福島啟示——台灣核安總體檢

日本東北大地震引發福島核一廠4座機組廠房爆炸，新聞畫面中不斷出現廠房冒出冉冉白煙、直昇機來回廠房上方灑水灌救的景象，以及「50壯士」自願進廠救災的悲壯心情，受災程度直逼25年前的車諾比事件，令人心驚膽戰。

當情緒逐漸平撫、真相逐漸揭露，正是我們理性看待「福島災變帶給同處地震帶的台灣什麼功課」的最佳時機。而這必須從核能專業知識開始了解，例如爐心「熔毀」和爆炸有何不同？畢竟多一分核電知識，就可減少一分無畏的恐慌。

今年的核一、二廠的核安演習以複合式災害為模擬，發現的防護弱點，將納入總體檢報告。

長期發表文章介紹核能知識的清大核工系教授李敏解釋，核電廠最大的安全威脅來自於爐心內大量的放射性物質，為此，電廠設計了多重屏障：包括燃料丸、燃料棒護套、封閉冷卻水系統、圍阻體等，一層層來封鎖放射物質。

由於核電廠運轉時，反應器內不斷進行核分裂反應，產生放射性的分裂產物，經長時間累積，放射性極強，但這些不穩定的核分裂產物會透過「衰變」，放射出輻射線，成為穩定「核種」。輻射是能量的一種型式，這些熱能必須從系統中移除，否則爐心就會被高熱融毀。

為了確保電廠在任何意外情形下（如地震、遭飛機撞擊等）都能安全停機，而且把衰變熱持續帶離系統，核電廠會設計多重多樣的「安全注水」和「安全移熱系統」。

而會導致放射性物質外釋的原因有2種，一是核分裂連鎖反應失去控制，造成反應器解體，這也是車諾比核電廠災變的主因，所幸台灣和絕大多數西方國家核電廠的反應器，和車諾比的「石墨水冷式」反應器完全不同，因此不會發生反應器瞬間解體的毀滅性災變。

第2個原因是核分裂停止後（如發生地震會自動停機），放射性物質衰變過程仍持續釋出熱能，無法移除，爐心熔毀，多重屏障失效，造成輻射物外洩。這正是福島核電廠事故的主因。

當機組停機時，必須啟動安全系統——執行注水和移熱——這些都需要動力，因此有交流電和蒸汽驅動的多個動力來源。但這時電廠可能已經停電，因此每個機組配有2台柴油發電機供應緊急交流電源，此外也可以蒸汽驅動的安全系統執行注水，但需要直流電（電池）才能運作。

以上這些都是國際規格化的基本配備，台灣因獨立輸配電網，結構較弱，平時若輸電中斷，核電廠停機後，要有動力重新啟動，每個廠還多配備2部氣渦輪發電機，和第5台緊急柴油發電機，讓緊急供電多了雙重保障。

 

電廠安全系統和廠房都有防震、防火、防洪（海嘯）的基準。

「就像總統座車的防撞設計基準一定和你我的不同，」李敏指出，每一核電廠的「設計基準」都是針對假想的最嚴重事故來設定，例如地震會以該地區歷史上（千年至萬年）曾發生的最大地震，海嘯最高高度，再加上一安全餘裕來設計。

然而，即便竭盡所能地防護，核工專家也明白「人算不如天算」，因此對於可能發生「超出設計基準」的嚴重事故，又研發了一套「嚴重事故處理導則」，訓練核電廠人員，該採取哪些非常措施（如引進海水），防止事故進一步惡化。

問題是，核電廠既然有層層嚴密安全設計，又有針對超出設計基準的萬全準備，為何福島核一廠的4部機組還是發生放射性物質外釋的災害？

原能會主委、也是清大工科系教授的蔡春鴻分析，日本東北受地震海嘯影響的電廠共有4座廠、14部機，但只有福島核一廠的4部機組釀災，其他3個廠的10個機組安然無事，代表即使發生了超出「安全系統」地震設計基準的事故，電廠不一定出事；而福島一廠的防海嘯能力不足，或者說，防海嘯的設計有缺陷，才造成不可收拾的後果。

國內核電廠都配置了可在10分鐘內重新啟動機組的氣冷式氣渦輪發電機，由於位於22~35公尺高處，不致受海嘯摧毀。

還原日本災害現場，當地震發生後，運轉中的11部機組（其他3組停機維修）都成功停機，規模9的大地震造成正常電網電源喪失，緊急柴油機啟動發電後，1、2、3號機因為海嘯淹沒了緊急柴油機及電池，喪失所有交流電源電廠陷入「全黑」狀態。

也就是說，主控室所有儀表無法顯示，人員無法掌控各泵運作的狀態和設施的壓力狀態，但此時爐心並不會立即融毀，還可撐住十幾小時，照估算，溫度若持續飆升到2200℃時，才會開始融毀。

