福島第一核電廠的汙染處理水只能排到大海?一次搞懂含氚處理水是什麼(10/30更新)

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10號,日本環境大臣原田義昭在內閣會議結束後的記者會上,面對記者的採訪,表示自己認為福島第一核電廠的「處理水」(処理水)除了釋放到海洋之外,印象中沒有其他的辦法。

文章上線時間:2019/9/11
增修時間:2019/10/30,修正內文並新增「告示濃度限度比」小補充

認識「處理水」之前,要先認識「汙染水」

在福島第一核電廠事故後,因為降雨或地下水流經福島第一核電廠 ❶❷❸號機組廠房的水,因為接觸到廠房內部的熔渣(冷卻凝固後的熔融燃料棒),而含有高濃度的放射性物質。這些含有高濃度放射性物質的輻射汙染水,簡稱「汙染水」(汚染水)。

「汙染水」對策:擋水+抽水雙管齊下

為了防止「汙染水」的量越來越多,東京電力公司(以下簡稱「東電」)在福島第一核電廠的 ❶❷❸❹號機組外,靠近陸地一側加裝凍土牆,防止地下水繼續流經 ❶❷❸號機組;在靠近海岸一側加裝擋水牆,防止流經 ❶❷❸號機組受到輻射汙染的「汙染水」流入海洋;並在 ❶❷❸❹號機組附近裝設水井汲水,調節地下水位高低,並試圖讓廠區內的「汙染水」量不要再擴大。

「汙染水」每天發生中

然而,因為降雨還有調節地下水位的關係(*),即使東電每天都在汲水,目前(2019/9/9的資料由此去歷年資料點這裡)每天都還有約 92立方公尺的水會流進福島第一核電廠的 ❶❷❸❹號機組廠房內。

*調節地下水位為什麼會讓「汙染水」增加?

因為水壓差的關係,水會從水壓高(水位較高)的地方流向水壓較低(水位較低)的地方。如果一口氣將 ❶❷❸❹號廠房內的地下水全部抽乾,只會讓廠區外沒有受到汙染的地下水不停流入廠房內。所以要如何調整廠房內外的地下水位高低,是一大重點。
在做法上,必須要讓外界的地下水位>❶❷❸❹號廠房內的地下水位,才不會讓 ❶❷❸❹號廠房內的汙染水流到廠房外,但這麼做又會讓汙染水的水量日益增加⋯⋯

從「汙染水」到「處理水」

這些收集來的「汙染水」,都會一桶桶裝好擺在福島第一核電廠廠區內部,接受東電管理與進一步處置。

這些收集到的「汙染水」,首先會送到「銫吸附裝置」(セシウム吸着装置),除去銫(Cs)和鍶(Sr)。除去銫和鍶的「汙染水」,再經過淡水化裝置(除去水中的鹽分)後,稱之為「鍶處理水」(ストロンチウム処理水)。這種「鍶處理水」,可以作為 ❶❷❸❹號機組的冷卻水回收再利用。目前(2019/8/22)福島第一核電廠內部共存有 89,170立方公尺的「鍶處理水」。

圖為「汙染水」到「處理水」的淨化流程。圖片出處:東京電力公司

絕大多數的「鍶處理水」,會被送到「ALPS多核種除去設備」,將 63種放射性核種的 62種放射性核種去除。「ALPS多核種除去設備」唯一不能去除的放射性核種,就是氚(H-3)。經過「ALPS多核種除去設備」處理過後的「鍶處理水」稱之為「處理水」(処理水),也有人稱之為「含氚處理水」(トリチウムを含んだ処理水)。目前(2019/8/22)福島第一核電廠內部共存有 1,062,714立方公尺的「處理水」。

想要知道目前福島第一核電廠的「處理水」水量,上東電的網站上都能即時看到,有英文版

「處理水」滿足標準,理論上可以排放

這些經過一連串除放射性核種淨化處理的「處理水」,有效輻射劑量已經低於日本的國家標準每年 1毫西弗(mSv/year),也低於日本政府訂定的「告示濃度限度比」或稱「告示濃度比総和」標準。按照法規,只要這些「處理水」的有效輻射劑量和告示濃度限度比都低於標準,就可以將這些「處理水」釋放到自然環境之中。

