侯明亮
台電核能技術處

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，是否已有一套核能安全標準存在可做為普世之共同承諾，以供一體遵行；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) 所頒行的一套核能安全基準，用於診斷現行運轉中核能電廠安全水平。

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，或做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；第二類屬讀者可能有興趣之資料，附註於頁尾；第三類屬將來進一步研究及討論之資料，則依序分別列於每章之末及全文之末。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

陸、核能技術之演進

西元1789年德國化學家克拉普羅特 (Martin Klaproth) 發現了鈾 (Uranium) 6-1，並以當時新發現的天王星 (Uranus) 名之。鈾是一種銀白色的金屬化學元素 , 在元素週期表中屬錒 (Actinide) 系列元素 , 原子序號 92 , 化學符號 U，比重19.05，在自然界存在的元素中比重最高；熔點1132.3°C；鈾是一種中度稀有的元素，在地殼中相當常見，其豐度約為百萬分之2，大約與溴（Br）或錫（Sn）相當，是銀的約40倍左右6-2，最常見於瀝青礦石之中 。鈾原子有92個質子和92個電子 , 中子數則介於141和146之間，因此鈾擁有六個同位素 (鈾-233 ~ 鈾-238)，其中鈾-235是自然界中唯一天然的可分裂同位素 ( Fissile Isotope)，也由於此一特質，而開啟了原子時代 。此外鈾-238和釷- 232是自然界中唯二的天然豐富的同位素（Fertile Isotopes）， 因此，鈾可說是核能歷史的第一主角。

過去二十多年來，核能工業界評估全世界可開採的鈾蘊藏量，多認為只夠用約60年之久，最近的評估，包括：經濟合作暨發展組織（OECD）核能署（Nuclear Energy Agency ，NEA）、及國際原子能總署（IAEA）均認為，以目前每公斤鈾售價130美元而言，則經濟上可開採之蘊藏量，依現行的消耗率趨勢估計，至少足供一個世紀之用6-3。此外，按照過去之經驗，礦物資源的蘊藏量常隨需求的急迫性及技術的不斷創新而與日俱增[1]。2010年初，加拿大及澳洲兩大鈾礦出口國的礦業局長，不約而同分別在接受詢問時均表示，若鈾的售價提高一倍則可開採之蘊藏量約可增加10倍[2]。核能發電成本大部分落在建廠之初始投資上，核燃料的部份，對整體發電生產成本而言相對較小，所以即使是核燃料價格大幅上漲，對核能發電成本的影響並不大[3]。譬如，若鈾的市場價格加倍，將增加目前輕水式反應器核能電廠燃料成本約26％，但整體發電成本則僅增加約 7％；反觀天然氣資源，若天然氣價格增加一倍，則將增加發電成本達70％[4]。此外，目前的輕水式反應器使用核燃料之效率相對較低，核分裂只以鈾-235同位素為主，若核燃料經過再處理，可以將使用過的核燃料重複循環再利用，使鈾資源的使用年限再增數倍。由以上的討論，應可扭轉過去的觀念，事實上，鈾資源在可預見的未來，是不虞匱乏的。

 

圖1、[5]天然鈾礦石（附有卡通之簡要說明，從上至下，從左至右分別是：「鈾礦」、「它充滿來自於放射性的電！」、「騙人！」、「他們就從它取出熱量─」、「並非燃燒煤和石油─」、「它將水煮沸─」、「以產生蒸汽─」、「以驅動發電機─」 、「以產生電！」）

 一、鈾原子自然性質的探索

雖然鈾元素發現得早 , 但當時人類並不知道除了做為黃色（氧化鈾呈黃色）的陶瓷釉彩之外 , 鈾還能有什麼用途。核能歷史匆匆的過了百餘年，1895年威廉倫琴 (Wilhelm Rontgen) 藉由以電流通過真空玻璃管，產生連續的X射線（X-rays）， 發現了游離輻射。隔年，科學家們陸續發現了阿發、貝他、及伽馬射線，居里夫婦（Pierre and Marie Curie）將此現象名之為放射性（Radioactivity）。

1902年，拉瑟福（Ernest Rutherford）證明，原子核自發放射阿發或貝他粒子之後，會創造出不同的元素。1919年，他以鐳原子所發射的阿發粒子撞擊氮原子，發現氮原子核重新排列後變成氧。1932年，查德威克（James Chadwick）發現了中子，1935年，費米（Enrico Fermi）發現以中子撞擊原子，會產生更多的各種人工放射性核種。1938年，哈恩（Otto Hahn）和斯特拉斯曼（Fritz Strassman）在柏林發現並證實鈾原子核分裂之反應， 1939年，弗里希（Otto Frisch）等在玻爾（Niels Bohr）的指導下，證實一個鈾原子核分裂反應所釋放的能量約為200 百萬電子伏特（200 MeV），這也是人類首次以實驗證實了愛因斯坦於1905年發表的質量和能量之間的質能互換公式（E = mc²）。1944年第二次世界大戰結束後，哈恩以發現核子分裂反應，獲得了諾貝爾化學獎。

1939年的發展引起了歐洲各國許多實驗室的高度興趣，在此之前的一百多年間可稱之為鈾原子自然性質的探索期，之後至1945年各國的重點都是在原子彈的開發，短短幾年間，在戰爭的壓力下，於1945年七月原子彈就試爆成功了。

二、核子分裂反應的駕馭

玻爾認為原子核分裂反應可能是發生在鈾－235而非鈾－238，而且慢速中子比快速中子有效，因此首先提議以緩速劑（Moderator）來減緩伴隨核子分裂所放射出來的中子（註：新產生的是快速中子，能量約在1 MeV左右，移動速度每秒兩萬公里，約為光速的7%[6]，在輕水式反應器中約經13次碰撞後，成為慢速中子，能量小於1 eV，速度約每秒兩公里，約為音速的6倍[7]），玻爾的論文正好發表於1939年第二次世界大戰爆發之前夕[8]。

