前進福島第一核電廠(三)|福島Innovation Coast構想

圖為「福島Innovation Coast構想」網站截圖

【台灣鯛民】X【說說能源】X【石川カオリ的日本時事まとめ翻譯。】特別企劃

2011年3月11日14時46分,日本東北的宮城縣仙台市以東 70km的三陸沖外海,發生日本觀測史上最大規模的 9.0強震。地震引發的海嘯隨後襲擊太平洋側的東北地區,災情慘重。

當時,位在太平洋海側的福島第一核電廠在第一時間,便因為感應到地震自動將燃料插入控制棒中,核反應中止。然而,隨後襲來的海嘯造成福島第一核電廠全電源喪失,核反應雖然在發生地震的第一時間暫停,但反應爐中仍有大量餘熱需要降溫。福島第一核電廠失去電源使得反應爐內的溫度無法獲得控制,反應爐內的水被蒸發成水蒸氣,水蒸氣和熔融燃料棒的鋯合金燃料護套發生化學反應產生氫氣,最後造成 ①②③④號機組發生氫氣爆炸。

2011年3月11日當天,福島第一核電廠只有 ①②③號機組運轉,④⑤⑥號機組是定期檢修期間,反應爐當中沒有放入燃料棒。④號機組之所以會發生氫氣爆炸,是 ③號機組產生的氫氣,透過管線流入 ④號機組內部。①②③號機組當中,只有 ①和 ③號機組的外觀看起來「被炸飛」,②號機組的外牆並沒有受損。
關於 2011.3.11那一天,福島第一核電廠到底發生什麼事,請參考《是「事故」不是「核災」:回到2011/3/11那一天,福島第一核電廠到底出了什麼事?》這篇文章。

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自從福島第一核電廠發生事故後,「福島=輻射=危險」的標籤深植人心,在台灣到處都可以看到「反核,不要再有下一個福島」的旗幟(我很討厭「反核,不要再有下一個福島」這個標語,因為這個標語是建立在他人的傷痛之上,在別人的傷口上灑鹽,一點同理心都沒有。),網路或媒體上也常常可以看到「核災」(拜託不要再說什麼「核災」,福島第一核電廠就是一場「事故」不是「核災」。更重要的是 2011/3/11那一天就是地震+海嘯的「天災」,一直都不是什麼「核災」,「核災」這個詞是台灣媒體為了版面亂下的詞)一詞。

但你知道嗎?福島縣其實很大(面積為 1萬3,784平方公里,相當於三分之一個台灣大),2011/3/11那一天災情最慘重的地區,都是太平洋沿海受到海嘯襲擊的區域。

福島縣分三塊

福島縣可以從地形、氣候、交通和歷史分成三個區塊,由西而東分別是:

  1. 日本海側・西部的「會津地區」(会津)。屬於內陸盆地,雖然佔了近四成的面積,卻只有 14%的人口。
  2. 夾在奥羽山脈和阿武隈高地之間的「中通地區」(中通り,直譯為「中間的大道」,往南可以通往栃木縣宇都宮,往北可以直達宮城縣仙台市,就是一條自古以來連接南北地區的主要幹道),面積一樣只有四成但卻聚集了超過六成的人口。「中通地區」由北而南還可以細分成「縣北」、「縣中」和「縣南」三段,在戰國時期分別是不同的藩屬地。
  3. 東部沿海的「濱通地區」(浜通り,直譯為海濱大道,就是一條沿著太平洋海側濱海公路的概念),前有大海後有山,面積只有兩成,佔了福島縣約四分之一的人口。

正因為福島縣「濱通地區」的地形,前有太平洋,後有阿武隈高地,所以當 2011.3.11海嘯襲擊日本東北地區時,再高的海嘯打上岸都會被後方的山脈攔下,使得海景第一排的「濱通地區」承受了海嘯所有的威力,災情慘重。但「濱通地區」以外的「中通地區」和「會津地區」,就只有地震造成的災情,而沒有受到海嘯波及。

https://www.gsi.go.jp/common/000060135.pdfhttps://www.gsi.go.jp/common/000060136.pdf