*什麼是「告示濃度限度比」或「告示濃度比総和」?
當廢水中有一種以上的放射性核種,則須考慮「告示濃度限度比」。「告示濃度限度比」指的是,各個核種實際濃度佔該核種告示濃度比值的加總。
由於日本政府針對不同核種設有不同的「告示濃度」(告示濃度=該核種的輻射劑量容許值),若要將有一種以上的放射性核種的廢水排到環境中,則所有核種的濃度都必須要低於該核種的「告示濃度」,並且【告示濃度限度比=各個核種實際濃度佔該核種告示濃度的比值的加總起來的數值】必須要小於 1,才可以將廢水排至環境中。

然而,即使這些「處理水」的輻射值已經低於政府標準,而且經過「ALPS多核種除去設備」淨化過的「處理水」,只剩下氚(H-3)這一個自然界很常見的放射性核種(氚(H-3)是氫(H-1)的同位素,氚的性質基本上就和氫一樣,自然界中的水也會有氫的同位素氚,透過日常生活的飲用水,我們人體內也會有氚,但進到人體內的氚都能代謝到體外,不成問題)。因為社會上的反彈,福島第一核電廠內的這些「處理水」,遲遲沒有被釋放到自然界中。

排到海洋是最經濟的選擇

2016年6月,氚水專案小組(トリチウム水タスクフォース)針對「處理水」的處理方式,提出了(1)注入地層(2)排放到海洋(3)以水蒸氣的方式排放到大氣之中(4)電解氚水轉換成氫氣釋放到大氣之中(5)埋到地底下,共 5個方案。雖然當時這個氚水專案小組並沒有作出決定,到底哪一個方案比較好,但從資料中可以看出「排放到海洋」在成本考量上是最有經濟效益的。日本原子能規制委員會的更田豊志委員長也說:「稀釋後(將處理水)釋放到海洋,是現實上唯一的選擇。」

這一次,原田義昭說了「在我的印象中,只有(將處理水)排到海洋這一個方法」、「想了很多方案,但真的可以選擇的選項不多」。當記者進一步反問原田義昭「是否要將(處理)水釋放到海洋中,來稀釋掉(處理水)」,原田義昭接下來的回答才重要。

「這是極為重要的話題,不能草率回答。首先必須要確實地(向大眾)說明安全法規和科學上的標準。要避免風評被害,要有誠意地對內、對外說明,我認為這是比任何事情都還要重要的事。我想,全體政府今後會慎重地進行討論。」

為什麼挑在卸任前說這種話?

既然將這些「處理水」排到海洋,是最經濟實惠的做法。日本政府遲遲不敢將「處理水」排到海洋,就一定和海洋、漁業有關。當地漁夫或漁業相關業者擔心,如果政府將這些「處理水」排放到海洋之中,就有可能再度造成漁業的「風評被害」。

事實上,上個月經濟產業省的「多核種除去設備等処理水の取扱いに関する小委員会」,在睽違 7個月再度召開的會議上,經濟產業省針對「處理水」的問題,又提出了在福島第一核電廠廠區內長期保管的新方案。

福島縣漁業協同組合連合會的野崎哲會長便批評道,今天原田義昭特別挑在安倍晉三公布最新內閣名單的前一天說出這種話,而不是選在就任環境大臣的當下時,呼籲當局討論「處理水」的解決方案,這是很不負責任的做法。

在原田義昭說完這席話之後,下午就傳出安倍晉三有意讓小泉進次郎接環境大臣。至於小泉進次郎會怎麼回應原田義昭丟下的這顆震撼彈(只有將「處理水」排到大海這個辦法),還有待接下來的報導。
但其實我個人對於小泉進次郎會怎麼回應「處理水」問題,我更在意的是小泉進次郎的未婚妻現在懷有身孕,到底小泉進次郎會不會、能不能請到育嬰假,才是我在意的亮點。

將所有的「處理水」排到大海要多久?

