周松霖摘釋
中興工程顧問公司
簡介
日本原子力發電公司（JAPC）的Tokai-1氣冷式反應器核能電廠為日本第一座商用的核能電廠，電廠在1966年開始商業運轉，並在1998年終止運轉。終止運轉不久後，用過核子燃料元件就被移出反應器爐心並送往再處理廠，這些卸除核子燃料的工作於2001年6月完成。在向有關主管機關提出除役計畫後，JAPC於2001年12月開始進行Tokai-1核能電廠的除役工作。這是日本第一個商業運轉核能電廠的除役案例，整個計畫預期將花費17年的時間，最初的10年，反應器廠房將執行安全貯存。
Tokai-1核能電廠除役在做為安全且經濟的完成商用核能電廠除役工作的示範上，及為未來日本輕水式反應器核能電廠除役工作關鍵技術的建立上，扮演著重要的角色。
依據新修訂的核能管制規範，新的除役規範在2005年12月發布施行，JAPC依據新頒規範提出除役計畫並於2006年6月獲得核准。
國家方針
日本原子力委員會（AEC）於2000年11月發表“核能研究、發展及利用的長期計畫”聲明，類似像商用核能電廠、試驗和研究反應器及核子燃料循環廠等核子設施，在其功能終止後，應由設施經營者負起執行除役作業的責任。這份聲明也指出，商用核能電廠除役完成後的土地將作為未來興建核能發電設施的廠址。
日本通商產業省（MITI，現已改制為經濟產業省，METI）於1985年6月對商用核能電廠提出如下標準除役流程的建議；核能電廠永久停止運轉及移除核子燃料後的除役流程應分為三個階段，分別為：主要系統除污階段、安全貯存階段及拆除階段。標準流程也建議進行5~10年的安全貯存以降低工作人員曝露劑量到適當的水準。在標準流程的規劃裡，經過5~10年的安全貯存期，除役作業人員的曝露劑量可降低到和運轉階段的操作及維護人員同一等級。同時，因為可做為興建核能電廠的用地在日本相當有限，短期的安全貯存也有利於包含核能電廠重建在內的廠址未來再利用。由公眾接受度的觀點來看，關閉後的核能電廠持續留存對當地民眾來說是難以接受的。再者，長時間的安全貯存也會造成熟悉電廠建築結構且具豐富經驗可自行拆廠的既有工作人員流失。
Tokai-1核能電廠概述
Tokai-1核能電廠為發電量166MWe的氣冷式反應器核能電廠，是日本用於展示及發展核能發電的第一座商用核能電廠。Tokai-1核能電廠設計使用天然鈾元素和鎂合金燃料元件、石墨緩和劑和二氧化碳冷卻劑。Tokai-1核能電廠的設計與建造遵依嚴格的日本地震防範設計準則，因而引入了石墨緩和劑塊體接合技術。
Tokai-1核能電廠座落於東京都東北方約130公里的茨城縣東海村（Tokai），面對太平洋。Tokai核能電廠設有圓型的反應器壓力槽（直徑18公尺），4 個蒸氣調節槽產生的蒸氣被送往2部渦輪發電機，汽機廠房則設在管制區外。運轉時，燃料元件藉由反應器頂端的裝填設備裝填燃料，包括1台備用的設備在內，裝填設備有2台。使用過的燃料元件在移除石墨套筒後會被移至燃料冷卻池。Tokai-1核能電廠共運轉31年8個月，累積發電量為290億度電，平均可用率為77.5％，而平均容量因素為62.9％，不曾發生嚴重的意外或事故。
然而，Tokai-1是日本唯一的氣冷式核能電廠，也是最老的商用核能電廠，產生每度電所需的費用較一般水冷式反應器高出許多。因此，由於經濟上的考量，JAPC決定在1998年3月永久的關閉Tokai-1核能電廠。
Tokai-1核能電廠的除役計畫
JAPC對Tokai-1核能電廠的除役計劃的策略為電廠的拆除作業將連續進行，最終，Tokai-1核能電廠的用地將供未來興建核能發電設施應用。
