全球核能科技的創新研發走向新世紀

自日本「福島核災」之後，全球的核能設備及安全設計標準，皆全面研發提升。至於核能發展領域最大挑戰的「核廢料處理」，在先進國家的分離技術創新研發下，已有明確的解決方案。

文．李振麟

隨著地球氣候變遷越來越嚴峻，「淨零減碳」成為各國共識，尤其是受到烏俄戰爭以及中東區域性衝突影響，造成國際間的能源供應不穩定，化石燃料價格也因此劇烈波動，到底要如何得到低碳高效率又安全的發電結構，成為國際間積極研發討論的方案。近幾年來，全球核能產業的發展趨勢，大致上可區分為「新型反應爐技術研發與安全設計」、「核廢料的技術性處理」、「小型模組化反應爐SMR」以及「核融合技術發展型態」。

核電技術的創新與研發

全球約有四百多座核電反應爐在運轉，多數皆以「傳統核電技術」為主力，通常可區分為以下幾種：

一、壓水式反應爐（PWR，Pressurized Water Reactor）：以高壓水作為冷卻劑，占全球核電廠近七十％。

二、沸水式反應爐（BWR, Boiling Water Reactor）：直接將反應爐中的水煮沸，藉由蒸汽方式來驅動渦輪機。

三、重水反應爐（加拿大 CANDU型）：燃燒天然鈾為主，採以重水（D2O）為減速劑。

如今這些傳統老舊設備、面對燃料效率以及安全標準，各國皆規劃以汰舊換新或升級原有的反應爐方式處理，尤其是關注於改善傳統核電技術以及針對環境安全上的疑慮進行改善，全球核能科技的創新研發，逐漸走向一個新的世紀。

新一代的核電（Gen III+）設備創新研發，採取被動式安全設計，不需要人為操作即可冷卻爐心，如此一來不僅提升燃料效率，也因此大幅降低故障率，可擁有六十年以上的更長壽命。其代表性技術：AP1000（美國西屋 Westinghouse）、EPR（法國 Areva）、VVER-1200（俄羅斯 Rosatom），目前這類型機組已經在中國大陸、芬蘭、俄羅斯、法國等國家運轉使用中。

另由十四個國家所共同組成的核能研發機構，在「第四代核能系統國際論壇（GIF）」上，宣布將研發推動新一代的核電技術（Gen IV），其主要技術類型如下：

一、採以液態燃料所建構的《熔鹽反應爐MSR》，具備天然安全機制。

二、《快中子反應爐FNR》經高效率燃料功能，將核廢燃料再生利用。

三、《氣冷高溫反應爐HTGR》技術，將所產生出來的核電熱，應用於氫氣製造與工業熱能。

新一代的核能反應爐，無論是《快中子反應爐FNR》、《熔鹽反應爐MSR》等，更有效於燃料運用，並大幅降低核廢料生成，甚至於可將「現有的核廢料再回收作為燃料」再生利用，以提升永續發展功能，尤其是在回收利用下，達成解決核廢料污染目標。如今這些技術已經進入試運轉階段，預估在二○三○年後，將可逐步投入市場運用。

小型模組反應爐SMR問世

將改變以往核能生態

「小型模組反應爐SMR」的技術發展時代即將來臨，美國的NuScale單位是首件獲得核管會認證的SMR設計，預計二○三○年將進行商轉；中國大陸建造了「玲瓏一號」SMR，並已進入運轉階段；俄羅斯建構了浮動式SMR「Academic Lomonosov」；加拿大則與GE Hitachi合作推進BWRX-300項目。「小型模組化反應爐SMR」，將可被視為未來能源系統中的「補充型基載電源」，有利提升區域性電網彈性以及能源安全。

自日本「福島核災」之後，全球的核能設備，如反應爐的安全設計標準，皆全面研發提升如下：

一、被動式安全系統：利用重力、自然對流以及壓力差來進行自動冷卻，不再如以往要依賴電力與人員

操作。

二、多重防護（Defense-in-Depth）：從爐心、反應爐壓力槽，以及圍阻體部分的階層防護，皆以強化抗震及抗洪目的而設計。

三、數位化與智慧監控：科技智慧運用，如AI監控系統、數位控制介面，以及遠端異常通報功能，提升反應速度與維護效率。

具體上要解決核電風險及環境問題，就必須思考以下方式：

第一、提高核電安全技術：採取更先進安全的核電機組，有了安全上的設計，必可提高反應爐穩定性，即使出現斷電或操作疏忽，也不至於造成熔毀災害。

第二、增加電廠備援支援與自動停機機制：建立雙機獨立的供電系統，提升防震與災害危機處理機制，遇到危機時，智慧啟動緊急停機與注水系統。

三、建立起獨立透明的核能監管：法律授權定期稽核，以及定期的員工培訓與危機模擬演練，大幅降低人為疏失等災害事故發生的可能性。

第四、放射性廢料的技術革新與社會溝通：核能最大的問題就是放射性廢料處理，民眾對核廢料的抗拒，往往源於相關資訊不對等錯誤以及黑箱決策。今日讓社區參與選址與監督機制，以及提供救災補助與就業保障，就是爭取支持的第一步。

核廢料處理方式

不斷演進與多元化

核廢料處理不只是高智慧呈現，也包括政治共識與社會信任度呈現，隨著科技進步，將可得到有效解決方案，核廢料處理方式也在不斷演變中。雖然目前仍關注於傳統地質上掩埋處理技術，但各國在安全、成本以及社會環境層面上也進行討論。

早期的「地層處理」被各界認為是最成熟的處理方式，就如同將放射性廢料密封後，再埋藏在數百公里岩層中，利用地質特性來阻絕放射線外洩，或者將這些放射性廢料中的「鈾」與「鈽」，透過「PUREX溶媒萃取」法分離出來，重新製成燃料後，再供核電廠回收使用。

如今在高科技技術下，可將核廢料本身結構直接分離改變，以減少燃料更換頻率與降低總體廢料量。如法國與日本採用燃料再處理的PUREX法，回收提煉核廢料；芬蘭採以「永久地質處置設施（Onkalo）」，安全提高封存核廢料時間，可達十萬年以上。雖然長年以來，「核廢料處理」是核能發展領域上的最大挑戰，但是全球的核能科技研究，已有明確的解決

方案。

核廢料處理方式採用新科技

核廢料經過現代科技技術處理後，將可減少體積、毒性以及管理上的難易程度，讓長期的儲存方式更安全與更安心。這些厚重金屬或混凝土容器可存放數十年以上時間，不僅「耐震功能」提升，還有「防洪」與「防撞」等功能運用。

有了先進國家的分離技術創新研發，可將廢料中的有毒元素直接分離潔淨，再利用「中子反應器」轉換成為短期壽命，以及穩定分子結構。科技進步讓核廢料轉向為「毒性低、主動減量以及安全封存」的新技術型態，為核能發展奠定更安全無慮的保障條件，今日唯有技術與制度雙軌並行，才能達成降低核災風險的疑慮。