中國工程師學會

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核能安全相關議題

若核災發生，斷然處置是否能有效確保輻射不外洩？作業時間來得及嗎？如果發生人為疏失要如何克服？

Updated: 102年12月26日

【摘要】:

2011年3月11日日本東北外海發生規模9.0的超大地震，福島電廠雖然在強震下時安全停機，但40分鐘後大海嘯造成廠內淹水，造成廠內所有交流電源喪失，由於沒有把握黃金救援時間將冷卻水注入反應爐淹蓋核燃料，導致反應爐內溫度與壓力節節上升，最後演變成不可收拾的核燃料熔損並衍生氫爆與大量輻射外洩等後續效應。2012年7月日本國會公佈福島事故調查報告，說明福島電廠除了遭受超大型海嘯外，也因緊急處置行政程序僵化，而導致決策救災的延遲，故福島核災發生的真正原因是天災也是人禍。

我國核電廠比日本福島電廠多了七項的防護縱深，包括在高程建立多重的後備電源與水源；並深入剖析造成福島事故的關鍵因素是延誤注水進入反應爐，乃建立「機組斷然處置措施」及時注水冷卻爐心，有效確保福島情境核災下的民眾生命財產安全，目的是寧願犧牲電廠，也絕不會讓輻射外洩。

【說明】：

斷然處置相關背景說明

我國使用核能發電首要確保人民生命財產之安全，方可善用核能發電對減碳與經濟民生之效益。2011年3月11日日本東北外海發生規模9.0的超大地震，福島電廠雖然在強震下時安全停機，但40分鐘後大海嘯造成廠內淹水，造成廠內所有交流電源喪失，由於沒有把握黃金救援時間將冷卻水注入反應爐淹蓋核燃料，導致反應爐內溫度與壓力節節上升，最後演變成不可收拾的核燃料熔損並衍生氫爆與大量輻射外洩等後續效應。2012年7月日本國會公佈福島事故調查報告，說明福島電廠除了遭受超大型海嘯外，也因緊急處置行政程序僵化，而導致決策救災的延遲，故福島核災發生的真正原因是天災也是人禍。

但是福島情境的核災，並不會發生在臺灣，理由有二：首先就外海的地質條件來說明，海溝型斷層錯動是形成海嘯的條件之一，當斷層與海岸線平行，發生海嘯時將對海岸造成較大衝擊，日本福島電廠附近的海岸線與大斷層平行，故地震引發海嘯狀況極為嚴重；檢視台灣外海斷層與台灣海岸線均不平行，故基本上台灣核電廠不易遭遇到類似日本福島般的大海嘯衝擊。

其次，台電公司已針對福島事故的肇因，進行全面安全總體檢，並採取多項安全強化防範措施，以提升因應複合式天災的應變能力，我國核電廠比日本福島電廠多了七項的防護縱深(以核二廠為例，如下圖)，包括在高程建立多重的後備電源與水源；並深入剖析造成福島事故的關鍵因素是延誤注水進入反應爐，乃建立「機組斷然處置措施」即時注水冷卻爐心，有效確保福島情境核災下的民眾生命財產安全，目的是寧願犧牲電廠，也絕不會讓輻射外洩。

防線	複合防災項目	日本福島一廠	核二廠
1	廠址高程	10公尺	12公尺
2	緊急海水泵室保護	無	有
3	氣冷式柴油發電機 (後備電源)	無	高程:12公尺
4	氣冷式氣渦輪發電機 (後備電源)	無	高程:22公尺
5	生水池	無	高程:90公尺 (可補充3.68萬噸的冷卻水)
6	增設海嘯牆	無	可防止17公尺海嘯高程 (規劃中，待建置)
7	斷然處置措施	無	可有效阻止爐心熔毀，保護人民生命財產

機組斷然處置措施可有效避免福島情境的核災發生

假若核二廠面臨強震及大海嘯等複合式災害，電廠既有多重防禦縱深，可有效提升超過設計基準事故的防災應變能力，確保福島情境的核災不會在台灣發生。

當強震的主震來臨前，此時電廠已由強震自動急停裝置引動安全停機，待發佈大海嘯警報後，電廠即啟動斷然處置措施的SOP程序：準備列置注水入反應爐的流徑，同時進行反應爐控制性降壓及圍阻體排氣的準備工作。前述準備工作，工作人員可在1小時內完成所有準備(僅留最後一個關斷閥尚未開啟)，隨時可將生水、溪水或海水(實務需待海嘯退去後，方能列置)注入反應爐內。

當電廠運轉人員研判已達斷然處置注水條件時：

(1)

採生水或溪水注水時，由廠長/值班經理決行進行注水。

(2)

若以海水注水，則需通報台電核能副總經理，15分鐘內未回復，即由電廠值班經理決行，將海水注入。

有關斷然處置措施的安全分析理論基礎，業經國立清華大學採用美國核管會認證許可的程式完成分析論證，確認此一措施在學理上的可行性，並經電廠模擬器模擬及專案研究人員嚴密討論確認實務面的可行性，電廠即展開程序書編寫，完成人員訓練；並在民國101年美國Nuclear Engineering and Design期刊及第九屆國際反應爐熱水流運轉及安全會議發表，獲得國際同業熱烈迴響；民國102年3月初，我國邀請經濟合作暨發展組織核能署(OECD/NEA)專家來台檢視核能電廠壓力測試，核能署專家一致肯定我國的「斷然處置措施」為核電廠因應複合式天災之強項(Strength)；斷然處置措施亦已在國際上獲得各國的重視。