長達17年的除役計畫包含反應器及生物屏蔽的反應器廠房將在安全的條件下封存10年以降低放射性。曝露劑量的分析顯示，經過10年的安全封存降低放射性後，除役作業人員的曝露劑量可降低至和電廠運轉時期工作人員的曝露劑量同樣水平。
在10年的安全封存期間，反應器廠房外的一般設施將被移除，以挪出空間，供做廢棄物處理場及運送路徑。
實際的除役作業
為了執行安全封存，已關閉所有連接到反應器的主要迴路閥，以隔離反應器廠房，此外，主要進氣閥、主要進氣旁通閥、破損燃料偵測器取樣閥及脈衝空氣閥也會關閉。包括反應器、生物屏蔽、生物屏蔽氣體管道等的安全貯存區具有相對較高放射性，其放射性預期會在安全封存一段期間後下降。反應器爐心的氣體壓力維持和大氣壓力相同，除了內部核心的取樣作業外，安全貯存區將一直保持隔離。
安全封存作業完成後，JAPC開始進行第一階段的除役作業。在2002年的除污及燃料冷卻池池水抽除作業期間，完成用過核子燃料格架等水下設備的除污、切割並以鋼製容器封存。其後，配合燃料冷卻池的牆面除污作業，將冷卻池池水完全抽乾。同時，為了準備進行除役作業，電力供應系統、輔助冷卻水系統、飼水設備或消防設備皆已修改完成，以配合除役作業使用。
2003年，燃料冷卻池的除污及電力供應系統的修改皆已完成。汽機廠房的設備，例如汽渦輪機、發電機、冷凝機管路及飼水設備等，亦已移除。
2004年，為了確保燃料填充設備移除工作的運送安全，緊急柴油發電機和反應器廠房內的飼水管線皆完成移除。反應器廠房外牆的管線亦移除完成。JAPC也開始移除包括破損燃料偵測器、反應器冷卻劑乾燥設備、緊急二氧化碳槽等的燃料裝卸廠房設備，同年，燃料填充設備也完成移除。
2005年則進行燃料裝卸廠房及蒸氣調節槽週邊設備的拆除工作。
反應器廠房正面的設備將被移除以挪出空間做為廢棄物運送通道，並為將來第三階段的反應器結構拆除作業確保足夠的作業空間。蒸氣調節槽（750 ton × 4）和安全封存區外的主要氣體管路都將在2006～2011年間被拆除。
除污廠將設立在管制區內，而於2008～2010年在燃料裝卸廠房和燃料冷卻池設置放射性廢棄物前處理設施。
未來計畫
反應器結構將全部被拆除，反應器廠房和各樣建築物將在經過放射性檢查後拆除。除役計畫將在所有放射性廢棄物被移出廠外後宣告完成，其後該地將被整平至地表面高度。反應器拆除流程係以內側及高放射性的部分應比外部及低放射性的部分先拆除為原則，因此，其拆除先後次序如次：移除反應器內部組件及石墨屏障→拆除反應器壓力槽和內部設施→拆除生物屏障→拆除空調系統→拆除廢棄物處理設施→釋出放射性管制地區。這個流程的好處在於利用現存的建築物空間當作管制及屏障，以防止放射性物質釋出和降低工作人員曝露劑量。遙控作業技術（抓取、切割、包裝、監測等..）將應用於反應器拆除作業，廠址用地在除役作業完成後將持續監管，列入Tokai-2核能電廠（1000MWe，沸水式反應器）的管制區。
除役管制規範的修正
核能管制規範的修正是著眼於使除役管制規範在科學上更為合理、透明，且更適合除役的階段作業，新的除役管制規範在2005年12月頒布施行，主要的修正項目如下：
(1) 替代之前的拆除作業通報，除役計畫的申請及核准改為必要的程序。
(2) 反應器停止運轉後，除役作業需在所有用過核子燃料移出反應器爐心後才可開始進行。
(3) 用過核子燃料移出廠房後，主管機關免除對電廠的定期檢查及24小時的監測。
