劉東山（行政院原子能委員會）

 

一如水壩、橋樑、汽車或其他工業，核能電廠的設計也有它一定的壽命期，早期估計約30-40年，視運轉情況及保養維護的良窳而有所增減；因此，早期(70年代初期以前)設置的核能電廠，很多正面臨或已到達到使用年限而功成身退，部分並已展開除役(decommissioning)的工作。各國已停止使用之核反應器資料詳列於表12-1。雖然近年來，國際上有越來越多的電廠，因整體狀況尚佳且基於經濟考量，已獲其安全主管機關同意延長壽命(多為20年)，但終究必須除役。台電公司所屬的核能一廠係自1978年商轉，原本亦接近除役年限，但一如國際上其他電力公司，也提出延壽申請，刻正由行政院原子能委員會審核中。

核設施除役是一項複雜的系統工程，絕不是單純的拆除活動而已，其難度和複雜性不亞於原設施新建工程，除役實施的決策考量因素，會涉及政策、安全、財政、技術及社會環境與經濟各面相之問題，且因素間相互關聯，故需事先妥善的規劃。使廠址得以無限制再利用並終止執照，為大多數除役案例執行之目標。本文將就除役作業階段與方案、技術、廢棄物料管理、經費及作業規劃等加以介紹。

一、除役的階段與方案

(一) 階段

除役大致上可分成準備及執行兩階段。業者在準備階段的主要工作為擬定除役策略，研提除役初步計畫，並充分掌握全廠的輻射特性；到了執行階段則應提出最終的初步計畫，並取得核能主管機關的除役許可。雖然IAEA已不再為先前報告中提出的除役實施之三階段背書[2]，但從廠房機件的物理條件與所需測試及稽查管制的程度來看，原先的階段劃分，有助於讓讀者大概了解除役工作的全貌[3]。不過，每一實施階段的期限可長可短，端視各自個別狀況而定。

1. 階段一

除役的第一個步驟當然是停止反應爐，令系統冷卻並減壓、移除所有燃料棒。在這階段，原則上反應爐壓力槽仍淮持現狀，但是所有機件開口部份(閥門、活栓等)則給予永久堵塞或封死。圍阻體廠房亦維持原狀，廠房內壓力則給予適當調節進出圍阻體通道仍須嚴予監督管制；此外，電廠裡外的所有機件也盡量保持在良好操作條件下，並定期巡視。確保反應爐壓力槽及圍阻體廠房無流體洩漏是此階段的首要任務之一。

2. 階段二

本階段的主要工作項目之一是，拆除連接於反應爐壓力槽的所有管線、機件，減少槽體的尺寸，再將其緊密包封；同時，如狀況需要也可考慮延伸生物屏蔽(biological shield)俾便完全包圍住壓力槽。另一個重要工作是進行除污(decontamination)，因此如經評估認為已無輻射安全上的顧慮，則可變更或拆除圍阻體廠房或通風系統等，此時非放射性的廠房及機件應可轉換成別種用途。在這段期間，壓力槽體的監測應可稍為放鬆，但是定期的重點稽查仍不能免，同時廠房內外的環境偵測仍應持續進行。

3. 階段三

到了除役未期，縱使部份材料、機器配件等仍有相當高的放射性強度也應全部拆除搬走。所有遺留下來的東西必須都是無放射性污染者，因為基本上從此以後，廠房及廠址應該是可以無限制的再使用。.