當電廠陷入全黑後，第一、二道的注水系統因停電已無法運作，第三道防線的注水系統依賴電池維持補水功能，但8小時電池電力耗盡後，廠內的其他備用電力無法恢復、廠外救援電力又無法接上，爐心冷卻水逐漸蒸發，爐心水位下降，燃料無法被水覆蓋而裸露。

裸露的燃料棒表面溫度迅速竄升，燃料棒護套的鋯金屬與水蒸汽發生劇烈反應，產生大量氫氣，同時高溫金屬護套和燃料丸融熔後，放射性物質（銫、碘）從燃料丸釋出進入「一次圍阻體」（圖一左邊瓶子狀），但一次圍阻體內沒有氧氣，不會氫爆。

此時，大量熱能累積於「一次圍阻體」內，壓力持續上升。為了保護一次圍阻體的完整性（防輻射大量外洩），運轉人員需依「嚴重事故處理導則」進行間歇式的排氣釋壓，原本排放物質（如水蒸汽、氫、少量放射性物質）應經過濾後直接排放到大氣中，但可能為了減少放射性物質外洩量，核電廠人員決定將排放物質排入二次圍阻體（即反應器廠房，圖一左邊外圍長方形狀），再過濾後排入大氣。卻在氫氣進入廠房後與氧氣接觸而發生「氫氣爆炸」。氫爆造成反應器廠房上方的解體，廠房設計故意把上方結構弱化，以防氫爆不會炸壞一次圍阻體。

這就是1、3號機氫爆的原因，但所幸一次圍阻體並未損壞，釋出的放射線物質量有限。

 

李敏表示，相對於1、3號機， 2號機的情況最嚴重，2號機在喪失冷卻功能後，可能因日方為了避免讓2號機再發生像1、3號機的廠房爆炸，做了某些處置，但適得其反，在廠房下方發生爆炸。反而造成「一次圍阻體」被炸壞，放射性物質大量外釋，導致廠區輻射快速上升。

至於4號機，地震發生時正在停機歲修，竟也發生氫爆，日方原本認為可能是「用過燃料池」惹的禍。目前說法不一，但經此一震，也震出了用過燃料的防護課題。

天災難測，若發生「超出設計基準」的事故時，電廠人員必須以最明快、正確的程序因應，這也是維護人員的最大考驗。圖為核二廠中控室。

原能會核管處處長陳宜彬指出，已用過的燃料因仍有高劑量輻射，一束束燃料棒都存放在反應器廠房的儲存池中（圖一左邊瓶子外的右上方），池中有大量的池水和冷卻系統，燃料頂端有6 公尺深的水做屏障，即使停電失去冷卻功能，大量的池水也可維持燃料的冷卻達一段時間；但若燃料裸露，無水覆蓋一樣也會發生溫度上升，護套和水蒸汽反應產生氫氣，使揮發性高的放射性物質外釋。由於儲存池位於核心圍阻體外的開放空間，只有二次圍阻體（反應器廠房）的保護，放置了剛從爐心移出的，以及移出5年內的燃料，一旦受損融毀，釋出的輻射量不會低於爐心蕙插C

陳宜彬指出，東電公司計算燃料池水量應可支撐8~9天，但為何只有3、4天就氫爆？原研判可能是地震把水池震裂，使池水加速流失所致。但池子構造內部為不鏽鋼，外部為鋼筋水泥，外層可能震裂，但內層幾乎不可能破裂。因此國際核能專家都百思不解。

「可能是虛驚一場，」陳宜彬說，日本專家從灌漿車頂架設相機拍照並派機器人進廠取燃料池水樣分折，發現池水中的燃料棒並未受損，有可能是3號機的煙囪因停電後閥門打開，氫氣從3號機洩漏到4 號機釀的禍。然而，因至今尚無法進入廠房實地察看，此一推測有待證實。

日本福島核一廠1~4號機氫爆嚴重程度不同，其中2號機廠房屋頂雖未炸壞，但因內層「一次圍阻體」損壞，輻射外洩程度反而最嚴重。

針對福島核災的肇因，台電朝二大方向為國內核電廠進行總體檢：第一，在現有設計基準下檢討所有設施、人力等，是否符合設計標準？以及要不要提升標準？第二，若發生超出設計基準事故時，如何因應？

台電副總經理徐懷瓊表示，在防震方面，3座核電廠「廠房」結構的耐震度都符合0.3~0.4g的設計基準，但「安全設備」如生水池、水槽、管線等的耐震還要補強。同時台電也在調查核一、核二廠之間山腳斷層的海域長度，若斷層長度超出早期調查的16公里，就要依新的地震分析結果提高防震系數。

