武及蘭

核能研究所

摘要

本文係簡介美國多部會物質與設備輻射偵檢與評估手冊(Multi-Agency Radiation Survey and Assessment of Materials and Equipment Manual，簡稱MARSAME)⁽¹⁾，該手冊係由美國國防部(Department of Defense, DOD)、能源部(Department of Energy, DOE)、環保署(Environmental Protection Agency, EPA)及核能管制委員會(Nuclear Regulatory Commission, NRC)四個具有放射性物質管制職權的聯邦部會所共同建立。MARSAME是美國多部會輻射偵檢與場址調查手冊(Multi-Agency Radiation Survey and Site Investigation Manual, MARSSIM)⁽²⁾的補充報告。MARSAME提供物質與設備之處置偵檢的規劃、執行、評估、偵檢文件化等技術資訊，同時鼓勵資源利用。

關鍵詞：多部會、物質與設備、處置偵檢

壹、前言

國內外核能界近期均面臨下列幾個問題，包括(1)早期興建之核設施，部分已進入停役、除役階段；(2)核設施拆除將產生大量極低微放射性廢棄物；(3)處置場之費用很高且設置不易等等。為有效減少放射性廢棄物倉儲壓力及強化廢棄物再利用，並確保環境之輻射安全，國際原子能總署(International Atomic Energy Agency, IAEA)早在1980 年代即針對放射性廢棄物的豁免、排除及解除管制技術進行研究，而我國與世界各核能先進國家亦從事相關研究。

放射性物料管理局(以下簡稱物管局)於民國93年12月29日發布了「一定活度或比活度以下放射性廢棄物管理辦法」⁽³⁾(以下簡稱管理辦法)，並於95年10月19日發布「一定活度或比活度以下放射性廢棄物外釋計畫導則」⁽⁴⁾，供國內相關單位申請一定活度或比活度以下放射性廢棄物解除管制申請之依循。核能研究所依據管理辦法，分別於民國94年及95年提出「台灣研究用反應器濕貯槽拆除產生之混凝土塊外釋計畫」及「極低微放射性廢棄物暫存區廢金屬外釋計畫」送物管局審查，並於審查通過後執行外釋作業，自95年至97年順利完成前述二外釋作業，減廢效率超過99 %。

核設施運轉及除役等作業產生之大量極低微污染廢棄物，包含混凝土、金屬管件、儀器、設備…等，種類、形狀、尺寸繁多，為能順利解除管制、資源再利用，需經由詳細且審慎的規劃、執行(含量測分析)、評估等程序，確認符合法規限值方能外釋，以確保環境之輻射安全。美國於2000年出版MARSSIM作為設施及場址解除管制作業之依據外，並於2009年出版MARSAME手冊，該手冊為MARSSIM的補充報告，提供物質與設備之處置偵檢的規劃、執行、評估、偵檢文件化等技術資訊，使解除管制作業之調查與偵檢技術更趨完善；另外，MARSAME也結合了美國多部會放射實驗室分析協議手冊(Multi-Agency Radiological Laboratory Analytical Protocols Manual, MARLAP, 2004)⁽⁵⁾中輻射量測的資訊。本文即簡介MARSAME之內容。

貮、MARSAME目的與適用範圍

輻射與核能應用範圍廣泛，大量的物質與設備(materials and equipment, M&E)可能受到輻射影響，此現象遍及全球應用輻射及核能的國家。針對M&E殘餘輻射之處置偵檢，需進行妥善的分析、評估及偵檢，方能做出適當之處置(再使用、循環利用、低放射性廢棄物等)決策。MARSAME係針對商用、研究、教育或與國防有關作業，對其使用射源、副產品及特殊的核子材料NORM、NARM、TENORM[註1]等物質或相關設備，其處置與偵檢，提供規劃、執行、分析及文件審查等程序的技術性資訊，以決定M&E適當處置方式。M&E的例子包括金屬、混凝土、工具、設備、管路、水管、傢俱及可分散的大量物質例如垃圾、碎石、瓦礫、屋頂材料及爛泥、沉澱物等。液體、氣體及固體存裝容器 (例如裝液體的圓桶、氣體壓力鋼瓶、封裝的土壤)也包括在MARSAME應用範圍內。

