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成本低與靈活性高的小型核反應爐仍無法避免放射性廢料問題

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科技產業資訊室(iKnow) - 黃松勳 發表於 2022年6月6日
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圖、成本低與靈活性高的小型核反應爐仍無法避免放射性廢料問題
 
世界正往無碳能源邁進,而先進的核反應爐多年來一直承諾提供具有吸引力的能源,以及加上太陽能和風能等間歇性再生能源的補充。所謂小型模組化反應爐(SMR)可以產生高達現有GW等級電廠三分之一的電力,且被宣傳比傳統的輕水反應爐(LWR)更便宜、更簡便,產生的放射性副產品也更少。
 
但在美國國家科學院院刊(PNAS)上的一項研究卻得出了相反的結論。研究人員針對SMR相較於傳統設計之大型商業反應爐,所產生核廢料管理和處置的影響進行詳細評估。研究結果顯示,大多數SMR設計實際上會增加需要管理和處置的核廢料數量,在其案例研究中,反應爐數量會增加2到30倍,此發現與倡導者聲稱的先進核技術之成本和廢物減少的好處形成鮮明對比。

核技術開發人員和倡導者經常使用簡單的指標:
  • 質量或總放射性毒性與GW等級壓水反應爐(PWR)相比,先進反應爐將產生更少的乏核燃料(SNF,使用過後的核燃料)或高強度放射性廢料(HLW,high-level radioactive waste)。
  • 表明先進的反應爐將把高強度放射性廢料的質量和長壽命放射性分別降低94%和∼80%。
然而,這些指標對儲存、打包和處置高強度放射性廢料所需的資源幾乎沒有提供任何證據。相反的,管理核廢料流的安全性和成本取決於其裂變、放射性、物理和化學特性。反應爐類型、大小和燃料循環都會影響核廢料流的特性,除高強度放射性廢料外,核廢料流還有低強度和中強度放射性廢物(LILW)。儘管在許多報告中討論了SMR部署的成本和時間表,但這些燃料循環對核廢料管理和處置的影響通常是被忽視。
 
研究人員認為,與現有反應爐相比,SMR每單位功率產生的乏核燃料最多可增加5.5倍。廢料中的實際熱量和放射性粒子量會有所不同,並取決於在使用過程中從材料中提取的能量。SMR產生其他形式短期和長期廢料將包括基礎設施,例如在整個生命週期內受到輻照的反應爐材料,與傳統反應爐的廢料相比,它們的持續時間分別可長達35倍和30倍。
 
核廢料有乏核燃料與中低放射性廢物,放射性最高的乏核燃料需要放置較深的地質儲存庫中隔離數十萬年。各國也花了幾十年的時間試圖建立核廢料的地下儲存設施。美國在內華達州的尤卡山(Yucca Mountain)上花費了數十年和數十億美元之後,就沒有繼續開發地質儲存庫計劃。目前,芬蘭正利用瑞典開發的處置技術,將核廢料封存於深地質儲存庫中。
 
研究人員也認為某些類型SMR產生的廢料可能需要重新考慮地質儲存。這是因為與傳統材料不同,熔鹽反應爐會留下腐蝕性的氫氟酸,且與水反應後可能會對容器造成自增長性損壞。
 
該研究結論,小型模組化設計在放射性廢料產生、管理要求和處置選擇方面不如一般傳統反應爐。另外,乏核燃料的長期輻射問題,由於這種高強度放射性毒性,SMR廢料的地質儲存庫,應透過徹底的選址過程仔細選擇處置方法。(1066字;圖1)
 
 
參考資料:
Small Nuclear Reactors Won’t Avoid the Problem of Radioactive Waste. BNN Bloomberg,2022/5/30
Stanford-led research finds small modular reactors will exacerbate challenges of highly radioactive nuclear waste. Stanford News,2022/5/30
Nuclear waste from small modular reactors. PNAS,2022/5/31
 
 
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