2011.3.11東日本大地震的海嘯,再加上福島第一核電廠事故,首當其衝的都是福島縣的「濱通地區」。為了幫助「濱通地區」當地產業能夠回復到 2011.3.11以前的繁榮,日本政府推出了「福島Innovation Coast構想」(福島イノベーション・コースト構想),希望能將危機變成轉機,讓福島縣的「濱通地區」成為創新育成據點,從過去的濱海公路(浜通り)變成全新的創新海岸(Innovation Coast)。

編註:這邊玩了一個文字遊戲。「濱通地區」的日文「浜通り」,字面上的意思就是濱海公路。目前新推出的「福島Innovation Coast構想」,就是將「浜通り」的「海濱」改成英文的coast,用片假名拼出讀音「コースト」,創造出新潮感。
#復古味新絕配,#用片假名拼英文單字就是潮
圖為「福島Innovation Coast構想」網站截圖

「福島Innovation Coast構想」

「福島Innovation Coast構想」可以分成六大領域:

  1. 機器人開發:成立超大型複合式機器人研究開發・實驗・訓練場「福島ロボットテストフィールド」(Fukushima Robot Test Field)。
  2. 能源:作為發展再生能源的實驗據點,與液態天然瓦斯(LNG)火力發電廠、高效率識石炭氣化複循環火力發電廠(Integrated Gasification Combined Cycle, IGCC)場址。
  3. 環境・資源回收:開發太陽能光電板與飛灰(Fly ash,物質燃燒後隨著廢氣逸散到大氣中的固體粒狀物質)的回收再利用技術。
  4. 農林水產:發展電腦全自動化農林水產生產方式。
  5. 環境恢復・放射線:開發新技術(含機器人開發),加速福島第一核電廠廢爐(*)作業的進行。
  6. 遠距醫療等醫療儀器開發

*核電廠「廢爐」和「除役」的不同

一般來說,日文核電廠的「廃炉」翻譯成中文應為核電廠「除役」。但「廢爐」有分兩種:一種是核電廠運轉年限到了(沒有換發/更新運轉執照,所以超過使用年限之後不能繼續運轉)要「除役」。
另一種是像福島第一核電廠這樣,因為發生事故必須要提早「除役」,而且除役的步驟還會比一般核電廠的「除役」多了除去核電廠內部冷卻凝固的熔融核燃料(熔渣)的步驟(順序上要先清除熔渣,清除完熔渣之後,後續的步驟都和一般的核電廠除役相同)。我習慣將後者翻譯成「廢爐」以示區別。

這是「福島ロボットテストフィールド」(Fukushima Robot Test Field)設備的示意圖。圖片出處:「福島ロボットテストフィールド」網站
這張圖是舊版「福島Innovation Coast構想」構想圖,舊版的六大重點和新版的大分法略微不同,但具體內容大同小異。圖片出處:福島縣廳ふくしま復興ステーション網站

從「福島Innovation Coast構想」到「福島復興學」

2019年9月1–8號(共八天七夜),我(張郁婕,清大工科17畢)和清大核工所・工科系教授李敏、「台灣鯛民周魚民的老闆」廖彥朋、「說說能源 Talk That Energy」版主陳柏宇、「癒女Yasu」鄭安如、「裁裁踩線」陳妤瑄與Greatshot攝影師葛瑞祥及其助理「陳希寶」陳瑋希共八人,前往日本東京・福島・福井,實地調查福島第一核電廠事故後的日本核電廠現況。

這一次行程多虧日本核工界及東京工業大學先導原子力研究所的大力協助,我們一行人才能順利完成這趟福島第一核電廠參訪之旅。


東京工業大學(以下簡稱「東工大」)在 1956年成立核能發電研究機構(理工学部附属原子炉研究施設),並於隔年(1957)成立核工系(理工学研究科原子核工学専攻)以來,核工研究就是東工大的重點發展領域之ㄧ。

在福島第一核電廠事故後,東工大透過上述的「福島Innovation Coast構想」,結合學術發展與浪江町地方政府,立志發展出一套「福島復興學」:整合福島第一核電廠的廢爐・除輻射汙染(日文簡稱「除染」)科學、機器人計測工學與風險溝通工學(リスク・コミュニケーション工学),將福島「濱通地區」走出 3.11天災與福島第一核電廠事故,官民一起打造全新面容貌的經驗,建構出只有現在的福島才能辦得到的「福島復興學」。

https://www.fipo.or.jp/files/1536298798.pdf

第一步:除去輻射汙染

以這次接待我們的東工大先導原子力研究所木倉研究室為例,「福島復興學」的第一步就是去除福島第一核電廠事故後的輻射汙染。關於這部分,東工大本來就有一套能完全除去放射性核種銫(Cs),並將輻射廢棄物固化封存的核燃料回收技術,這部分在工程上不成問題,也確實已經成功將最終產業廢棄物體積減少到數萬分之一(高減容化)。

