第二章 文獻回顧
第一節 核能安全
第二章 文獻回顧
第一節 核能安全
壹、 核電廠安全設計
一、 核能發電原理
核能發電是大量利用「核分裂能」（fission energy）以供民生運用的一個重 要途徑。核分裂反應為一種將較重的原子核分裂為兩種較輕的原子核，使其減少 的質量，轉變為能量釋出。而要使原子核分裂，得改變其穩定的狀態，例如利用 中子撞擊原子核，原子核就會達到激發狀態，進而引發核分裂，分裂時可釋出數 個中子，這些中子可以再用於撞擊其他原子核，使分裂反應繼續進行，形成「連 鎖反應」，在短時間內放出大量的能量。
核能電廠以核分裂能做為推動渦輪機的動力來源，其發電原理包含下列三個 過程：
1. 核分裂釋出核能─利用置放於反應器爐心內之核燃料的核分裂反應釋放出 核能，最後幾乎變成熱能。
2. 核能轉化為機械能─再將核能變成之熱能直接（例如：沸水式反應器）或間 接（例如：壓水式反應器）將水加熱成可用來作功的大量高溫高壓水蒸汽。
3. 機械能轉化為電能─最後，利用核能蒸汽推動渦輪發電機高速轉動而發電。
（楊昭義、陳勝朗、尹學禮，2009；楊昭義、尹學禮，2011）
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二、 核能安全維護基本設計原則
核分裂反應所產生的大部份分裂產物及放射性物質的原子核均不穩定，須經 由放射性衰變以達到穩定狀態，因此存在於核能電廠反應器爐心的分裂產物及放 射性物質，如果在事故中釋放到外界環境，將會汙染環境及威脅民眾的生命財產 安全。因此核能發電安全最重要的考量為「避免無法控制的放射性物質外釋到周 圍環境」(楊昭義、陳勝朗、尹學禮，2009)。
為了確保核能發電的安全，核能電廠的安全設計採用「深度防禦」（defence in depth）概念，以多重障壁（multiple barriers）來防止放射性物質與環境的接觸，
並利用多重與多樣的備用安全系統來確保多重障蔽的完整（翁寶山，2001）。
（一） 深度防禦（defence in depth）
深度防禦的概念是將放射性物質置於層層防護屏蔽之中，阻止放射性物質與 外界環境接觸，目的是把發生核子事故的機會及影響降到最低程度，因此核能電 廠的安全設計上一般設置了深度防禦的三道防線。
第一道防線是預防事故的發生，包括在設計上使工程參數和設備尺寸留有充 分的安全裕度（Safety Margin），即有相當大的安全係數；採用「冗餘性」原則，
即關鍵設施如供電、核鏈反應的控制系統、儀器儀表系統等均設有具有相同功能 的兩個或兩個以上的不同系統，一旦第一個系統出事立即切換到第二個系統；設 備、設施、建築等各方面的結構、材料和加工工程必須確保安全和質量，以防止 失效（馬栩泉，2009）。
第二道防線是控制事故，即抑制事故擴大，主要是防止核分裂產物進入環境，
以保護運行人員和公眾的安全。目前常使用的壓水式反應爐或沸水式反應爐設有 三道的屏障，第一道屏障是燃料元件的外殼，將所有核分裂產物包容起來；第二
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道屏障是一迴路壓力邊界，即一迴路容器和管道，包含了反應爐爐芯和冷卻劑；
第三道屏障是安全殼，萬一核分裂產物逸出爐芯，它可以防止分裂產物的外釋（馬 栩泉，2009）。
第三道防線是緩解事故，萬一發生事故，前兩道防線功能已經喪失，圍阻體 已經受到威脅時，應立即啟動反應爐專設安全設施，盡量冷卻已嚴重損壞的爐芯，
把反應爐恢復到可控制的狀態，盡量降低放射性物質向圍阻體外釋放（馬栩泉，
2009）。
（二） 多重障壁（multiple barriers）