法政大學客座教授宮野広針對目前福島第一核電廠的狀況,計算了如果將福島第一核電廠內所有的「處理水」,以目前既有的設備排放到海洋之中,需要耗費多少時間?結論須 17年又 4個月左右。

根據宮野広的計算,福島第一核電廠的 ❺❻號機組各有 3台輔助型冷卻水汲海水幫浦(補助冷却水海水ポンプ),這個設備原本是要用來抽取海水,作為反應爐的冷卻水。❺號機組的幫浦,每台每小時可以處理 1,800公噸的水,❻號機組的幫浦每台每小時可以處理 2,800公噸。

目前福島第一核電廠內約有 950桶水,當中有 105萬公噸含氚「處理水」。根據日本法規,日本核電廠要排放含氚水時,必須將氚濃度稀釋到每公升 60,000貝克(Bq/L)以下。但福島第一核電廠的狀況特殊,所以須將氚濃度稀釋到低於每公升 1,500貝克(Bq/L),才可以將「處理水」排放到海洋之中。

因此,如果要將福島第一核電廠內的「處理水」排放到海洋之中,必須要將這些「處理水」的氚濃度稀釋到輻射值低於每公升 1,500貝克(Bq/L),這麼做會讓「處理水」的水量變成 6億9,930萬公噸。如果交替使用 ❺❻號機組的幫浦,365天24小時運轉,需要 17年又 4個月左右,才能將「處理水」全數排放到海洋之中。

值得注意的是,宮野広曾在 2016年進行過類似的計算,但當時得出的答案只需要 7年又 1–4個月。宮野広表示,這是因為兩次計算的假設不同,這一次的計算只是一個例子,調整假設可以縮短處理時間,但要處理完所有的「處理水」,都需要經過好一段時間,該是冷靜討論「處理水」最終處理方式的時候了。

關於福島第一核電廠「處理水」的現況,可以參考東京電力公司的網站(日文版請點此英文版按這裡)。如果想要知道更完整關於福島第一核電廠「汙染水」問題,以及目前是怎麼處理「汙染水」的,可以參考《福島第一核電廠廢爐全紀錄》(臉譜出版),翻到最後面的版權頁可以看到我的名字(這是文末彩蛋的概念)。


參考資料

  1. 環境相「処理水は海洋放出しかない」福島第一原発
  2. 処理水ポータルサイト|東京電力
  3. 【原発最前線】トリチウム含む処理水の海洋放出に批判続出 「報道」が反発煽る? 公聴会の議論かみ合わず
  4. 原発処理水「海へ放出するしかない」…所管外の環境相が言及
  5. 福島原発の処理水、海洋放出に17年 専門家が試算

本文同步刊載於【關鍵評論網】、【泛科學

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?

福島第一核電廠共有 ❶❷❸❹❺❻共 6個機組。❶❷、❸❹、❺❻號機組兩兩一對,共用一個控制中心與排氣塔,部分管線也可互通。

2011/3/11那一天,福島第一核電廠只有 ❶❷❸號機組運轉中,❹❺❻號機組都在定期檢修期間,沒有運轉,原子爐內也沒有放置燃料棒。但在接下來五天內,❶❷❸❹號機組接連發生事故,明明海嘯發生當下沒有運轉的 ❹號機組也會發生氫氣爆炸,原因就在於 ❸號機組和 ❹號機組之間,有部分管線是相通的。

2016年,當時我曾經在部落格上分享NHK特別節目整理的福島第一核電廠事故 88小時內的時間軸。本文脈絡和舊文(舊文連結由此去)雷同,可擇一閱讀。

圖為福島第一核電廠 ❶❷❸號機組(由左而右)目前的外觀。圖片出處:東京電力公司網站

2011/3/11(Day 1)