另一個重要問題是，天然鈾中鈾－235僅含約0.7%，鈾－238則有99.3%，兩者化學性質類似，要分離它們只能以兩者些微差異的物理性質為之，非常不容易，提高         鈾－235濃度的過程稱之為濃縮（Enrichment）[9]。

圖2、[10]天然鈾、核能反應器、及核子武器中鈾－235含量之比較

控制核子分裂反應的第三個重要問題是 ，需要多少鈾才能使其維持自我連鎖反應？此稱臨界質量（Critical Mass），此點由佩爾斯（Rudolf Peierls）在英國伯明翰大學（Birmingham University）經由數學模式推演成功。

在1939年之前，控制核子分裂反應的相關研究，多集中在德國軍備局（German   Ordnance Office）由玻爾所領導的德意志核能計畫（German Nuclear Energy Project）下完成，但在此之後，研究發現部份中子會被鈾材料和緩和劑裡不易去除的雜質所捕捉，也有部份會逃逸（Escape），使得維持鈾的自我連鎖反應一直無法達成，因此，德國當局認為核能計畫能成功發展出核子武器的機會不大。至1942年德國核能計畫就完全放棄了， 相關研究人員陸續星散，日後反而成為英國及美國戰時核子武器發展的主力6-4。

三、第一部核反應器

1942年12月2日芝加哥時間下午3：36，人類歷史上第一部可控制並可維持自我連鎖反應的核反應器（Chicago Pile-1，CP-1，初期普遍稱為核反應堆），在芝加哥大學體育場西側地下室的壁球場，由費米（Enrico Fermi）領導的團隊啟動並測試成功6-5。當時研究團隊裡的重要成員之一，也是1936年諾貝爾物理獎得主的康普頓（Arthur Compton）打電話給哈佛大學校長科南（James B. Conant）：「這個義大利冒險家已經在新世界登陸了。」科南問：「當地土著如何？」康普頓答：「非常友善（Very friendly）」。

圖3、[11]工作人員正在組立世上第一個核子反應器

費米，1901年出生於義大利羅馬，以長期研究超鈾元素有成，於1938年獲得諾貝爾物理獎，當費米與家人同往瑞典領獎；而義大利當時的法西斯（Fascist）政府，對其在頒獎會上未穿法西斯制服，亦未向法西斯政府致敬，非常不滿，因此發動全國報紙抨擊他， 費米只好與家人僅攜帶簡單行李，倉惶投奔英國，之後轉往美國，就再也沒回過義大利。在美國，費米首先於哥倫比亞大學繼續他的工作，並受聘為物理學教授（1939─1942）。至1942年，美國終於對原子彈的開發下定了決心，並在八月初成立曼哈頓工程特區（Manhattan Engineering District ，MED），一般人喜愛簡稱之為曼哈頓計畫（ Manhattan Project）， 費米被指定為其子計畫CP-1之計畫主持人。

在戰時物資受限情況下，CP-1以不到四個月時間，即從科學理論的知識階段，快速進展到實體完成並測試成功，實屬不可思議，但如果讀者知道進一步的細節，更要佩服不已。在此先舉兩個較突出的例子，首先，在當時鈾的濃縮技術尚在各實驗室摸索階段，如何蒐集到臨界質量所需的濃縮鈾就是一個大問題，因此，由MED主持人，美國陸軍工兵少將格羅夫斯（Leslie Groves）通告美國、英國、及加拿大三國各實驗室，不論是氣體擴散法、電磁分離法、或高速離心法都得連夜趕工製造濃縮鈾。其次是，當時市面上尚無核能等級所需特高純度的石墨，因此，採購人員兵分三路，向可能具有能力的廠家都投下訂單，不惜成本，只要求剋日完成。

CP-1的成功，除了每位參與人員都有使命必達的認知外，也要歸功於縝密的規畫及主持人費米的特殊天賦，筆者於1981年訪問橡樹嶺國家實驗室（Oak Ridge National    Laboratory，ORNL），在參觀X-10石墨反應器（X-10 Graphite Reactor ）時，有幸親見費米所寫的運轉日誌之真跡，當時世上尚無計算機，他居然僅以計算尺就可以準確預估反應器的臨界點。此外，CP-1設置了三套控制棒，第一套是可在陽台上控制的自動控制棒；第二套是緊急安全控制棒，以繩索連接至陽台並由希伯里（Norman Hilberry）拿著斧頭守候，以防備萬一發生不可預期的事故，或自動控制棒失效時，可以立即砍斷繩索，讓控制棒快速插入爐心，以停止連鎖反應，請見圖4中間偏右上角，當時同僚多以安全控制棒持斧人（Safety Control Rod Ax Man，簡稱SCRAM，or Mr. Scram）稱之而不名，至今反應器急停仍多以『SCRAM』為名。希伯里後來被任命為阿岡國家實驗室（  Argonne National Laboratory，ANL）的第一任首長；第三套是實際控制反應器的控制棒，請見圖4右下角，除此之外，另有一個由三個人組成的液體控制隊，三個人都站在陽台上提著鎘鹽溶液（Cadmium-Salt Solution）桶子，以備當所有機械操作的控制棒均失靈時，將鎘鹽溶液灌入反應器中，讓反應器停機6-6。

以上所述反應器控制的安全原理與實務也一直延用至今，不同的只在機械設計較精巧而已。此外，由於CP-1的功率很小也沒多少衰變熱，因此並未設置緊急爐心冷卻系統，亦未設置圍阻體，但為預防可能的輻射污染，整個反應器設施外面由一層特殊的膠皮包覆著。CP-1的爐心由57層的石墨卵床組成，二氧化鈾亦製成卵形以嵌入卵床，逐層間錯交疊而成，外緣呈多角形，請見圖5；濃縮度較高的二氧化鈾卵放中央，濃縮度較低的二氧化鈾卵放外圍。以上的設計亦一直延用至今。

