊不公開，有些資訊是公開了，但外行人看不懂等於沒有公開，核能發電是否安全只有內行人自說自話，外行人不懂還是不懂，因此認為核能發電仍罩在重重的黑幕之中。

核能技術的大規模開發從曼哈頓計畫開始，當時處在第二次世界大戰的生死存亡之關頭，保密工夫確實做到家了。由下面兩圖（圖11、圖12）可知曼哈頓計畫如何強調絕對的保密7-50。接下來有三十年的冷戰期間，核能技術集中全力為核武競賽及核子艦艇之建造服務，保密工作也做到了幾乎滴水不漏的地步。

即使已受國會監督的原子能委員會成立，其保密規格未變，而且還配合聯邦調查局（FBI ）對所有接觸過AEC管制級核之資訊者進行調查，有多位知名科學家曾遭受反覆調查而深受其苦，其他人看在眼裡當然知所警惕不敢逾越。此外，為求保密，讓外人即使接觸到機密文件也無法看懂，因此，系統設備多用代號、術語力求艱澀、行話儘可能含糊，工作人員經嚴格訓練一段時間，即可駕輕就熟，外人可苦了，比聽外國話還難懂。

因此，筆者認為核能從業人員應有的道德觀第二條：所有涉及運轉維修作業以外的語言文字一律要立刻回歸正常化，涉及核能相關單位對外發佈之語言文字，必須要有專人先行審查，確定都已淺顯易懂才能放行，改不過來的人都應調離核能相關單位；五年後，運轉維修作業相關的語言文字也要一律回歸正常。

圖11、[5]圖上前面這位女士，1942年參與曼哈頓計畫，負責在橡樹嶺國家實驗室電磁同位素分離工廠之監控，那時她剛高中畢業，並不知道自己做的是什麼性質的工作，50年後她的朋友參加該設施之公開參觀活動，看到這張照片之後，她才知道曾參與的是曼哈頓計畫。

圖12、[6]圖上這位山姆大叔，脫下帽子捲起袖子表情嚴肅，站在一幅看板之後，鼓勵橡樹嶺國家實驗室的工作人員要保守工作秘密；在他的前面有三隻聰明的猴子，由左至右分別表示：不看、不聽、不說，字幕要求工作人員：不管看到什麼、做了什麼、聽到什麼，離開此地時，都讓它留在此地。

五、小結

從以上的討論，已經可以很清楚的認識到核能電廠的三項潛在的風險：核子有意外臨界的風險、餘熱無法順利移除的風險、及放射性物質有大量外釋的風險。民用核能發電的歷史中，已經發生了三次主要的反應器事故--三哩島、車諾堡、和福島，第一個得到妥當的圍堵與控制並未造成任何人的實際傷害；第二個涉及激烈的火災，而且因為沒有圍阻體設計，而造成了重大的災害；第三個則嚴峻的考驗了圍阻體的能力，有部份放射性物質外釋，請見圖137-51。

圖13、全世界民用核能發電累積反應器年之運轉經驗及三次主要的事故 --三哩島、車諾堡、和福島

這幾十年間，許多的實驗和分析研究計劃之結果均顯示，放射性物質從熔融的核燃料向外釋放之量遠比原先的假設少，而且這些分裂產物之移動性並不容易超出反應器及圍阻體內部結構之外。因此，即使現行運轉中之核能電廠的圍阻體結構有所損傷，仍然可以十分有效地阻止放射性物質之大規模洩漏。這是材料的性質和物理的基本定律，並不需要運轉人員或安全設備採取任何動作，即可防止重大災害的發生。現行新核能安全規章及許可執照核發之規定，任何爐心融毀事故的影響必須僅限於電廠廠內，不允許有需要疏散附近居民之情況發生[7]。

為求達到最佳的安全性能，西方世界的核能電廠均採行深度防禦（Defence-In- Depth，DID）的安全策略，它以具有多種的安全系統加上反應器爐心之非主動性的安全功能來達成。深度防禦有下列各項主要的特徵：

（1）、高品質的設計與施工，

（2）、設備具安全餘裕，可預防運轉暫態和人為操作失誤而演變成事故，

（3）、以全面的監控和定期的測試，早期監測設備故障或操作錯誤，

（4）、以多重的和多樣化的系統設計，避免核燃料受到損傷並預防大量放射性物質洩漏事故之發生，

（5）、具備圍堵能力，一旦發生核燃料嚴重損害之事故或任何其他重大之問題時，都可將問題侷限在廠內。

圖14、[8]顯示典型的核能電廠，在含高輻射之反應器爐心與環境之間設計了一系列，總共五道的物理屏障

以上各點可以綜合成為三個具體的核能安全策略之方向：預防措施、監測作業、和減輕事故後果之行動綱領。

所謂具備安全圍堵的能力，意即在含高輻射之反應器爐心與環境之間設計了一系列的物理屏障（請見圖14）7-52，並提供一系列多重的，每個安全系統均具有後備，能互相支援之設計。安全系統大約佔目前新型核能電廠初始建廠成本四分之一的資金7-53。