多重障壁的結構設計就是在核能電廠的基本結構體上具有多層的屏蔽物，可 以將核子分裂產生的放射性物質緊密地封閉在多層的屏障之內，由內而外以燃料 丸、燃料護套、反應爐壓力槽、鋼筋水泥圍阻體、反應器廠房所組成。
「燃料丸」（Fuel pellet）外型如半吋長粉筆一般大小的圓柱體，是由具高密 度陶瓷性的二氧化鈾製成，質地緻密堅硬，可承受 2,000℃以上的高溫。核分裂 就發生在燃料丸內，因絕大部分放射性物質移動距離非常短，所以幾乎都滯留燃 料丸內，只有極少量惰性氣體和碘，會藉著擴散作用而逸出燃料丸外。
燃料丸串疊在特製的鋯合金管「燃料護套」（Cladding）裡，兩端封閉起來 便稱為「燃料棒」（Fuel rod），可以承受高溫高壓環境，逸出燃料丸的放射性氣 體和碘會被包封在護套內。
「反應爐壓力槽」是厚達 30 公分，重達 1,000 噸的高強度金屬容器，以特 殊鋼料製成，能耐高溫高壓，若放射性物質因燃料護套損壞而逸出，仍被包容在 壓力槽內。
「鋼筋水泥圍阻體」，即一次圍阻體，若反應爐破漏時，內襯鋼板的水泥圍 阻體可以封閉從反應爐壓力槽散逸出來的放射性物質。「反應器廠房」為鋼筋水
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泥建成的建物，又稱二次圍阻體，將鋼筋水泥圍阻體包封在裡面，壓力比外面大 氣壓力低，萬一有放射性物質洩漏至反應器廠房內，需經特殊的處理設備過濾輻 射物質後才可將氣體排放到大氣中。
圖 1 輻射的多重防護設計 資料來源：核能看透透網站
http://wapp4.taipower.com.tw/nsis/2/2_2.php?firstid=2&secondid=2&thir did=1
（三） 多重性（redundancy）與多樣性（diversity）
核能電廠設計及建造時，重要安全系統或設備應盡可能具「多重性」，擁有 二串（trains）以上同樣設計之相同系統，而且每一串均須具備獨立運作的功能，
以避免因一串系統故障就完全失效。
除了多重性設計外，還須考慮重要安全系統與設備之「多樣性」，採用兩種 以上在實體上或技術上不同的系統或設備，換句話說，就是要提供兩種以上可達 相同目標的不同方法（楊昭義等，2009）。
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貳、 核子事件的分級
為了統一各國發生核子事件的判斷標準，以利於通報和在科技界、媒體、公 眾之間取得共同的理解，國際原子能委員會（International Atomic Energy Agency，
簡稱 IAEA）和經濟合作暨發展組織核能署（Organization for Economic
Co-operation and Development/ Nuclear Energy Agency，簡稱 OECD/NEA）於 1990 年制定「國際核事件分級表」，經過多次的更新，最新版為 2008 年版的《國際核 和放射事件分級表使用手冊》。此分級表將事件分為 7 級：1～3 級稱之為「事件」；
4～7 級稱之為「事故」；無安全意義的事件被劃分為「分級表以下/0 級」，級別 愈高愈嚴重。為向公眾通報事件，核事件分級表的每個級別可用簡短的描述說明，
由嚴重程度低到高分別為「異常」、「一般事件」、「嚴重事件」、「影響範圍有限的 事故」、「影響範圍較大的事故」、「嚴重事故」和「重大事故」。
核子事件的分級準則考慮了三個不同方面的影響，分別為「對人和環境的影 響」、「對設施的放射屏障和控制的影響」、「對深度防禦的影響」，詳細的分級準 則見表 1。
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資料來源：整理自行政院原子能委員會網站和 International Atomic Energy Agency, Organization for Economic Co-operation and Developmen(2008)。國際核和放射事 件分級表使用手冊。取自