圖4、[12]世上第一個核子反應器的安全系統

 四、曼哈頓計畫（MED）

1939年10月，一封由多位著名物理學家共同撰寫，並由愛因斯坦署名，致當時的美國總統羅斯福（Franklin D. Roosevelt ）的信送達白宮6-7，信中警告：納粹德國可能正發展全新的毀滅性核子武器；剛開始，白宮並未予重視，直到1941年底日本攻擊珍珠港，美國直接參與第二次世界大戰，才將龐大的資源與第一流的科學家毫無保留地投入原子彈的開發。總計自1942年8月13日MED 計畫開始，至1945年8月6日第一顆原子彈投入廣島，造成重大傷亡，隨即結束戰爭，期間短短不到三年半之久，投入之經費如下表（表列金額分別以當時美元及1996年美元幣值表示），這是任何其他國家，在當時都無法做到的。

1942年8月MED 計畫一開始，很快的就超越英國多年努力打下的研究基礎，當然英國一開始時毫無保留地提供所有的資料，也是功不可沒的。MED 計畫一開始就全面展開，並以下列三處為中心，高峰時期研究及生產基地超過三十個，遍及全美各地及英國、加拿大，雇用人員合計超過13萬人6-8：

1、橡樹嶺國家實驗室：為MED 總部，由MED主持人格羅夫斯領導，負責鈾濃縮的主要責任，並負擔部份的鈽生產等工作。

2、漢福德廠區（Hanford Site ，HEW）：以杜邦集團（E.I. DuPont ）為主，負責鈽的生產和精煉等工作。

3、洛斯阿拉莫斯國家實驗室（Los Alamos National Laboratory，LANL）：由歐本海默（ J.      Robert Oppenheimer ）領導，負責原子彈的設計、測試、製造、和試爆等工作。

MED計畫啟動不到四個月，由費米主持的CP-1計畫即宣告成功，因此鈽的提煉方法基本上是可以確定的了， CP-1可視為鈽生產反應器的先導廠，而橡樹嶺國家實驗室的X-10石墨反應器（X-10 Graphite Reactor）及漢福德廠區的B反應器（B Reactor），可分別視為示範廠及正式生產廠；但為爭取時效，兩個廠都在CP-1計畫成功當月（1942年12月）就分別動工了，兩個廠興建費用分別是當時的美金兩千萬元及三億九千萬元；可見CP-1計畫的完全成功，對整體MED計畫的重要性。

圖5、[13]世上第一個核子反應器的爐心構造

 曼哈頓計畫經費(累計至1945/12/31)

Site/Project	1945年美元幣值	折合1996年美元幣值
OAK RIDGE (Total)	$1,188,352,000	$13,565,662,000
—K-25 Gaseous Diffusion Plant	$512,166,000	$5,846,644,000
—Y-12 Electromagnetic Plant	$477,631,000	$5,452,409,000
—Clinton Engineer Works, HQ and central utilities	$155,951,000	$1,780,263,000
—Clinton Laboratories	$26,932,000	$307,443,000
—S-50 Thermal Diffusion Plant	$15,672,000	$178,904,000
HANFORD ENGINEER WORKS	$390,124,000	$4,453,470,000
SPECIAL OPERATING MATERIALS	$103,369,000	$1,180,011,000
LOS ALAMOS PROJECT	$74,055,000	$845,377,000
RESEARCH AND DEVELOPMENT	$69,681,000	$795,445,000
GOVERNMENT OVERHEAD	$37,255,000	$425,285,000
HEAVY WATER PLANTS	$26,768,000	$305,571,000
總計	$1,889,604,000	$21,570,821,000

Sources：Richard G. Hewlett and Oscar E. Anderson, Jr., The New World: A History of the United States Atomic Energy Commission, Volume 1, 1939/1946

鈾濃縮技術，在當時尚無法有一個確定的方向，但為爭取時效，因此將當時尚在學術研究中的下列三種方法，不分先後，均同時投入正式生產工廠的興建工作，而高速離心（Centrifuge）法因須投入的資源較多且不確定性亦較高，在MED計畫初期就予以放棄了：

1、由哥倫比亞大學（Columbia University）尤里（Harold Urey）教授等人所研發的氣體擴散（Gaseous Diffusion ）法：委由 Kellex 公司負責建造，聯合碳化物（Union  Carbide）公司負責營運，這就是橡樹嶺國家實驗室區內有名的K-25和K-27廠，合計耗資當時的美金五億一千餘萬元。

2、由加州大學柏克萊校區（UC Berkeley）的勞倫斯（Ernest O. Lawrence）教授等人所研發的電磁同位素分離（Electromagnetic Isotope Separation）法：委由石偉（Stone & Webster） 公司負責設計、建造，由田納西州伊士曼（Tennessee Eastman ）公司負責營運，廠名代號Y-12，亦在橡樹嶺國家實驗室區內。耗資當時的美金約四億八千餘萬元。有趣的是，Y-12起初是由勞倫斯教授所領導的團隊先營運一段時間，待稍穩定之後，再移交給訓練好的田納西州伊士曼公司人員，而田納西州伊士曼公司人員，都是臨時聘用的中學剛畢業的年輕小女生，接手營運一小段時間後，生產效能居然高於勞倫斯教授所領導的博士團隊。

3、由美國海軍研究實驗室（Naval Research Laboratory）的阿伯爾森（Philip Abelson ）博士所研發的熱擴散（Thermal Diffusion）法：委由弗格森公司（Ferguson Company）負責建造和營運， 廠名代號S-50，亦在橡樹嶺國家實驗室區內，耗資當時的美金一千五百餘萬元，此技術並不在原本規畫當中，正好取代可能要耗資數十倍的高速離心法。