(4) 整個除役計畫在執行前須先通過METI核准。Tokai核能電廠的案子因除役計畫在規範修正前就已開始執行，本項修正自蒸氣調節槽的拆除階段開始生效適用。依先前的管制規範要求，除役作業必須各階段提出較詳細計畫逐一取得METI核准。
廢棄物處理與處置
除了用過核子燃料再處理所產生的廢棄物之外，Tokai-1核能電廠除役作業產生的所有放射性廢棄物在日本都歸類為低放射性廢棄物。而低放射性廢棄物又可由處置的觀點分成三個等級，即相對較高放射性、相對較低放射性與極低放射性。
Tokai-1核能電廠除役作業所產生的放射性廢棄物和清潔廢棄物，包括留存的運轉放射性廢棄物在內，約達67,900噸，其中包含40,200噸的清潔廢棄物。除役作業所產生的非放射性廢棄物則約為128,700噸。
放射性廢棄物將被送到預期會在2010年底設置的廢棄物處理廠進行處理，放射性廢棄物經過處理後（除污、分割、熔融、焚化、壓縮）封裝入容器內，最終將依照個別的放射性強度送往掩埋場進行處置。
除役最初十年產生的廢棄物量較少，在反應器廠房開始拆除前，廢棄物被貯存在Tokai核能電廠現有的貯存設施裡。掩埋處置場預期將在反應器廠房開始拆除前開始興建，反應器廠房的拆除作業將產生大量的廢棄物。
清潔標準制定
日本的能源諮詢委員會、核能安全諮詢委員會及原子力安全委員會都推薦採用國際原子能總署（IAEA）制訂的RS-G-1.7規範做為日本的清潔標準，核能規範的修正案已於2005年5月完成立法程序及公告，並於當年12月正式施行。
主管機關核准清潔廢棄物的程序分為兩個步驟。先由執行機關提出量測方法與判定標準（M&J）給METI審核。待METI審核通過後，執行機關使用M&J並在解除管制前將量測結果的數據送交METI確認。原子力安全基盤機構（獨立行政法人，JNES）協助METI確認數據的正確性。
建立可信的M&J方法是必需的，但在經濟的角度上，避免過多的細節及繁瑣的做法也是相當重要的。
考量所有因素後，JAPC在2006年6月就2,000噸除役產生的廢棄金屬提出第一次M&J申請，並在經METI審查後於9月獲得核准。在JAPC取得M&J的核准後，量測作業隨即按照核准的程序開始進行。JAPC因箱型的量測設備能大量進行量測作業而採用其作為主要的量測設備，2007年4月為最初的107噸金屬提出第一次的M&J結果審核申請。在METI確認M&J結果後，JAPC開始釋出清潔廢棄物。2007年6月，一些金屬清潔廢棄物被送至鑄造廠，成為日本第一次獲得核准的清潔廢棄物。這些金屬將被鑄造成擋板並由核能設施回收使用。JAPC計畫將回收金屬用做為擋板、磚狀物、桌腳或椅腳、鋼棒等，最終的目標是開放自由使用。然而，為贏得民眾的接受，採行階段性的方法是必須的，電氣事業聯合會（FEPC）承諾清潔廢棄物第一步將應用於核能及電力設施內，未來以開放自由使用為目標，將經資訊透明化的方式持續改善回收控制的成果。
除役費用
由2004年起算，Tokai-1核能電廠除役計畫的總費用約740百萬美元。其中，290百萬美元為拆除費用而450百萬美元則為放射性廢棄物處理及處置費用。
就節省除役作業費用來說，減少放射性廢棄物體積及降低處置場的興建運轉費用是相當重要的。
結論
當所有的用過核子燃料元件都已從廠內移出後，除役中電廠的安全等級高於運轉期間。雖然沒有用過核子燃料元件留存在除役中電廠內，但採行安全措施以維持除役作業各階段適當的安全性仍是必要的。另一方面，由於電廠不再發電，拆除電廠的費用應力求降低。
為了建立和示範除役技術，JPAC將以安全第一的方式，在適當的安全要求、廢棄物管制及降低費用的前提下，持續執行為期17年的除役計畫。