典型核能電廠的五道物理屏障分別是：（1）、固體形式陶瓷材質的二氧化鈾核燃料丸，燃料開始燃耗後，大多數放射性分裂產物，基本上仍會牢固地結合在這些陶瓷材質的基質（matrix）結構之內。（2）、核燃料丸以堆疊的方式，安置在高軔度具氣密性的鋯合金管子之護套內，形成一枝枝的燃料棒。（3）、所有的燃料棒均放入一個以高強度鋼板製造，鋼板厚度達30公分的大型壓力容器之內；壓力容器及其相關之連通管路，則存有大量的冷卻劑，以供反應器爐心冷卻之用。（4）、壓力容器之外，有一個牆壁至少有一米厚，高強度的鋼筋混凝土，內襯不鏽鋼板且具氣密性之圍阻體結構物。（5）、較新的設計並在圍阻體結構物之外，另建造一層至少60公分厚的加強鋼筋混凝土結構物，稱為二次圍阻體；兩層圍阻體之間有大容量之過濾排氣系統，可控制排放空氣之品質，並可將兩層圍阻體之間的空氣抽成負壓，以防止圍阻體有未經控制之洩漏。

此外，核能電廠的這五道物理屏障均在嚴密的持續監控中，核燃料及其護套以測量冷卻劑輻射強度進行監控；反應器壓力容器則以監測冷卻劑洩漏率之方式為之；兩層圍阻體結構物則以大氣壓力五倍左右的壓力，定期測量其洩漏率是否均能維持在許可範圍之內。

剛才提到圍阻體是一個至少一米厚，高強度的鋼筋混凝土結構物，它到底有多強壯？茲以1988年在美國桑迪亞國家實驗室（Sandia National Laboratories，SNL）所做的測試來說明7-54。本測試是以火箭噴射推進之F4幽靈式戰鬥機，先將兩台約 27公噸重之發動機併攏放置在機艙內，以每小時765公里的速度，正面撞擊3.7米厚，700公噸重的混凝土板，本實驗的目的在確認日本典型的核能電廠能否承受重型飛機之撞擊。

試驗結果顯示，飛機在碰撞後，其動能約有 96％保留在飛機本身上，造成飛機幾乎徹底解體，但僅撞傷混凝土板約6公分的深度；而其餘 4％的碰撞動能則傳遞到700公噸重的混凝土板上，但已不會構成任何傷害了。

911事件之後，核能電廠遭受恐怖攻擊成為一個新的核能安全課題，以下由於涉及保安顧慮，資料來源及研究標的物並未披露。研究係以位於人口高度稠密之地區，該核能電廠興建於1970年代，屬較早期的設計。假設當它遭受到一次成功的恐怖攻擊，致使圍阻體結構物嚴重破裂，並伴隨發生反應器爐心融毀事故。兩者都是極不可能發生，但為實驗需要，假設它們同時發生。研究結果顯示，高度危險性的放射性同位素，如碘（ Iodine）和碲（Tellurium）等，只有相當小的比例洩漏到廠外，大部分的輻射物質多黏著在已經破損的圍阻體結構物之內表面上，或在圍阻體結構物之內形成可溶性之鹽類（ Soluble Salts ）。但不可避免的是，在這種極端的假設情況之下，遭受恐怖攻擊發生後幾個小時，還是有部分輻射物質會洩漏到廠外，而且影響地區廣達數公里之遠，但由於時間充裕，基本上以行走速度撤離民眾即可，因此不會是一個重大的民眾健康風險，但將造成經濟上的重大損失7-55。

由於核能發電具有潛在風險常被有意見者擴大解讀，事實上，所有的產業都有或多或少的風險，必須經過比較才能判定孰優孰劣，過去四十多年來，世界上已產生許多各種職業事故災害之統計資料，核能發電一向都是最安全的發電方式。但電力業者傾向不予比較，以免顧此失彼，若核能發電無法順利推動，也希望其他能源可少受波及。因此本文以下所提之資料，均來自非核能業者。

1989年，美國醫學協會（American Medical Association，AMA）有鑑於三哩島、車諾堡核反應器事故造成不少的恐慌，為瞭解核能發電之安全性，由該協會所屬之科學事務理事會（Council on Scientific Affairs），組成專案小組進行大規模的調查研究，完成之後發表一篇報告：「從醫學角度來看核能發電（Medical Perspective on Nuclear Power）」7-56。其結論要點如下：

（1）、人類需要電力才能維持身心健康和社會進步。

（2）、但應加強能源節約，並加速提昇能源之使用效率。

（3）、發電的安全性已普遍提高，並且已和環境取得良性的協調性。

（4）、核能發電安全性在美國已達可接受的程度，而且比較其他主要能源，核能發電最安全！

（5）、工作人員游離輻射曝露，在過去十年來已經減少到非常的低。

最後，筆者要引用經濟合作暨發展組織（Organization for Economic Co-operation and Development ，OECD）核能署（Nuclear Energy Agency，NEA）於2010年出版的：「核能事故風險與其他能源之比較， Comparing Nuclear Accident Risks With Those From Other Energy Sources， NEA No. 6861」7-57，謹以該書中的一個比較表作為本章結論。

1969-2000年間各種能源發生嚴重事故（死亡超過5人）比較表

註：（1）、TWy表示運轉1000部1000 MWe機組每年之累計發電量，由於技術之衍進，歷史數據並不能完全 代表目前的安全水準，以上數據僅供研究、參考、及比較之用。

（2）、本資料係由總部設在瑞士的保羅謝勒研究所（Paul Scherrer Institute, PSI）提供， PSI以研究環境及 人體健康之基礎科學和應用科學為主。

六、參考資料