至1945年3月，以上三種鈾濃縮技術都未能達成預期目標，眼看著耗資近十億美元的鈾濃縮計畫，即將付之流水；這時MED主持人格羅夫斯將軍做了一個明智的決定，將三種鈾濃縮技術串聯運作，以S-50為第一階段，將鈾自0.71%濃縮至0.89%，之後放入K-25，以氣體擴散法再濃縮至23%，再放入Y-12，如此交替運作至約85%濃縮度，正好可供核子武器之用。

MED計畫之下游尚有核子武器之設計、製造、測試、試爆、使用、及後果調查等工作，因與核能安全無關，在此不予闡釋。

五、原子能的和平∕非核子武器用途

（一）、美國原子能委員會（United States Atomic Energy Commission，USAEC）

第二次世界大戰甫一結束，美國參議員麥克馬洪（Brien McMahon）即發起連署，制定原子能法案（Atomic Energy Act，亦稱麥克馬洪法案）6-9，在參、衆兩院順利通過後，美國總統杜魯門（Harry Truman）於1946年8月1日簽署，於1947年1月1日正式生效，主要目的在將和平時期的原子能科學與技術相關作業，納入國會管制，並將戰時未受國會管控的曼哈頓計畫，予以轉型後做一個階段性的結束。

麥克馬洪法案創造了AEC，同時賦予AEC無上的權力，包括：接替曼哈頓計畫，繼續進行核子武器的研究與製造、原子能和平用途的研發與推廣、所有原子能科學與技術相關作業之管制、配合聯邦調查局（FBI ），對所有接觸過AEC之管制級核子資訊者進行調查、有權自由聘用各種科學家及各種專業人仕，而不受公務員制度（Civil Service System）的約束。首任（1946-1950）AEC主任委員由總統杜魯門任命李林塔爾（David E. Lilienthal）擔任，李林塔爾原任田納西河流域管理局（Tennessee Valley Authority，          TVA）董事長，於戰時因提供曼哈頓計畫龐大而穩定的電力有功，因論功行賞而受此政治性之任命。

在AEC有關高科技方面之諮詢，由總諮詢委員會（General Advisory Committee）負責，首位主任委員就是赫赫有名的歐本海默，大科學家想法常與眾不同，由於他在任內做出許多有爭議的決定，譬如，1949年曾反對製造氫彈（Hydrogen Bomb）等，因此備受聯邦調查局的調查所困擾，而舉發他的人，還包括時任AEC第三任（1953-1958）主任委員的施特勞斯（Lewis Strauss）。施特勞斯也是個名人，1954年美國準備修改原子能法以鼓勵商用核能發電時，施特勞斯於當年9月16日，向科學作家全國協進會（National Association of Science Writers）發表演說，指出，因核能發電的推廣，將使得未來的家庭用電的電費，可以便宜到不值得裝電表（Too Cheap To Meter）6-10！此語讓核能工業界在社會上被揶揄了五十多年。

（二）、原子能和平用途（Atoms for Peace）宣言

1953年12月8日美國總統艾森豪（Dwight D. Eisenhower）於聯合國大會，發表以原子能和平用途（Atoms for Peace）為題之演說，之後，美國政府推出了『原子能和平用途』計畫，主動提供設備和資訊給美國和世界各地的學校、醫院、和研究機構。

為呼應艾森豪總統的主張，並為推動原子能和平用途計畫，國會修改了原子能法（Atomic Energy Act Amendments of 1954），賦予AEC更為明確的功能及角色，以推動核能發電並負責管制核能發電之安全。事實上，這兩個功能及角色是互相衝突的，從此以後，各界對AEC批評之聲音不斷，而且大眾普遍認為AEC在以下四個方面做得不夠好：輻射防護標準的訂定、核反應器之安全管制、核能電廠選址審查、及環境保護。1960年代，AEC官員在為增建鈾濃縮設施的聽證會上發言，預估至公元2000年，全美將有一千座商用核能電廠[14]；事實上， 1973年之前核能發電確實是有一番榮景，1973年之後，由於電力需求下降及建廠成本上升，榮景不再，有許多訂單被迫取消，有許多尚未完工的核能電廠被迫擱置，至1979年三哩島事故後，美國國內有三十多年完全沒有核能電廠的新訂單。

 

圖6、[15]1955年美國發行原子能和平用途紀念郵票

 為因應各界對AEC不斷批評之聲浪，國會決定讓AEC走入歷史。於1974年通過能源重組法案（Energy Reorganization Act of 1974），於1975年元月，另行成立核能管制委員會（Nuclear Regulatory Commission，NRC）負責核能安全之管制事宜，而核能推廣的角色，則由新成立的能源研究與發展總局（Energy Research and Development Administration，ERDA）擔任，1977年又以 ERDA為主體另成立能源部，現任（第12任）部長朱棣文 （Steven Chu），是1997年諾貝爾物理獎得主，亦為我國中央研究院院士。

（三）、普萊士安德森法案（Price-Anderson Act）6-11

普萊士安德森核能工業賠償法案（Price-Anderson Nuclear Industries Indemnity Act ）一般人喜歡簡稱『普萊士安德森法案（Price-Anderson Act，PAA）』，於1957年，由曾經分別擔任過國會原子能聯合委員會（ Joint Committee on Atomic Energy）主席的眾議員普萊士（Charles Melvin Price），及參議員安德森（Clinton Presba Anderson）共同發起，以期能化解電力公司進入核能發電前，對於萬一發生核子事故而需面對各種賠償之疑慮。

依1946年的原子能法案，核能發電仍是由政府經營的；1954年的原子能法修正案則新增了執照申請制度，允許私人投入經營。1957年，當全世界第一個具商業規模的核能電廠西平堡（Shippingport）準備進入商業運轉時，前述疑慮即刻變成必須馬上面對的問題；此時，PAA 適時通過化解疑慮。該法案的主要目的，部分是協助核能電廠業主支付核子事故引起的各種補償責任，同時又可確保廣大民眾索賠的權益，該法案是一種無過失的保險型式，依PAA規定，第一線補償責任由工業界負責籌措，以2011年標準，總額約為126億美元；賠償金額超過126億美元的部份，一概由聯邦政府負責籌款支應。