參、關鍵術語

為能了解MARSAME的資訊，使用者應先熟悉MARSAME的適用範圍、術語及觀念。做為MARSSIM的補充文件，MARSAME使用的術語通常與MARSSIM一致；此外， MARSAME發展某些新增術語，在其他文獻中係採用其他常用的術語。本節解釋MARSAME採用的一些術語，受影響(impacted)、未受影響(non-impacted)與級數法(graded approach)等術語已在MARSSIM中定義。這些術語在MARSSIM與MARSAME中是一致的；與MARSAME不同的地方是，MARSSIM是應用在土地、結構及建物，而MARSAME是應用於M&E。對於管制的M&E可能的處理行動分為初期接收、維護、移除或運送；行動決策最大的依據是根據輻射偵檢結果來評估M&E的處置方式，處置方式可為外釋或封鎖(interdiction)。因此，MARSSIM中外釋標準(release criterion)、導出濃度指引水平(Derived Concentration Guideline Level, DCGL)及最終狀態輻射偵檢(final status survey)三個術語，在MARSAME中分別被較通用的處置標準(disposition criterion)、行動水平(action level)和處置偵檢(disposition survey)所取代。

(1)  處置(disposition)是指將來的用途、結局或某些事物(例如回收利用、再使用、處置)等最後的去處。

(2)  外釋(release)是指降低輻射管制水平，或將管制物運到另一處。外釋包括解除管制(clearance)。外釋的例子(除了解除管制外)包括回收利用(recycle)、再使用(reuse)、以廢棄物處置(disposal as waste)或將管制中含輻射的M＆E由一許可使用者運送至另一許可使用者。

(3)  封鎖(interdiction)是指增加輻射管制強度水平或決定不接受由他處送來的物品。

(4)  分類(categorization)：是決定M&E屬於受影響的或未受影響的動作。

(5)  分級(classification)：是將受影響的M&E或偵檢單元分為指定的等級(第一級、第二級或第三級)的行動或結果。分級是以估計的活度水平決定適當的偵檢資源，並與行動水平比較，此處之活度估計值是由歷史紀錄、程序知識與預備偵檢提供相關資訊。

(6)  可量測的放射性(measurable radioactivity)：指利用已知或預測的關係來定量待測物的活度；預測關係是由歷史資料、程序知識與預備偵檢所發展而得。

(7)  表面放射性物質(surficial radioactive material)：指放射性物質分布在固體物的任一表面。

(8)  偵檢單元(survey unit)：對M&E而言，偵檢單元是指對特定的一批、數量、或一件(片)進行量測，並對相同的一批、數量或一件M&E提出處置決定的依據。

(9)  體放射性物質(volumetric radioactive material)：與表面分布對應，體放射性物質是指放射性物質分布於整個待量測的物質或設備或分布於其內部。

(10)可接近的區域(accessible area)：指容易到達的區域，在許多情形是指物理意義可接近且能執行量測的區域。

(11)不易量測的放射性(difficult-to-measure radioactivity)：指放射性不能量測，直到M&E準備好可以偵檢；M&E的準備可能相當簡單(例如除污)或很複雜(例如拆解或完全破壞)。

(12)初始評估(initial assessment, IA)：指蒐集現有的M&E的資訊並進行研究分析，與MARSSIM的場址歷史評估(Historical Site Assessment, HAS)相似。IA可提供M＆E初始之分類如 “受影響” 及 “未受影響” ；以及預期的處置方式等資訊。

(13)警戒量測(sentinel measurement)：為一具有偏差性的量測作業；係針對IA的特定目的，在一關鍵位置進行的量測。屬於IA的一部份，其目的是蒐集額外的資訊，作為考量執行進一步行動的決策依據，驗證程序知識的假設的正當性。