第二步:機器人開發

以福島第一核電廠的情況,發生氫氣爆炸的有 ①②③④號機組,但是事故發生當下 ④號機組是定期檢修期間,原子爐裡面沒有放燃料棒,也沒有爐心熔毀(meltdown)的問題。目前 ④號機組已經將燃料池中的用過燃料棒全部移除完畢,接下來只剩下一般核電廠除役的步驟。

至於 ①②③號機組,因為發生爐心熔毀,熔融核燃料隨著重力落到核電廠底部冷卻凝固(這種混合了燃料棒和走到哪熔到哪的混合物,在冷卻凝結後稱之為「熔渣」),必須要先取出這些卡在原子爐底部的熔渣,清乾淨之後才能進到所謂的核電廠除役工作。但要怎麼清這些熔渣就是一大難題:必須要先知道這些熔渣的狀態及位置,還有 ①②③號機組氫氣爆炸後對建物與一次圍阻體的破壞程度不同、3個機組內部的水位高低也不同,分別要用什麼樣的方法將熔渣取出,都還需要進一步調查才能確定。

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然而,①②③號機組內部的輻射劑量值之高,按照法規完全是工作人員無法進入廠房內部實際考察狀況的程度,這時候就需要機器人來幫忙。除了東工大之外,有不少機器人開發的工程科系或業界都有在做福島第一核電廠廢爐調查專用的機器人。

第三步:科學教育向下扎根

「風險溝通工學」算是東工大這套「福島復興學」當中,相對「新」的領域。在東工大的藍圖裡,東工大希望能夠透過大學實驗課程,以及針對浪江町中、小學生推出機器人科普教育,提升學生對於工程領域做學問的態度,讓孩子從小認識科學,進而了解科學上的安全・風險管理方式。


浪江町的請戶小學(請戸小学校),距離海岸只有 300公尺遠。2011.3.11海嘯來臨時,約 15公尺高的海嘯直撲而上,全校 82名學生聽從教職員的指示前往 1.5公里遠的大平山避難,全校師生全部平安躲過海嘯攻擊,但整個請戶地區只有這所小學建物留了下來(因為學校是鋼筋水泥建的,一般平房都是木造建築,擋不住海嘯)。學校最具特色的校鐘(左邊藍白色相間的樓梯塔)時間就停在海嘯襲擊的那一瞬間。目前這所學校預計規劃作為 2011.3.11「震災遺構」保存下來。(攝影:張郁婕 taken by SONY α5100)

2011.3.11受到海嘯重創的福島縣浪江町(屬於濱通地區),在福島第一核電廠事故後,被劃入避難指示區。去年 4月,浪江町扣除掉歸還困難區域(帰還困難区域)解除避難指示,但當時的海嘯將浪江町所有的學校毀於一旦,即使人可以回來了,學生們也沒有學校可以唸。

於是,在浪江町解禁的同一時間,浪江町政府將原本的浪江東中学校校舍,改建成九年一貫的公立浪江創成中小學校(浪江町立なみえ創成小学校・中学校),一所新的中小學就此誕生。然而,戶籍設在浪江町的國中、國小學生理論上約有 1,200人左右,卻只有 10人入學,回到浪江町就學的比例不到 1%(今年入學式共有有 16名學生參加)。

此時,東工大的「福島復興學」提出的構想,便是將東工大既有的機器人開發技術,以實作方式帶著浪江創成中小學校的學生們製作屬於自己的簡易機器人。希望能藉由讓學生們自己動手做的方式,從小接觸科學・工程教育,長大後面對更複雜的議題(例如:核電與輻射)更能接納從科學角度的分析。同時,也希望讓機器人實作課程,成為浪江創成中小學校特色教育的一環,吸引更多學生回到浪江町就讀。



【前進福島第一核電廠】系列未完待續⋯⋯

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