依PAA規定，每位核能電廠持照人，均需為其所屬的每一部核能機組投保核子事故險，並應以保險市場的最高上限金額為之。以2011年為例，  每一部核能機組可投保的最高金額為375百萬美元。若賠償金額小於此數，則全由肇事者支付；若賠償金額大於375百萬美元，則由依PAA所設立的工業界自籌措基金來補足差額。PAA所設立的基金係由每一部核能機組擁有的公司負責挹注該機組投保金額中的111.9百萬美元。因此，目前基金總額約為126億美元。

PAA亦涵蓋美國聯邦政府能源部所轄屬的設施，包括：各鈾濃縮工廠、各國家實驗室、及尤卡山核廢料儲存場（Yucca Mountain Nuclear Waste Repository），目前這一部份的基金總額約為116億美元，與商業核能電廠部份之規模相當。

自從PAA生效迄今，因商業核能電廠核子事故償付的保險金，合計約151百萬美元，其中包括1979年三哩島事故之相關補償金額，共約七千萬美元。能源部方面，迄今償付的保險金，合計則為六千五百萬美元。

（四）、聯合國（United Nations）的角色

艾森豪總統於聯合國大會發表以原子能和平用途演說中，同時倡議建立一個國際核能合作和交流的機構，以規範和促進原子能的和平用途，1954年9月，美國向聯合國大會提議建立一個國際機構，來控制可分裂之核子材料。1955年8月8-20日，聯合國在瑞士日內瓦舉行第一屆原子能和平用途國際會議，共有來自73個國家1400多個代表出席，並有來自各國專家所發表的數百篇論文，真是盛況空前，且不約而同多以核能安全為論述重點。而會議主席則由印度的大科學家巴巴（Homi Jehangir Bhabha）擔任6-12，他就是量子力學中巴巴散射（Bhabha Scattering）理論的奠基者，可惜在1966年初赴 IAEA開會途中，因飛機失事壯年殞命，而與諾貝爾物理獎擦身而過，傳言霍米巴巴對核子武器知識知道得太多，被美國中央情報局（CIA）暗算云云。1956年，聯合國召開國際原子能總署（IAEA）組織章程草案會議，1957年，IAEA正式成立並獨立運作，與聯合國其他相關機構不同，IAEA只向聯合國大會和安全理事會報告，並擁有自己的會員國。

IAEA是研究核能安全的重鎮，本文已有專章介紹，詳請見本文前篇第貳章第一節。唯2011年日本福島事故（2011 Japanese Nuclear Accidents）後，各界對IAEA批評的聲音很多6-13，焦點集中在：

（1）、 它提出多項安全標準，但不強制要求各會員國遵守。

（2）、它負責推動核能發展，但它也監視各國，禁止核能技術使用於核子武器。

（3）、它為了查察核子禁衍條約的遵守，而投入相當多的人力。

（4）、它忽視25年前世界上最嚴重核子事故的各項檢討改進事項，未善盡保護核能工業之責任。

（5）、IAEA應即進行改造，以更有效地監測全球核能發電之安全。

（五）、核子動力船舶（Nuclear-Powered Ships）[16]

核能特別適合於需要在海上長時間作業，不便於加油補給燃料的各種船舶，亦適合於需要強大推進器的潛艇，因此核子動力船舶的發展比核能發電廠還要早，目前有    140艘船舶採用了180多個小型的核反應器在海上作業中，且至2010年，已累計超過     12000反應器年的運轉經驗[17]，大多數是來自核子潛艇；它們的應用範圍可從破冰船到航空母艦都有，將來，海上運輸使用化石燃料的限制會增加，可能讓核子動力船舶的使用更受歡迎，但到目前為止，仍有些港口因擔憂核能安全，並不歡迎核子動力之船舶停靠。

 
圖7、[18]核子潛艇動力系統概要

（六）、核能發電

根據世界核協會（World Nuclear Association，WNA）2010年的統計，核能發電提供約全世界6%的能源，若單以電力供應而言則約為13-14%，其中尤以美國、法國、及日本為最，佔有約全世界核能總發電量的50%。核能發電是一個頗具爭議性的話題，支持者，如世界核能協會和國際原子能總署，主張核能發電是一種可持續、廣泛使用的能源，而且可以減少二氧化碳的排放量。反對者，如國際綠色和平組織（Greenpeace International）和核能資訊和資源服務組織（Nuclear Information and Resource Service ，NIRS），認為核能對人類與環境都構成威脅。的確，在不到六十年的開發期間內，核能發電已發生三次嚴重事故：1979年三哩島（Three Mile Island ）事故，1986 年車諾堡（Chernobyl）災難，和 2011年福島（Fukushima）事故，或多或少對人類與環境構成威脅，本文後篇將有詳細深入的探討。唯國際上亦有許多安全改進研究正繼續進行中，而且未來尚有可能利用較為安全的核融合技術等，其發展不可限量。以下將從其發展軌跡逐步探討。

 1、美國西平堡原子能電廠（Shippingport Atomic Power Station）6-14

1957年12月23日，位於匹茲堡西北方約40公里的西平堡原子能電廠（Shippingport Atomic Power Station）達全功率運轉，開啟人類大規模利用核能的時代。