肆、MARSAME 介紹

MARSAME內容架構如圖1所示，全文分為8章；第1章為簡介，介紹內容及應用範圍，第2章為初始評估(initial assessment, IA)，內容有警戒評估、預備偵檢、M&E的描述、處置方案及初始評估結果文件化等；第3章為決策原則及處置偵檢內容有核種及輻射、行動水平、重要參數、替代行動、偵檢單元、發展決策原則、量測方法輸入項目、確認參考物質及已有的偵檢設計之評估；第4章為規劃及偵檢設計的完成，內容有虛無假設、決策誤差極限、決定偵檢努力程度、量測形式、數量及位置與偵檢設計文件；第5章為執行程序，內容有健康與安全議題、管制及M&E的處理、分類、不確定度及可偵檢性、量測技術比較、儀器功能與偵檢數據蒐集與記錄；第6章為評估與決策，內容包括審查已有之數據、數據與UBGR[註2]的比較、計算信心水平、統計檢定、用偵檢結果做處置決策、決策資料文件化；第7章為統計技術，內容有基礎統計概念、假設檢定、MQOs、不確定度、MDCs與MQCs[註3]；第8章為說明範例，內容有物質的處置偵檢、設備的處置偵檢等。此外，MARSAME包含多個附錄，針對特定的主題提供額外的資訊，附錄內容如下所示。

附錄A：MARSAME所需的統計表，

附錄B：背景輻射來源說明(例如天然背景、落塵)，

附錄C：工業用的核種與設施形式，

附錄D：處置偵檢可用的特定量測系統，

附錄E：將M&E處置準則相關的行動水平來源列表並說明。

圖1. MARSAME 內容簡介

MARSAME手冊以資料生命週期(data life cycle)作為M&E處置偵檢之設計、執行與評估的基礎。資料生命週期是指偵檢的規劃、執行、評估及做決定的程序。以下的章節將針對每一階段以及如何應用於處置偵檢設計程序做簡要地說明。表1 提供處置偵檢設計的主要步驟概述以及資料生命週期如何反覆地應用於偵檢程序中。圖2說明資料生命週期如何應用於處置偵檢。

表1. 資料生命週期在處置偵檢設計的應用

註：2.2節係指MARSAME 手冊的2.2節。

圖2. 處置偵檢的資料生命週期

一、規劃階段

規劃階段採用資料品質目標(data quality objectives, DQO)作業流程來發展偵檢設計的方法與文件。偵檢設計文件記錄了決策原則以及處置決策需要的量測次數、型式與位置。管制單位的要求應於規劃階段早期納入有助於處置偵檢結果能符合管制的要求。

MARSAME程序由評估M&E的歷史資料開始。IA通常包括程序知識與歷史紀錄的審閱並配合目視檢查M&E。IA的結果用於發展描述M&E物理特性的觀念模式，並提供M&E可能的放射性活度相關的資訊。M&E物理特性說明應該包括尺寸、形狀、特異性(例如是否能破壞或與其他M&E組合)、可接近性(例如偵檢人員是否能接近相關的區域執行量測)以及固有價值(inherent value)(例如以再使用、回收利用、修理、矯正、更換等方式資源再利用以及處置)。放射性活度相關資訊應包括相關的核種、預期的活度水平、分布情形(例如是否均勻分布)以及位置(例如表面或整體)。

IA可能也包括警戒量測的數據蒐集。警戒量測的結果可用做推翻以程序知識為基礎的假設根據。但是，不能僅以警戒量測決定M＆E的分類是未受影響的(參見MARSAME 手冊2.2.4節警戒量測的相關資訊)。

IA程序伴隨著二個決定，第一個決定稱為分類，判別M&E是否為受影響的。未受影響的M&E不需要額外的調查，但可能需將判定為未受影響之決定及相關資訊文件化。第二個決定是在完成IA程序後，針對受影響的M&E選擇適當的處置選項，以提供設計處置偵檢的方向。進行處置偵檢設計前可能需要額外的資訊，可將預備偵檢(例如範圍、特性、改善行動輔助偵檢)視做IA程序的一部份，用來蒐集所需的額外資訊。