14:46 發生東日本大地震,當時運轉中的 ❶❷❸號機組因為地震發生,將燃料插入控制棒,鈾-235核分裂連鎖反應終止。

當時三座機組都有成功停止原子爐運轉,然而,雖然三座機組都有成功停止鈾-235的核分裂連鎖反應,但 ❶號機組內部的餘熱沒有獲得控制,原子爐內部溫度過高,造成燃料中的反應物持續釋放α和β射線(α射線就是氦的原子核,β射線就是電子)反應生成新的生成物並持續產生熱能。

另一方面,14:46當下緊急停止原子爐運轉,造成原子爐內部的水蒸氣沒有地方可以跑,全部困在壓力容器內部的結果,造成壓力容器內部的溫度和壓力都飆高。

14:52 ❶號機啟動緊急冷卻水系統(非常用復水器,IC),讓水蒸氣可以自動導入冷卻系統冷卻。除了 ❶號機之外,其他的機組也靠著自動或手動的方式,啟動緊急冷卻水系統。

15:27 第一波海嘯抵達福島第一核電廠,靠近海岸海拔高度只有 4公尺左右的地區遭到淹沒。

15:35 第二波海嘯抵達福島第一核電廠,海拔高度約 10公尺左右的地區遭淹沒,海拔高度只有 10公尺的 ❶❷❸❹機組廠房內部水淹到 5公尺高。至於位處海拔高度約 13公尺的 ❺❻號機組,也發生廠房浸水的情況。

15:37 ❶號機組因為海嘯的關係,發生全交流電源喪失(Station Black Out, SBO),連直流電都無法使用。

❶號機組的緊急冷卻水系統因為海嘯來臨的關係,失去電源造成整個系統喪失功能。在斷電之前,暫時關閉的配管安全閥(SR弁),也因為斷電的關係失去功能,造成 ❶號機組的壓力容器內部再度因為水蒸氣的關係,溫度和壓力都上升。但少了緊急冷卻水系統,還是有一個辦法可以冷卻壓力容器內部的水蒸氣:原子爐的壓力抑制室還有液態水,當壓力容器內的水蒸氣經由管線接觸到壓力抑制室的液態水時,就能稍微冷卻。此外,原子爐內部的主蒸汽配管還有一個彈簧式的安全閥,當壓力容器內部的壓力超過預設值,就會自動打開洩壓。

然而,因為水蒸氣從壓力容器被送到壓力抑制室冷卻降溫,造成壓力容器內水量不足,壓力容器內部的液態水急速減少,到了 17:45左右,壓力容器內部的水位已經低於燃料棒最高點(部分燃料棒露出水面以上),露出水面的燃料棒無法調節溫度,持續發熱並造成燃料棒損傷。

15:38 ❸號機組發生SBO全交流電源喪失,但可使用直流電。

15:38 ❹號機組發生SBO全交流電源喪失,連直流電都無法使用(福島第一核電廠事故當天,❹號機組並沒有運轉)。

15:40 ❺號機組發生SBO全交流電源喪失,但可使用直流電(福島第一核電廠事故當天,❺號機組並沒有運轉)。

15:41 ❷號機組發生SBO全交流電源喪失,連直流電都無法使用。

18:56 ❶號機組內部露出水面的燃料棒無法調節溫度,燃料護套的鋯合金和水蒸氣發生反應產生氫氣。

19:23 ❶號機組內部所有的燃料棒都露出水面以上。

20:50 福島縣發布距離福島第一核電廠半徑 2公里區域的住戶避難指示。

21:23 中央的內閣總理大臣發布,距離福島第一核電廠半徑 3公里區域的住戶避難指示,半徑 3–10公里區域內的住戶在屋內避難,不要外出。

22:00 左右,❶號機組內部的燃料棒開始出現「爐心熔毀」(meltdown),燃料棒中心溫度達 2200°C以上。

隨著「爐心熔毀」(meltdown)的範圍越來越大,因高溫熔融成為液態的燃料棒流到壓力容器(爐心)底部。

22:11 ❶號機組內部呈現熔融態的燃料棒因為高溫熔破了壓力容器(爐心)底部,熔融態的燃料棒往下流至一次圍阻體(格納容器)底部。❸號機組到3/13早上 10:00左右,❷機組到 3/14晚間 20:00左右,也發生了同樣情況。