西平堡的核反應器是一個兼具實驗用途、屬熱滋生式反應器（Thermal Breeder Reactor）、並具可將釷-232轉變成鈾-233的能力。西平堡計畫在海軍四星上將里科弗（Hyman G. Rickover）主持下，由美國當時的原子能委員會出資興建，石偉公司負責設計，完工後由杜肯電燈公司（Duquesne Light Company ）負責營運。西平堡核反應器的設計兼具兩項功能：可做為航空母艦的動力系統，同時可做為商業發電之原型。1977年，經進一步設計修改後，轉換為加壓輕水滋生式反應器（Pressurized Light-Water Breeder Reactor ，PLWBR）。西平堡原子能電廠以32個月的時間興建完成，總工程費  72.5百萬美元。

1982年10月1日，在順利運轉25年後，西平堡原子能電廠在運轉執照期滿日，正式宣佈停役。1985年9月，在停止運轉約三年後，開始進行拆廠及廠址清理工作，總共亦耗時三年，耗資98百萬美元；目前廠址可無限制地再使用，是一個反應器除役成功的好例子。

 

2、美國海軍上將里科弗（Hyman G. Rickover）6-15

Rickover是個核能界非常傳奇性的前輩，核能界不認識他的人不多，讀者不可不知！ 由於Rickover以其獨特的人格特質、良好的政治協調能力，負責、當責的做事態度以及高深的專業知識等因素，使得他在美國海軍服役長達63年，後期更兼任美國原子能委員會（1975年改為能源研究與發展總局，1977年改為能源部）之海軍反應器署長（Director of Naval Reactors）長達30年之久，因此被尊稱為美國核能海軍之父（Father of the US Nuclear Navy）， 30年之工作期間，在其主導下總共建造了約200艘核子動力潛艇和23艘核子動力航空母艦及巡洋艦，且至今仍維持無任何反應器事故之優越紀錄；此外，同仁所熟知的美國聯邦法規10CFR50 APP.B品質保證18條準則，就是他創作的。人們在很多方面推崇他，而以下三點更受到一致的肯定：（1）、嚴格的遵守品質管制及品質保證規定。（2）、審慎的人員甄選。及（3）、重視人員的訓練與教育。然而有一點卻從未有人在書面提及：Rickover講話有時非常粗魯；筆者與多位與Rickover共事過或曾受其接見過的友人談起，都有此反應，其中包括曾任美國原子能委員會主任委員長達十多年，1951年諾貝爾化學獎得主西博格（Glenn T. Seaborg）。

事實上，在Rickover兼任海軍反應器署長的後二十年裡，美國政府高層曾有許多不同的聲音，希望把他換下來，其中還包括兩次晉升之建議，但都沒有成功。1982年，在雷根（Ronald Reagan）總統的策動下，終於請Rickover退伍了。

在美國，以他為名的榮耀很多，茲舉例如下：

（1）、洛杉磯級潛艇海曼里科弗號（SSN- 709），在1984年下水，這在美國是極少數以仍活的人命名的美國海軍艦艇（United States Ship，USS），

（2）、美國海軍學院里科弗大樓，

（3）、2005年創立於芝加哥的里科弗海軍學院（Rickover Naval Academy），

（4）、麻省理工學院海曼里科弗海軍上將獎學金。

3、英國考爾德豪爾核能發電廠（Calder Hall Nuclear Power Station）6-16

除了前述西平堡原子能電廠，英國的考爾德豪爾核能發電廠也宣稱它是世上第一個核能發電廠。事實上，在美國西平堡原子能電廠之前，美國尚有幾個核能發電設施成功啟用，如最早在1951年即已起動，位於愛達荷國家實驗室（Idaho National Laboratory）的實驗性滋生式反應器（Experimental Breeder Reactor，EBR- 1）[19]，由於均為規模極小，僅能歸屬於實驗室內試驗用設施之性質，故不予列入考慮。

考爾德豪爾核能發電廠位於巨大的塞拉菲爾德（Sellafield）核能工業園區之內。與美國遍地開花，全國各地普設核能基地的方式不同，英國的核能基地相當集中；拉菲爾德在英格蘭北方濱臨愛爾蘭海（Irish Sea），區內有兩座具完全規模的核燃料再處理廠及其附屬工廠，另有四部考爾德豪爾核能發電機組，均屬英國原子能管理局（United Kingdom Atomic Energy Authority，UKAEA）所有，但現均已停役正在等待拆廠中。

由於美國早期幾乎壟斷了西方世界的鈾濃縮產業，因此，英國首先採取了不同的開發策略，以天然鈾金屬為反應器燃料，以石墨為緩和劑，並以氣體做為冷卻劑，發展出一系列不同的反應器設計；隨後法國、德國、日本、及義大利等亦均仿效英國，採取相同步驟，各自開發以石墨緩和之氣冷式反應器，以免受制於美國，可是到後來，除英國外，都陸續以提前停役而告終。

考爾德豪爾核能發電廠有四部石墨緩和之氣冷式核反應器機組，事實上，早期均係以生產鈽為主的軍用反應器，發電只是它的副產品，與西平堡原子能電廠專用於核能發電不同，該廠於1953年開始興建，於1956年10月17日，由英國女王伊麗莎白二世主持下正式啟用，原設計出力每部機 60 MWe，1973年降為 50 MWe  ，當全廠於2003年3月停役時，第一部反應器已使用了將近47年。這類反應器不只在英國，在世界各國運轉績效普遍不佳，英國在1980年代已改向美國西屋公司採購壓水式反應器，以目前情勢觀之，短期內不會走回老路。石墨緩和之氣冷式反應器有其核能安全上之優勢6-17，目前的問題若能儘快克服，將來仍有受青睞的一天。