完成IA程序後，針對待處置的M&E必須發展一套決策原則。決定規則(decision rule)的說法為「如果…則…」，其內容包括下列三部份：

Ÿ行動水平，

Ÿ重要的參數，

Ÿ替代行動。

決定規則的例子可能是「如果平均表面活度小於管制者特定的水平，則M&E可能是清潔的，否則M&E不是清潔的。」決定規則所關切的參數與M&E的描述、放射性的描述、以及偵檢單元的邊界密切相關。決定規則的每一項決策均應與M&E相關。一旦建立了決定規則，即可展開偵檢設計。偵檢設計要依據決定規則，針對處置決定所需要的證據，具體指定量測數量及品質。MARSAME建議採用級數法進行處置偵檢設計。偵檢設計應依品質文件(例如偵檢計畫、標準作業程序書[SOP])程序予以書面化，且需經由適當的權責人員(例如專家、管理階層或管制者)審查及核准。經常重複的偵檢設計連同儀器性能及人員訓練佐證資料一併記錄在SOP中。其他處置偵檢的形式通常記載於特定方案之工作計畫中，且偵檢結果在處置偵檢報告中呈現。如果所選擇的偵檢設計在技術上或執行上是不合乎經濟的；必要時，規劃小組可以尋求其他處置選項。

二、執行階段(Implementation Phase)

針對特定計畫，為確保彈性並鼓勵使用最理想的量測技術，MARSAME對特定的技術未提供詳細的資訊。不過，MARSAME第5章及附錄D中詳細說明了幾種量測技術。這些說明可作為評估不同量測技術所需資訊的樣板(template)。謹記偵檢設計通常要與M&E處置選項連結(詳見MARSAME第3、4章)。

執行階段，量測技術的說明要與偵檢規劃階段所定義的量測品質目標(measurement quality objectives, MQOs)比較。量測方法(即包括量測技術及儀器，詳見MARSAME 5.9節)的選擇基礎為量測能力符合MQOs。偵檢設計指定之量測數量與形式應在其指定之地點執行。如為偵檢設計指定之量測方法，執行階段應普遍的應用該方法。如指定的方法無法執行(例如無法提供儀器，或量測方法不符合MQOs)，應依據MQOs的基礎選擇其他的量測方法。選擇替代量測方法應記載於偵檢設計與偵測報告中。

針對特定的目標或量測位置，可能需要建立執行處置偵檢的行動水平以支持處置決策。如果行動水平的單位與量測所用的單位相同，則偵檢人員可直接比較行動水平與量測結果做最終處置的決定。此時允許偵檢人員必要時可執行補救措施及執行偵檢設計階段的“clean as you go”部份 (詳見MARSAME 6.9節)。 “clean as you go” [註4] 偵檢程序可能減少遵循處置偵檢需要考量的M＆E的數量。“clean as you go”程序僅可應用於第一級的偵檢(即核種濃度或輻射水平超過行動水平且M&E 100% 量測)，在此對於偵檢決定的品質及準確度有高度的信心水平。

執行階段針對於數據的蒐集與分析均有品管(QC)的要求，以評估偵檢結果的不確定度。QC量測是偵檢時量測特性及性能的技術活動，一個規劃良好的QC程序可提昇效率並及早發現問題，可避免重做以節省時間與金錢，並可讓使用者迅速地做出決策(EPA 2002)⁽⁶⁾。

三、評估階段(Assessment Phase)

評估階段係由驗證與確認偵檢結果開始。數據驗證(verification)主要是確保偵檢設計的相關要求確實地執行。數據確認(validation)是確保資料蒐集活動的結果能針對偵檢目標提供證據(即為DQOs)，或容許修正目標(詳見MARSSIM 9.3節及附錄N)。

DQA決定蒐集的數據是否具有正確的形式、品質及數量並足以支持原先預期的功能。針對規劃目標，提供評估並決定目標達成度，DQA有助於完成資料生命週期。DQA的詳細說明可參考EPA QA/G-9R (EPA 2006)⁽⁷⁾、MARSSIM 8.2節與 MARSSIM 附錄E。

初步的數據審查可了解數據的結果(例如確認形式、關係或可能的異常)，繪圖技術可將數據圖像化，統計計算則有助於說明數據分布情形。

應用統計檢定技巧來評估偵檢數據，藉由統計檢定的計算與關鍵值比較；關鍵值將統計檢定值分為二個區塊。關鍵區域包括拒絶虛無假設的數值；統計檢定的值如果位於關鍵區域外，則虛無假設成立。請謹記，統計檢定可能很簡單，偵檢結果可直接與關鍵值比較以確保未偵測到輻射；或涉及較複雜的統計計算例如Wilcoxon Rank Sum(WRS)檢定。