(二) 方案

從1990年代以來，國際間已累積不少核能設施(電廠、燃料工廠、研究用反應爐等等)除役方面的實戰經驗，尤其美國、德國在大型核能電廠方面(大於100 MWe)的經驗更為珍貴[4]。因主客觀條件的變化，除役策略當然可以修正或調整，但基本上仍脫不出以下三個除役策略(strategies)或方案(alternatives) [5]：

1. 立即拆除(immediate dismantlement)

    即在核能電廠永久停爐後短時間內(通常兩年內)把電廠及廠址中的放射性物質或已遭污染的物件移走。這種方案雖然必須付出教較高昂的工作輻射曝露為代價，但可以在短期間內再使用現有廠址，並解除管制(regulatory control)。

2. 延後拆除(deferred dismantling)

    後核能電廠停爐後先封閉(enclosure)或安全貯存一段時間後再拆除。鈷-60算得上是放射性污染中存量最多的一種核種，由於其半衰期不長因此如能在停爐後先封閉一段時間(比方說50年)，則因鈷-60導致的輻射暴露即可降低到原來的1/500；基本上封存一段期間，從輻射防護的觀點看，對某些拆除工作的進行會較簡單些。

3. 固封(entombment)

    把放射性物質或物體封存在原先強固耐久的結構體中，直到放射性已衰變到可以使該處無限制使用的地步。這種選擇算得上是一種就地的近地表處置。

 

除役策略選擇考慮的因子繁多，主要包括：

l               基金籌措情形

l               低放射性廢棄物是否有去處(有無貯存或處置設施)?

l               場址上其他設施之現狀

l               用過核燃料後續管理安排

l               場址再使用規劃

l               相關的技術及經驗

l               社會經濟及環境面相之問題考量

l               ………

三種策略事實上均各自有其優缺點，但從既有儀器設備支援度、人力熟悉度、場址再使用、縮短監測與監視期間、及避免未來的不確定性等考量，「立即拆除」明顯為目前國際上較被偏好的策略選擇，但仍可保有相當的彈性組合，以反映個別情況差異[2]。表12-2 說明不同方案將影響除役作業的估算[6]，供讀者參考。

表12-2 美國一座 PWR電廠採不同除役方案的估算結果[6]
	立即拆除	延後25年拆除	延後60年拆除
成本(百萬美元，1993年幣值)	197	250	293
低放射性廢棄物体積(立方呎)	313,000	313000	149000
職業輻射曝露(人-侖目)	591	245	233
民眾輻射曝露(人-侖目)	4.8	4.8	2.2

依照行政院原子能委員會民國 92 年8月公布之「核子反應器設施管制法」第23條[7]及核子反應器設施管制法施行細則第16條[8]有關規定，核能反應器設施之除役，經營者於運轉執照有效期間內，因故不繼續運轉時，應於永久停止運轉後三年內，提出除役計畫，向主管機關提出申請，經審核合於下列規定，發給除役許可後，始得為之：

l         除役作業足以保障公眾之健康安全。

l         對環境保護及生態保育之影響合於相關法令之規定。

l         輻射防護作業及放射性物料管理合於相關法令之規定。

l         申請人之技術與管理能力及財務基礎等足以勝任除役之執行。

經營者於於取得主管機關核發之除役許可後二十五年內完成。拆除或移出之放射性污染設備、結構或物質，應貯存於主管機關核准之設施。

二、除役技術

核子反應器及其他被放射性污染設備的拆除，免不了須將金屬物件如反應器槽體、收集容器、管路及其他組件等加以切割，俾便拆除作業或除污工作的進行；同樣的，很多混凝土結構體亦須予破壞、分解，以利後續除污或貯存工作的進行。除役基本上必須整合如圖12-1所示的專業領域的技術，這些技術多數在核設施運轉時即被應用，技術本身多已發展相當純熟，且仍持續在改進中。限於篇幅，本節中僅對拆除及除污技術部分作介紹，有興趣的讀者可逕參閱相關文獻。

圖 12-1 核能設施除役作業相關技術領域[9]