為確保斷然處置措施能確實執行，目前已將斷然處置措施列為電廠每年最優先訓練項目，務必讓每位第一線人員都清楚自己的角色及操作內容。民國101年台電公司核一、二、三廠各利用一次夜間進行模擬抽測各項操作及演練。此一程序並經中央災害應變中心動員演習，確認可依斷然處置措施將水注入反應爐，有效防止日本福島情境的核災在台灣發生。

斷然處置措施執行說明

台電公司提出斷然處置措施的構想後，除在學理上證明其可行性外(如後文)，並迅即檢討建立程序面與設備面的配套。在軟體的程序面上，各核電廠已完成「機組斷然處置程序指引」程序書，反覆訓練運轉員，並完成實際操練。在硬體的設備面上，更確認執行程序的各種必要設備均能符合所需的應變能力：

(1)

執行安全注水的兩套(RCIC、RHR B)安全停機路徑，其儀控盤面的耐震能力均達安全停機地震(SSE)，而管路本身更經評定強化具有1.67倍SSE的耐震能力，可以因應超大地震而不損壞。

(2)

執行反應爐洩壓的安全釋壓閥上的兩個電磁閥及儀用管路系統均具有SSE抗震能力，只要其中之一可用，就能有效操作安全釋壓閥，控制反應爐洩壓，讓各種低壓注水水源可以立即注入反應爐。

(3)

開啟安全洩壓閥所需的儀用壓縮空氣來源除原有的儲氣槽外，亦備妥氮氣瓶(核二廠無氮氣瓶)及空壓機，可持續不中斷供應壓縮空氣，操作開啟安全洩壓閥。

(4)

各設備所需的直流電也具有SSE抗震能力，除已擴充其容量，可因應24小時操作所需直流電力；更有移動式柴油發電機可以為電池持續充電，長期提供直流電力。

(5)

蒸汽推動的重要注水系統爐心隔離冷卻系統(RCIC)，除自動控制方法外，另具有人工操作注水進入反應爐之功能。

(6)

控制室運轉人員應變所需之反應爐壓力、水位等重要數據，可不經由儀表，可用量測儀器於控制室內直接加壓讀取數據。

有了以上可靠的軟硬體配套措施，當能確保斷然處置措施的順遂執行。

斷然處置措施學理說明

斷然處置措施是在電廠失電全黑的狀況下，利用反應爐邊降壓、邊補水，以及其後之急速降壓以引入多元、可靠的低壓注水來移除反應爐內的熱量，讓反應爐最終處於冷停機安全狀態的緊急操作程序。斷然處置措施啟動的第一步驟即是降壓補水，降壓可主動開啟安全釋壓閥，而且祇要16只安全釋壓閥中之1只洩壓即可；補水則有蒸汽推動的RCIC (爐心隔離冷却) 高壓注水系統，此系統在反應爐壓力高於10 kg/cm2 時都是可用而且有效的補水系統。

斷然處置措施的降壓是兩段式降壓，先在斷然處置措施設備列置期間之1小時內，使用1只安全釋壓閥將反應爐壓力降到15 kg/cm2，然後在斷然處置措施注水條件成立時，以手動方式進行洩壓，以核二廠為例，同時開啟16只安全釋壓閥中之7只，將反應爐壓力自15 kg/cm2再降到接近大氣壓力，確保低壓注水系統包括生水、溪水或海水能以最大流量快速注入反應爐，提供反應爐冷卻，讓核燃料護套最高溫度小於華氏1,500度，並讓反應爐最終維持在低壓力與低溫度之冷停機安全狀態。

斷然處置措施的降壓在第一階段祇需一只安全釋壓閥，而在第二階段的前1~2分鐘內祇需半數的安全釋壓閥，其後最多也祇需要一只安全釋壓閥，因此，降壓失敗機率非常低。至於斷然處置措施的注水冷卻反應爐，因為經過兩段式降壓後，注水系統的水源相當多元，而且在反應爐處低壓狀態下，注水系統流量可達最大化，更能滿足事故當時所需之補水流量(以核二廠為例，流量祇需650 gpm)，所以成功機率非常高。

斷然處置措施確實執行後，反應爐內核燃料護套溫度最高仍低於華氏1,500度，因此，不會有氫氣產生，亦即不會發生氫爆，而且核燃料不會破損，原被核燃料護套包封住之輻射性氣體不會外釋，所以廠界外民眾不必疏散，達成核電廠斷然處置的最終目的。

結語

我國斷然處置措施已完成學術研討及實際演練等嚴謹程序，可確保日本福島情境的核災不會在台灣發生，目前原能會正對斷然處置措施進行審查中。

從前面的章節說明可以瞭解，斷然處置措施所使用到的器具和設備若不是已先安置在電廠現場，則是事先已備妥並儲放在特別選定的安全場所，這些可移動式器具和設備在必要時都能被快速地移至現場直接使用或安裝至定位後即能立即提供其規劃功能，終止反應器機組狀況惡化，並將其帶至低壓低溫之安全情境。斷然處置措施相關器具和設備列置時間在一小時以內，斷然處置措施操作程序單純明確，各個步驟和其功效都已經由清華大學和台電公司核安處完成分析驗證，確認此一措施可行而且有效。

自從台電公司提出斷然處置措施的作法後，國內學界對此一措施已提出多項的建議與看法，只要能提升核能安全的各種具體建議，台電公司均會以最嚴謹的虛心態度來進行評估，並採取必要的作為來精進斷然處置措施，藉以提升核電廠因應超過設計基準事故的能力，有效確保民眾生命財產的安全。