四、決定階段

在評估階段之後，要做出有關M&E處置的決定。決定規則確定最終的決策。統計檢定或數據比較決定重要的參數是否高於行動水平。依據結果，做出有關替代方案的一個決定。如果對單一處置偵檢定義多個決定規則(例如MARSSIM形式的偵檢應用統計檢定估算平均活度，以及應用高階的量測比較來評估小面積的活度)，任一決定超過活動水平將導致額外的調查作業。

某些情形下，在偵檢執行階段即要做出決定。例如MARSAME 手冊6.9節所描述的 “clean as you go” 程序需要評估現場數據(field data)以及做出M&E量測相關的決定。M&E是“清潔的”或“需補救的(remediated)”則需要做其他的處置偵檢。

五、結語

國內解除管制作業已實施多年，核研所已執行之實例有TRR 濕貯槽混凝土塊外釋計畫，031館廢金屬外釋計畫，設施清理廢棄物放行作業以及021館清理計畫等，前述作業執行時由於處於發展階段，為能順利達成外釋目標，先行排除不易切割或不易量測之大型物件及設備。未來應可參考MARSAME之建議，建立大型儀器設備處置偵檢相關作業程序，使國內之解除管制作業趨於完備。

陸、參考文獻

1. MARSAME 2009. Multi-Agency Radiation Survey and Assessment of Materials and Equipment manual. Nuclear Regulatory Commission NUREG-1575, Supp. 1, Environmental Protection Agency EPA 402-R-09-001, Department of Energy DOE/ES-0004, January.

2. MARSSIM 2002. Multi-Agency Radiation Survey and Site Investigation Manual (Revision 1). Nuclear Regulatory Commission NUREG-1575 Rev. 1, Environmental Protection Agency EPA 402-R-97-016 Rev. 1, Department of Energy DOE EH-0624 Rev. 1, August.

3.一定活度或比活度以下放射性廢棄物管理辦法，中華民國93年12月29日，會物字第0930047668號令發布。

4.一定活度或比活度以下放射性廢棄物外釋計畫導則，中華民國95年10月10日，會物字第0950028715號令發布。

5. MARLAP 2004. Multi-Agency Radiological Laboratory Analytical Protocols Manual. Nuclear Regulatory Commission NUREG-1576, Environmental Protection Agency EPA 402-B-04-001A, National Technical Information Service NTIS PB2004-105421, July.

6. U.S. Environmental Protection Agency (EPA) 2002. Guidance for Developing Quality Systems for Environmental Programs, EPA QA/G-1. EPA/240/R-02/008, U.S. Environmental Protection Agency, Office of Environmental Information, Washington, DC, November.

7. U.S. Environmental Protection Agency (EPA) 2006. Data Quality Assessment: Statistical Tools for Practitioners, EPA QA/G-9R. EPA/240/B-06/002, U.S. Environmental Protection Agency, Office of Environmental Information, Washington, DC, February.

 

註1：NORM是天然放射性物質，為naturally occurring radioactive material之縮寫。

NARM 是加速器產生之放射性物質，為accelerator-produced radioactive materials之縮寫。

TENORM是技術增強天然放射性物質，為technologically enhanced naturally occurring radioactive material 之縮寫。

註2：UBGR指 the upper bound of the gray region，係在決定行動基準時，待測物活度水平之灰色區間的上限。詳細說明可參考MARSAME手冊第4章。

註3：MQOs是量測品質目標，為measurement quality objectives之縮寫。

MDCs是最小可偵測濃度， minimum detectable concentration。

MQCs是最小可定量濃度，為minimum quantifiable concentrations之縮寫。

註4：“clean as you go”是指在第一級分類偵檢僅採掃描偵檢(scan-only)時，為即時反應偵檢結果，量測人員將掃描值超過鑑別值(threshold)之廢棄物分開，再做進一步的調查分析。

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