(一) 拆除技術

選擇拆除技術或方法時，應將下列項目納入評估[10]：

l     切割速度

選擇切割速度快之拆除方法，可減少工作人員工作時間，降低輻射曝露。

l     保養頻率

       內部須保養零件數目少、故障率低、操作簡單之設備，可減少工作時間，降低輻射曝露。

l     灰塵散發

       拆除過程常常會產生空浮，而造成輻射污染擴散，應抽送至HVAC過濾系統，部分方法因為有冷卻裝置，則可減少空浮產生。

l     產生二次廢棄物

       需考量是否會產生二次廢棄物，包括切削、冷卻水、碎石等，同時須考量廢棄物的減量；

l     噪音產生

       拆除切割許多會產生高噪音，是否在不影響操作上配戴防護裝備，拆除現場周圍加裝隔音設備，須評估對除役現場人員及環境周圍之影響。

l     工作人員操作之安全性

       對於拆除一些高放射性設施，以遙控操作取代手動操作將可避免輻射曝露；部分方法會產生火花，則須進行火災風險評估；切割會產生很多碎物、灰塵、煙霧、微粒、煙燻等，作業人員須特別注意防護，以免吸進核種，而整個工作場所宜做適當的包封以防止污染擴散。 

1. 混凝土拆除術

    混凝土結構原不具放射性，惟隨著核電廠的運轉，生物屏蔽及反應爐壓力槽支撐架或基座等混凝土會因爐心中子束的洩漏、活化而具放射性，同時因安全考量(如耐地震)，所使用的鋼筋混凝土不是很厚(厚可高達3米)，就是用含金屬骨材者(因此密度可達4000-5210kg/m³)，再加上有些區域原本輻射劑量就很高，故拆除工作最為困難。核電廠內其他廠房也可能因放射性廢液之洩漏而被污染，然而混凝土因具孔隙，純以非破壞性技術根本無法完全去除其表面污染，故除役時破壞混凝土有時係不得不然；其他非具放射性的混凝土體，雖無輻射暴露之虞，但拆除時產生的廢混凝土數量亦甚龐大，均應事先規劃評估。

    混凝土的拆除技術繁多，適用的結構物厚度也有所不同，由於技術本身的特性，有些並不適用於拆除被放射性污染的混凝土，費用高低當然也不一樣，表12-3彙集常用的技術及其特性，至各種拆除技術之詳細說明與操作限制，請逕自閱讀參考文獻[6, 10-12]。

表12-3 混凝土拆除技術及其特性[6]
拆除技術	切割速度	液體 廢棄物	固體 廢棄物	大概 成本	包封 ?	HEPA 通風?	最大切割厚度
鑽石索具 Diamond Wire	7-9 呎/時	3-5 加侖/分	物料 殘渣	300美元 /時租金	No	No	不限
水柱噴射 Water Jet	5 呎2/時	1.4 加侖/分	物料 殘渣	174,000 美元/單位	No	No	不限
控制爆破 Controlled blasting	立即	無	無	變動的	Yes	Yes	6吋
Bristar破壞粉	3-20時	無	無	210美元/44磅	No	No	12吋
火焰切割 Flame Cutting	10 呎/時	無	無	200美元 +油氣費	Yes	Yes	60吋
熱矛切割 Thermic Lance	1吋直徑x 12吋深/分	無	無	75美元 /單位	Yes	Yes	12吋
岩石分裂 Rock Splitter	10 分/洞	無	有	5000美元/單位	Yes	Yes	不限
各式鋸切 Various Sawing	150 吋/分	有	有	700-1500 美元/單位	Yes	Yes	1/3葉片直徑
液壓鏟錘 Backhoe-Mounted Ram	600錘/分	無	有	--	Yes	Yes	25吋

2. 金屬拆除術

    拆除或分解金屬管線、槽體或組件是另一項主要的除役工作。反應爐系統的管線主要由碳鋼或不銹鋼製成，前者製成的管線直徑可能大到190公分、壁厚達15公分；而後者製成的管徑通常較小、管壁也較薄。碳鋼或不銹鋼所製成的槽體也有各種形狀及尺寸(可大到直徑15公尺)，其他如英高鎳(inconel)合金或鈦金屬也常用於須特別耐腐蝕的機件管線上。由於金屬管線、槽體等係直接與放射性廢液或廢氣接觸，故因核種沈積或直接活化，所含的放射性強度遠較混凝土結構物高。可用來拆除或分解金屬物件的技術與特性彙整於表12-4，詳細的技術說明及限制條件，請參閱文獻[6,10-12]。