http://www-pub.iaea.org/MTCD/publications/PDF/INES-2008-C_web.pdf
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參、 核子事故
一、 三浬島核災
三浬島核能發電廠位於美國賓州首府哈里斯堡東南方 16 公里的地方，1979 年 3 月 28 日清晨四點半，二號機組反應爐因機械故障而失去冷卻水，使爐芯冷 卻條件嚴重惡化，爐芯燃料元件損傷超過 70%，其中 35%～45%的元件熔化，有 50%的氣態分裂產物釋放到圍阻體中，其中揮發性分裂產物碘和銫絕大部分溶解 於圍阻體的水中，氣體分裂產物氪和氙存留在圍阻體的空氣中（馬栩泉，2009）。
這次的事故核能發電廠有三名工作人員受到超過年規定限值的個人劑量（當 時為 50mSv/a），在核能發電廠周圍 80 公里範圍內個人劑量平均為 15μSv，最大 有效劑量為 850μSv，約等於自然輻射對人產生年劑量世界平均值的 35%（馬栩 泉，2009）。
三浬島核災事故是由機械設備故障和工作人員連續操作錯誤引起的，在國際 核和放射事件分級表中歸類為「對設施的放射屏障和控制的影響」，為「第 5 級
─影響範圍較大的事故」。
二、 車諾比核災
車諾比核能發電廠位於前蘇聯西部，烏克蘭加盟共和國的首府基輔以北 130 公里的地方，1986 年 4 月 26 日車諾比核能發電廠的第四號反應爐進行停爐試驗 時，因試驗過程中一連串的錯誤操作，導致反應爐功率劇增，冷卻水流量下降，
燃料過熱引起爐芯融化，爐內生成大量蒸汽，熔融的燃料碎粒與水發生劇烈化學 反應，引起蒸汽和氫氣爆炸，石墨燃燒，在很短的時間內發生了化學爆炸，炸毀
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了反應爐和部分建築物，爆炸碎片飛落引起三十多處火災，放射性物質被拋向高 空，散入大氣之中（馬栩泉，2009）。
發生爆炸時，有兩個工作人員當場死亡，而車諾比核災事故大部分的受害者 都是由於受到輻射線的傷害。當時被輻射層污染的地區包括了前蘇聯的部分地區、
西歐、東歐、斯堪地那維亞半島、不列顛群島和北美東部部分地區，此外，烏克 蘭、白俄羅斯、及俄羅斯境內均遭受到嚴重的核污染，超過三十多萬名的居民被 迫撤離。
另外，大火引發的高溫使反應爐內的碘-131、鍶-90 和銫-137 等輻射物質衝 向大氣層，向四面八方擴散。鍶-90 和銫-137 對土壤會造成汙染，所以植物、昆 蟲、蘑菇等位於土壤表層的部分會吸收銫-137，銫-137 被吸入人體後，會與人體 的細胞相結合，不易排出體外而且常存於組織中，使人體罹患癌症的機會增高（賀 立維 2013）。
車諾比核災事故在「對人和環境的影響」層面造成廣泛的健康和環境影響，
向外界釋放了相當大量的放射性物質，因此在國際核和放射事件分級表中被評為
「第 7 級─重大事故」，是當時歷史上最嚴重的核災事故。
三、 福島核災
2011 年 3 月 11 日 14 點 26 分在日本本州島東北約 400 公里，發生了芮氏九 級的地震，這個地震隨後引起了大海嘯，地震加海嘯使日本東北地方福島縣的福 島第一核電廠發生一系列設備損毀、爐芯熔毀、輻射釋放等災害事件。
2011 年 3 月 11 日 14 點 26 分在日本本州島東北約 400 公里，發生了芮氏九 級的地震，這個地震隨後引起了大海嘯，地震加海嘯使日本東北地方福島縣的福 島第一核電廠發生一系列設備損毀、爐芯熔毀、輻射釋放等災害事件。