在防海嘯方面，3個廠多數廠房的高度（12~15公尺）都比海嘯上溯的高度高，因此不致受海嘯侵襲，少數廠房或設施低於上溯高度的，現正進行強化工程。

從現有的安全設計基準看，目前3個廠堪稱「安全無虞」，因此總體檢的焦點放在當發生「超出設計基準」災害時的因應措施：包括準備更多可移動備用電源、水源，以及發展「機組斷然處置」的程序。

「首先是所有電源的總檢討，」徐懷瓊表示，安全防護最重要的「注水」和「移熱」都需要電源，因此台電把所有電源做一盤點和強化，例如第5台柴油發電機，原本只能供應一部核能機組電力，將擴充到可同時供2部機電源。又如電池原本能使用8小時，為了延長供電時間，將充電機拉到高處或廠外，並增購小型移動式柴油機供給充電器電力，讓電池能至少撐到24小時，也增購「電源車 」提供安全系統各泵電源，及移動式空壓機來供氣等等。

 

徐懷瓊指出，福島核災的最大教訓是當發生複合式災害，如何做出最明快、正確的決策。

在處理上是和時間競賽，傳統以反應爐狀況參數做為各種行動準則的模式，證實已經失效；台電的新「斷然處置」程序是：在最短時間內，把有限的資源用在「反應爐注水」、「反應爐洩壓」和「準備圍阻體排氣」3件事上，以確保反應爐和用過燃料池都受水淹蓋，避免放射性物質外洩，及大規模的民眾疏散。

徐懷瓊解釋，「斷然處置」的啟動條件是，強震、發布海嘯警報後反應爐失去補水能力或廠區全黑時啟動，人員就要在第一時間（1小時內）把所有可打入反應爐水源的管道全部打開或備妥，例如接鄰近溪水的路徑先接好移動式電源，以便打開閥門，各備用系統也要接好移動式電源。

「這時運轉人員並不知道哪個路徑沒被破壞，也不能再相信儀器，立刻就要採取緊急措施，」徐懷瓊說，因通訊可能中斷，為縮短決策時間，授權給值班經理自行決定注水和排氣的時間點。

至於「用過燃料池」的防護應如何強化？

原能會處長陳宜彬表示，911事件後，美國為了防範核電廠成為攻擊目標，發展出一套因應策略：包括移動式水源，用可移動式的柴油發電機啟動泵注水或灑水等。

這些救援措施一樣適用於福島情境，但因屬於機密資料，並未公布給各國。福島事件後美國已陸續公開相關文件，原能會也已轉交給台電參考採行。

位於更高處的生水池平時儲有數萬噸生水，緊急時可以重力注水入反應爐，總體檢後將加強防震措施。

隔行如隔山，核能知識更是艱深專業，一般民眾可能會問：總體檢完成後，核電廠就絕對安全了嗎？

原能會主委蔡春鴻無奈地表示，若說安全無虞，會被認為是專業的傲慢；若說無法保證「絕對安全」，又會引起社會不安。無論如何，原能會一定會監督台電做到完全符合法規要求。對於超出設計基準的災害，也會確認台電具備足夠的因應能力，原能會已要求台電參照歐盟「核安壓力測試基準」，進行壓力測試。

徐懷瓊解釋，所謂壓力測試是以不同天災威脅安全系統時，評估電廠防禦的強度、深度及因應能力，找出潛在弱點。

測試方法類似國防演習的兵推，以由淺入深的情境假設，情境會逐步嚴重惡化，以測試電廠的設備與應對能力，例如可能推演到當10道電源、11個注水系統都喪失時，是否還能承受壓力？

至於壓力測試的各種情境設計由誰來做？標準有多嚴苛？

由於台灣不是「國際原子能總署」的會員國，要加入歐盟壓力測試有困難，但台電公司已要求「世界核能發電者協會（WANO）」調派有壓力測試經驗的專家來台灣檢核成果，以昭公信。

歐盟已明確指出，如果現有的核電廠沒有通過壓力測試，就會建議該國政府要求電廠改善或關廠，這個提案連擁核大國都已接受；國內環保團體則呼籲，壓力測試結果應提交公眾、非核能領域專家、NGO等團體共同參與檢驗。

原能會主委蔡春鴻表示，在核電議題上，不論立場反核或擁核，核電安全都是一道「是非題」，不像延役或提前除役是個選擇題，考量的層面更複雜。

原能會對台電的要求是，完成總體檢和壓力測試結果後，若發現3座核電廠有立即安全顧慮，或者強化措施使成本過高導致台電不願執行時，不排除關廠的可能。原能會將以嚴格標準要求台電，也會把壓力測試程序公開，接受各界公評，畢竟台灣地窄人稠，絕對經受不起核災威脅。