表12-4 金屬物件切害技術及其特性[6]
拆除技術	最大切割 厚度(1)	二  次 廢棄物	切割 速度	刀痕 寬度	特殊 應用	操作模式(2)
高溫電漿弧炬 Plasma Arc Torch	36”(M) 72”(P)	浮渣、微粒 煙薰	快	12mm	熱屏蔽	P,R,S
純氧燃燒 Oxygen Burning	36”(M) 72”(P)	浮渣、微粒煙薰	快	2mm	管 板	P,R,S
熱矛切割 Thermic Lance	36”(M) 72”(P)	浮渣、微粒 煙薰	快	6mm	管 板	H
爆炸切割 Explosive Cutting	36”(M) 72”(P)	煙霧、灰塵 碎石	快	N/A	風管	R
弓型鉅及截斷鉅 Hacksaw & Guillotine Saw	24”(P)	切削、灰塵	中	6mm	管	H,P,S
圓管式切割機 Circular Cutter	3”(M) 72”(P)	切削、灰塵	中	6mm	熱屏蔽	H,R
砂輪切割機 Abrasive Cutter	All(M) 2.5”(P)	細微粒	極快	2-4mm	管 板	H,S
電弧鉅 Arc Saw	36”(M) 72”(P)	浮渣、微粒煙薰	快	12mm	反應器 內部	R,S
機械剪(Mechanical Nibbler)	36”(M)	灰塵	中	4mm	槽	H,P
水壓剪 Hydraulic Shears	2.5”(M) 2.5”(P)	無	快	變動的	管 細管	H,P
帶鋸(Band Saws)	72”(P)	切削	中	6mm	板、格架	H,R
交換鋸 Reciprocating Saws	36”(M) 72”(P)	切削	中	2mm	管 過濾器	H,P
雷射切割 Laser Cutting	36”(M) 72”(P)	浮渣、微粒煙薰	快	變動的	管	R
斷線鉗 (Bolt Cutter)	2.5”(P)	無	快	變動的	細管	H,P
註：(1) (M)=金屬厚度 (P)管件直徑； (2) P=可攜式 H=手持式 R=遙控式 S=固定式

(二) 除污技術

除污(decontamination)決策與程序，在核設施除役扮演重要角色，其立即目標即降低或減少職業及公眾輻射曝露，隔離物質表面或表面下的污染，使廢棄物管理或處置能經濟有效率；除污之中期目標如下[13]：

l 移除鬆散污染並固定殘留的污染

l 減少剩餘需防護貯存的污染

l 設備、材料儘可能做最大的回收再利用

l 減少放射性廢棄物貯存體積(減廢、減容)