4、前蘇聯奧布寧斯克核能電廠（Obninsk Nuclear Power Plant）6-18

前蘇聯也宣稱，其奧布寧斯克核能電廠是世上第一個核能發電廠，該廠位於曾因軍事機密而封閉許多年的科學城市奧布寧斯克之內，在莫斯科西南方約110公里處，由成立於1946年5月的物理與動力工程研究所（Institute of Physics and Power Engineering ，FEI）主導設計與興建，將已有的石墨緩和之通道式水冷卻，原設計使用於生產鈽的反應器，進行修改以兼做為供熱和發電之用，於1954年6月正式啟用，並取名AM-1 (Atom Mirny -- Peaceful Atom)，設計容量為30 MWt 或為5 MWe，它原則上仍是以生產鈽為主的軍用反應器，同時兼做為石墨緩和之通道式水冷卻反應器，它也是包括車諾堡在內同型的RBMK反應器之試驗用原型（Prototype）。

AM-1 電力生產只持續到1959年，之後僅做為研究設施，有時亦兼做生產同位素之用，直到2002年4月才正式予以關閉。

 5、核能發電的商業化

前面提到，有三個國家搶佔世上第一個核能發電廠之名，各有主張，隨人高興不傷大雅，但到後來真正商業競爭的時候，可就是真槍實彈含糊不得的事了。美國西屋公司和奇異公司同時於1950年代末期登場，並同時分別推出PWR和BWR商用核能發電廠上市，也同時讓第一個PWR核能發電廠Yankee Rowe，及第一個BWR核能發電廠         Dresden-1，於1960年正式商業運轉，兩者裝置淨容量都是200 MWe。兩部示範型商用核能發電廠都在成功運轉頗長時間後功成身退。在此之前所有提到的核能發電廠，都只能算是軍用反應器的原型（Prototype），或是將試驗用之原型改造成商用核能發電廠的示範型（Demonstration），現除英國外都已除役不再運轉，核能工業界把它們歸類為第一代（Generation I）反應器6-19。

1960年代末期各廠家根據第一代核反應器的興建及運轉所累積之經驗，陸續推出新一代較大型的機組，有些新機型的裝置容量甚至超過1000 MWe，在美國，以PWR和BWR兩種機型為主。法國於1950年代末，先以石墨緩和之氣冷式核反應器機組，興建了一批共十部機組，分屬七個核能發電廠，1970年之後，改向西屋公司引進壓水式核反應器技術，之後自力興建連續三個系列（900 MWe、1300 MWe、及N-4）的標準化PWR核能發電機組。法國核能發電廠的興建模式普遍被推崇，是目前為止世界上核能發電工業最成功的作業典範。目前世界上運轉中的核能發電廠有約有85%屬這類美式PWR和BWR機型，觀其設計仍不脫海軍艦艇動力系統設計之模式，因而普遍有廠內空間狹窄、不利日常運轉維護作業、及從業人員輻射劑量之控制不易等問題， 核能工業界把它們歸類為第二代（Generation II）反應器[20]，至今已累計數百部機組，運轉三十多年的經驗，證明其設計之安全性及可靠性，是可接受的。

加拿大和前蘇聯則採取不一樣的發展模式。為免受制於美國濃縮鈾的供應，加拿大採用天然鈾為核燃料並以重水作為緩和劑和冷卻劑，由加拿大原子能有限公司（Atomic Energy of Canada Limited ，AECL）聯合該國主要電力公司，包括安大略發電公司（Ontario Power Generation）等，發展出肯都（CANada Deuterium Uranium，CANDU ）型核反應器6-20，自第一部原型機組--核能發電示範廠（Nuclear Power Demonstration，NPD）於1962年在安大略省啟動運轉，25年後，迄1987年功成身退。CANDU  型核反應器核能發電廠已在加拿大興建了17部機組，在國外亦頗受好評，共有韓國4部，中國2部，印度2部，阿根廷1部，羅馬尼亞2部，及巴基斯坦1部，合計12部機組，總計29部在全世界順利運轉中。由於 AECL是加拿大的國營企業，在長達三十年的核能不景氣中，加拿大聯邦政府長期予以挹注，至今已無意繼續承擔，現正尋求廠家準備出售中[21]。另外有一軼事，可能已鮮有人知了，在民國61年，台灣電力公司準備興建核能二廠，並已與 AECL洽妥購買兩部 CANDU-600，卻因外交關係中斷，且或因大陸有涉及核子武器之顧慮等因素，AECL片面毀約而中止，顯然當時是絕對的賣方市場，真是三十年風水輪流轉！

1964年，有兩部前蘇聯正式的核能電廠首度完工發電，一部是100 MWe的石墨緩和通道式沸水冷卻核反應器機組，另一部是210 MWe新設計的壓水式核反應器（VVER ）機組6-21。第一部大型高功率通道式反應器（High-Power Channel Reactor，RBMK）6-22，在1973年於列寧格勒附近完工發電。 VVER 機組也在1973年出現440 MWe新設計，之後再以1000 MWe之設計成為標準設計。

世界上第一部商業原型快中子滋生式反應器（BN-350）機組6-23，於 1972年在哈薩克完工發電，生產120 MWe 電力並利用餘熱以淡化海水。全世界對快中子滋生式反應器都曾有一番深切的期待，從 1959年起，美國，英國，日本，徳國，法國和俄羅斯都有不少實驗性快中子滋生式反應器機組登上核能發電舞台，尤以法國最為積極，現則僅剩俄羅斯的BN -600 在繼續運轉中。

 

6、核能發電的黯淡期

1973年當年，全世界商用核能發電機組訂單超過100部，單只在美國就有41部[22]，攀登最高峰，盛況空前。但是，好景由來不長久。1960年代末至1970年代初，有多項裁減核子武器的國際協議成立，且核能發電技術亦已漸趨成熟，自1942年以來持續維持著大規模、最優先、且網羅大量第一流人才的核能技術，長久以來其龐大之相關研發需求突然消失，原以研發為主的組織、機構、及相關研究人員，為求生存紛紛設想各種可能的核子事故狀況，力求繼續爭取充裕的研發預算以維持生存，導致國會議員及協助審查預算的相關科學家，常因頻頻接觸這些聳人聽聞的假想事故，因而首先發難，質疑核能是否真的如此不安全。質疑的重點逐漸擴大，並包括：核子事故、核能安全、核子擴散、核能電廠興建成本節節昇高、恐怖主義者攻擊、和放射性廢棄物之處置等[23]。