這些流到一次圍阻體(格納容器)底部的熔融態的燃料棒,溫度極高又沒有任何物質可以冷卻它們,反而是這些熔融態燃料棒的高溫加熱起一次圍阻體(格納容器)內部剩餘的水,一次圍阻體(格納容器)充滿了水蒸氣還有因燃料護套的鋯合金和水蒸氣發生反應產生的氫氣。這些水蒸氣和氫氣先是一次圍阻體(格納容器)內,接著往上逸散到 ❶號機組廠房最高處。

2011/3/12(Day 2)

05:44 內閣總理大臣發布,距離福島第一核電廠半徑 10公里區域的住戶避難指示。

15:36 累積在 ❶號機組頂樓的水蒸氣和氫氣,因不明原因引火,發生「氫氣爆炸」。

18:25 內閣總理大臣發布,距離福島第一核電廠半徑 20公里區域的住戶避難指示。

2011/3/13(Day 3)

10:00 ❸機組到內部呈現熔融態的燃料棒因為高溫熔破了壓力容器(爐心)底部,熔融態的燃料棒往下流至一次圍阻體(格納容器)底部。

2011/3/14(Day 4)

11:01 累積在 ❸號機組頂樓的水蒸氣和氫氣,因不明原因引火,發生「氫氣爆炸」。

20:00 ❷機組到內部呈現熔融態的燃料棒因為高溫熔破了壓力容器(爐心)底部,熔融態的燃料棒往下流至一次圍阻體(格納容器)底部。

2011/3/15(Day 5)

06:10 左右,觀測到巨大聲響及振動。原因是 ❸機組內部的氫氣,透過 ❸機組和 ❹號機組共通的管線,流到 ❹號機組內部。然後 ❹號機組內部因不明原因起火,發生「氫氣爆炸」。

11:00 內閣總理大臣發布指示,要求距離福島第一核電廠半徑 20–30公里區域的住戶在屋內避難,不要外出。


總結來說,福島第一核電廠事故就是海嘯引發核電廠內部電源喪失,失去冷卻功能,造成燃料棒溫度過高,燃料棒熔融,燃料棒的鋯合金護套和水反應產生氫氣,最後引發「氫氣爆炸」,導致放射性物質外洩到廠房外。

所以福島第一核電廠事故就是「事故」,不是什麼「核災」。日文也都是用「事故」來描述福島第一核電廠事故。如果真的要說「核災」的話,也許車諾比事故會比較接近「核災」,但歷史上從來沒有任何一個核電廠是因為核反應而發生爆炸的案例,也就沒有什麼「核災」。

福島第一核電廠事故就是「事故」,而這個事故的原因就是因為發生海嘯,發生了一個福島第一核電廠在設計上,無法抵抗的海嘯,導致核電廠內部全電源喪失。但事實上,這其實是可以避免的事故 — — 福島第一核電廠沒有做好海嘯應對措施,也沒有充足的備用電力或緊急爐心冷卻系統(台灣是第一個設計出緊急爐心冷卻系統的國家)。

福島第一核電廠沒有考慮到海嘯問題,可以算是應注意能注意而未注意的人為疏失,但考慮到附近的女川電廠或福島第二核電廠都能挺住海嘯的攻擊,福島第一核電廠事故,真的就是一起事故,而不是什麼「核災」。

所以拜託華文界不要再用什麼「核災」來稱呼福島第一核電廠事故,

福島第一核電廠事故,就是一個因為海嘯而引發的「事故」。

https://www.youtube.com/watch?v=0zqFub5BBVs

參考資料

  • 「検証 福島原発 1000日ドキュメント」、『ニュートン別冊』、ニュートンプレス、2014年5月。
  • 石川迪夫(2014)『考証 福島原子力事故:炉心溶融・水素爆発はどう起こったか』、日本電気協会新聞部。
  • 原子力資料情報室編(2016)『検証:福島第一原発事故』、七つ森書館。