l 以最少限制及可接受的形式，如運送、貯存等隔離廢棄物

l 減少需防護貯存或長期監控之期間

進行除污工程評估時，應弄清楚下列問題：

l 為何此組件需被除污？

l 此組件能否無條件外釋？

l 此組件能被直接處置？

l 需要何種處置之場所？

l 處置場所可接受之輻射劑量及污染程度為何？

l 除污費用符合成本效益嗎？

l 應使用何種除污方法？

l 以前此場所曾經除污此種組件或部份組件？

l 產生之二次廢棄物為何？

l 產生之二次廢棄物有輻射傷害嗎？

市面上可供使用的除污技術很多，包括清洗、加熱、化學或電化學、機械清理等等，有興趣者，請逕自閱讀參考文獻[6, 10-15]。但從操作層面看，應考慮因素如下：

l 出現的核種及其物理狀態，

l 受污染之物質及表面形式，

l 受污染表面之大小、組態及位置及與其它表面之關係，

l 受污染區域之可接近性，

l 期望受污染表面在除污完成時之情形，

l 期望除污達到之程度，

l 在表面除污後需保有之功能特性，

l 可用於除污之設備及物質，包括目前在場區及在他處而可用者，

l 工作人員安全及輻射劑量降至最少，

l 經濟有效之替代方案，包括處置、替換或除污、再利用等之有關費用，

l 將產生之廢棄物數量、性質及其處置費用，包括由除污溶劑所產生之二次廢棄物，

l 人力資源及訓練需求。

三、廢棄物料管理

除役一座核能電廠將產生數量龐大的廢棄物，其數量及性質與所採取的策略、拆除及除污技術、物料回收標準有關(參考表12-1)。圖 12-2為一座典型核電廠除役物料重量流向，顯然最大宗的是廢混凝土塊與金屬。德國經驗顯示[16]，廢混凝土塊中95%以上為受極低微或根本未受放射性污染的，亦即經簡單除污後，絕大多數的廢混凝土均可傾到於一般的垃圾場，或回收作為路基，甚至再作為骨材；廢金屬約50％經適當處理或除污後可再回收使用。OECD/NEA報告建議，因金屬物料價值高，輕微污染金屬之再利用，得採用下列四途徑進行[17]：

l 極輕微表面污染金屬經除汙或驗証後再利用或熔煉。

l 以熔鑄除污及驗証後送商業精煉製成產品。

l 以熔鑄除污後尚有輕微Co-60 等同位素存在時，再利用對須指定特殊用途如橋樑鋼架等。

l 限制在核能工業使用。

圖 12-2 典型核電廠除役物料重量流向[17]

任何自核設施外釋的物料，均必須通過一個嚴謹的程序，包括有多道品保把關。這些程序須由主管單位及其獨立專家所監督，圖12-3為電廠組件拆除時，物料全程之清潔程序。至解除管制之清潔(clearance)標準，請參閱原能會網頁[26]。

除役產生的需特別留意的係那些從管制區內移出的放射性廢棄物(一次廢棄物)，與除役過程產生的二次放射性廢棄物(如去污廢液處理產生的廢棄物)。這一部份廢棄物的管理一如正常核能電廠運轉產生的放射性廢棄物，需加以處理(調理、脫水或固化等)、貯存並運送處置。除役作業而產生的放射性廢棄物數量不少，在規劃處置場之容量需求時應予考慮進去。

圖12-3拆除物料之參考清潔程序[17 ]

為一般性的比較，IAEA特依據有限的案例，推估除役一座裝置容量1,000MWe的輕水式核能電廠，約產生5,000-6,000公噸的中低放射性廢棄物，及約1000公噸的長半衰期中低放射性與高放射性廢棄物[18]。沸水式電廠因汙染範圍較壓水式大，除役產生的中低放射性廢棄物數量稍；而氣冷式核能電廠，因受照射的金屬及混凝土更多，再加上廢石墨量，除役所產生的放射性廢棄物總量，一般而言，會多出一個數量級(order of magnitude)[4]。

四、除役費用

從1990年代中期起，IAEA、OECD/NEA及歐盟分別成立工作小組，針對核能設施除役的成本進行廣泛研究，為便於相互的比較與參考，三個組織同意發展出標準化的除役成本目錄，成本目錄包括以下主要的元素(elements)[20]：

1. 除役前工作
2. 設施停止運轉之動作
3. 一般機件及物料之採購
4. 拆解
5. 廢棄物處理貯存與處置
6. 場址保安監視與維護
7. 場址復原、清理、景觀恢復(landscaping)
8. 計畫管理工程及場址支援
9. 特殊技術之研發
10. 核子燃料及物料之管理
11. 其他

依據OECD/NEA之研究[21]，核能電廠平均除役成本如表12-5 所示。注意，此成本僅供參考，因為成本結構中的每一元素可能變動極大，而各國國情原本就有差異，所以各國仍應以其自己之條件、狀況去詳細估算成本才可靠。一般而言，沸水式核能電廠的除役成本會稍高於壓水式核能電廠，而氣冷式則高出前兩者許多。OECD/NEA進一步將主要成本元素佔除役總成本之比重作成圖(圖12-4 )，供大家參考。值得一提的是，其中「廢棄物管理」一項之成本變動範圍最大，其主要原因係受有無處置場之影響，此一事實使吾人不得不再次強調：廢棄物管理在核設施除役規劃上所佔有之重要角色。