在70年代初，德國興建中的核能電廠威爾6-24（Wyhl）來了大規模的抗議群眾集結，甚至於就在工地大門口埋鍋造飯，該工程被迫於1975年取消。此舉大大的激勵了其他地區的核能電廠反對運動者，70年代中，歐洲和北美反核運動風起雲湧，超越了地區性的抗議模式，成為政治人物取得吸引力和影響力的捷徑，儘管它缺乏一個協調組織，而且亦無統一的目標，但該運動已獲得了社會上廣泛的關注6-25。1975至1979年間，世界各地大規模的反核示威運動，如怒濤洶湧此起彼落，較突出的有：法國、西德、瑞士、及美國，動輒發動數十萬人參加，包括當時的加州州長布朗（Jerry Brown）亦曾參加 1979在華盛頓特區舉行的反核遊行示威和集會。依Lutz Mez等人所著，於2009年出版「國際能源政策和核能發電角色之展望，International Perspectives of Energy Policy and the Role  of Nuclear Power 」一書，全世界的反核運動基本上並無具核能專業知識和能源問題之專家參與，顯然並無紮實的立論基礎，卻能造成如此風潮，已成為近年來政治和社會學的新興研究主題。         

圖8、上圖：全世界核能發電歷年裝置容量及實現之（Realized）發電容量，

下圖：全世界各年度實際運轉中及興建中核能電廠總數。

（資料來源：國際原子能總署，IAEA）

1979年發生了三哩島（Three Mile Island，TMI）事故，以及1986年的車諾堡（Chernobyl ）災難，使得許多反應器的訂單被迫取消，部份已興建中的電廠被迫停工，全世界總數合計超過150部，並有許多國家停止新電廠的興建計畫，請見圖8。雖然公眾政策組織布魯金斯學院（Brookings Institution）認為，美國沒有新的核能機組訂單，是由於電力需求疲軟、核能電廠的執照及管制措施出了問題，以致建廠成本大幅超支、以及建造工程進度普遍延宕等因素所致6-26。事實上，車諾堡災難引發核能電廠對大眾健康和安全影響的顧慮，應是最關鍵性因素之一，車諾堡災難發生之後， 1987年義大利公民投票表決通過，反對所有的核能發電6-27。

7、核能發電榮耀再現

若非2011年日本福島事件，核能發電工業之中興大業已然在望，2009年7月，義大利國會通過了一項法律，取消了先前的全民公投投票結果，並允許立即開始重啟義大利的核能發電計劃，一位義大利部長甚至公開指稱，1987年公民投票表決通過反對所有的核能發電是一項可怕的錯誤（Terrible Mistake）[24]。但福島事故後，義大利於2011年6月13日，再次公民投票以過半數否決核能發電6-28。

1996年11月，全世界第一部第三代反應器（Generation III），1350 MWe的進步型沸水式反應器（ABWR），柏崎刈羽核能發電廠第六號機，在日本正式宣佈商轉，這是一個核能發電復甦到來的先行指標，催生者池龜亮（Ikegami）常被尊稱為日本核能發電之父。民國79年底我國朝野正為龍門電廠興建與否大動口舌之際，池龜先生率領日本代表團，趁參加第五屆中日核能安全會議之便，前來打氣[25]。並捎來採用同型機組優惠方案的信息，可惜池龜先生在我國名氣不大，並未引起共鳴。

ABWR於1975年開始由東京電力公司發起，聯合日本多家電力公司及廠家共同出資，並與美國奇異公司合作開發，經耗時20年而成。現在日本已有四部機組成功商轉中，另有二部機組興建中，我國龍門電廠亦有二部機組正興建中。

進入新世紀有下面三個因素結合起來，使得核能發電前景的全面性恢復甚受期待：首先是全球電力需求的快速增加，尤其是在迅速發展中的國家，如中國、印度、巴西、和俄羅斯。其次是能源資源有限，各國都已體認到能源供應安全的重要性。第三是由於全球持續暖化的問題必須儘速解決，因此二氧化碳的排放量必須要予以限制。依據世界核能協會（World Nuclear Association ，WNA）2011年元月27日更新之資料庫，目前全世界核能市場上共有11種機型，可供核能發電業者揀選，包括：輕水式 8種， 重水式 2種， 氣冷式1種。其中ABWR、EPR、及AP-1000三種機型已有機組在運轉中或在興建中，較被看好6-29。

由於中國、印度、俄羅斯、和韓國的大規模興建計畫，尤其是中國計劃在2020年將核能發電容量提升六倍，印度也有野心勃勃的核能擴張計畫，因此歐洲和北美洲所提的許多相對較零星之興建計畫變成微不足道，此外，新的設計大部分均具備模組化施工之能力，可加快建廠速度。

核子科學的歷史由歐洲開始，英國和美國以堅苦卓絕的精神及厚實的工業技術實力為基礎讓它開花結果，中間雖然苦撐了三十幾年的黯淡歲月，現似有一個新的跳躍式的成長即將在東亞再現；現由於福島事故的突然發生，是否成為核子科學最後的沉重一擊，以致於從此一蹶不振甚或走入歷史，或者是在經歷了一連串焠煉，成就完美結晶的最後一道冶煉過程，仍有待觀察。大多數人持悲觀看法，筆者則是極為樂觀的，詳細的分析與評估將於本文後篇說明。最近的一份研究報告，由全世界第二大，市佔率16%，加拿大Cameco鈾礦公司，於2011年5月所做的預估，至2020年全世界將增加約90部核能機組，比福島事故前的預測稍減約10%，變化不大6-30，與筆者看法接近。

 

---

 

---

< 上一則

下一則 >