表12-5  核能電廠平均除役成本[21]
反應爐型式	成本 (美元/KWe) (2001 年幣值)
PWR	320
PHWR	360
BWR	420
GCR	＞2,500

誠如前面所述，核能電廠除役需一筆龐大的資金以為支應，早期的核能設施在建造時並未想到這一塊，但之後各國均已陸續籌措此筆經費，此筆經費有些是由電力公司保管(如德國、法國)，有些則由政府另成立委員會管理(如芬蘭、瑞典、美國等)[22]。對於因故被迫提早停機關廠，致所徵收的除役基金不足的案例國際上也不少，已造成核能界之困擾與其政府之財政負擔。在台灣，除役費用係由核能發電後端基金(backend fund)--由核電廠發出的每度電，出售後提撥某一比例的金錢組成的基金--來支應，經濟部特成立「核能發電後端營運基金管理會」負責管理[23]，故財源上應無問題，惟仍應定期(比方每5年)重算成本，以確保將來有經費可用。

圖12-4 主要成本元素佔除役總成本之比重[21]

五、除役作業之規劃

除役作業之初期規劃最好在設施仍在運轉時即著手進行，並定期(比方每5年)給予修定，俾建立更完整的基礎數據(baseline data)，並使人員維持在熟悉的狀態。對新的設施而言，如能在其設計階段，即將除役需求加以考慮，對往後的除役作業必然大有幫助，也能大幅降低產生的放射性或非放射性的廢棄物。國際上普遍的要求是，核反應設施在計畫永久停爐前數年，即應備妥除役計畫，向安全主管機關申請除役許可。以我國為例，法令規定除役計畫應載明下列事項[24]：

(一) 設施概述、運轉歷史、曾發生之重大事件及其影響。

(二) 設施系統、設備、組件與材料之放射性活度調查方法及初步評估結果。

(三) 除役目標、時程、使用之設備、方法及安全作業程序。

(四) 除役期間仍須運轉之系統、設備、組件及其運轉方式。

(五) 除役期間預期之意外事件之安全分析。

(六) 除污方式及除役期間放射性廢氣、廢液處理。

(七) 除役放射性廢棄物之類別、特性、數量、減量措施與其處理、運送、貯存及最終處置規劃。

(八) 輻射劑量評估及輻射防護措施。

(九) 環境輻射監測。

(十  )組織及人員訓練。
(十一)  核子保防物料及其相關設備之管理。
(十二)  廠房及土地再利用規劃。
(十三)  品質保證方案。
(十四)  保安措施。
(十五)  意外事件應變方案。

由於一座核反應設施通常在地方已存在數十年之久，不管喜不喜歡此設施，對地方人士而言，都是一個鐵的事實，許多家庭的生活可能就依賴該設施(工作、商業往來等等)，故設施之除役必然造成他們生活直接或間接的衝擊，因此除役計畫在擬定時最好也能考量社會經濟層面的影響，及早讓社區人士參與規劃，相信對除役計畫之順利推動應有助益[25]。

六、結論

除役一座核能電廠需要一段很長的時間，可以從數年至數十年，依所選取的除役方式而異，但從既有儀器設備支援度、人力熟悉度、場址再使用、縮短監測與監視期間、及避免未來的不確定性等考量，「立即拆除」 為目前國際上較被偏好的策略選擇，但仍可保有相當的彈性組合，以反映個別情況差異。除役過程的輻射防護、工業安全及除役後廠房廠址的安全使用、與除役廢棄物的管理是四項主要課題。及早規劃並籌措所需資金，是確保作好上述四項課題的不二法門。

參考文獻

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8.     行政院原子能委員會，核子反應器設施管制法施行細則，台北，民92年。

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26.   行政院原子能委員會網頁 http://erss.aec.gov.tw/law/LawContent.aspx?id=FL033420

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