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資料來源:台電公司核能看透透網站

http://wapp4.taipower.com.tw/nsis/2/2_2.php?firstid=2&secondid=2&thirdid=1

輻射的多重屏障設計

核能電廠是透過多重屏障的設計原理,縱使發生最嚴重的假想事故時,可將核分裂產生的放射性物質重重包封,防止釋放至外界,危及民眾的安全。所以核能電廠設計了五種屏障防止放射性物質外洩至環境。

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1.燃料丸:
燃料丸外形如半吋長粉筆一般大小的圓柱體,是由高密度陶瓷性的二氧化鈾製成,可將大部分的核分裂產生的輻射物包封在其內,只有小部份的氣態分裂產物,才會逸出燃料丸外。

2.燃料護套:
燃料丸串疊在特製的鋯合金管(稱為燃料棒護套)裡,兩端封閉起來(即稱為燃料棒),逸出燃料丸的氣態放射性物質,會被包封在護套內。

3.反應爐壓力槽:反應爐壓力槽是以特殊鋼料製成,能耐高溫高壓的大容器。燃料就在這壓力槽中,若放射性產物因燃料護套損壞而逸出,仍被包容在壓力槽內。

4.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,不致洩漏出去。

5.反應器廠房:為鋼筋水泥作成的建物(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,萬一有放射性產物洩漏至反應器廠房內,排放外界的氣體需經特殊的處理設備過濾其中的輻射物質,不致直接逸散到大氣中。

深度防禦的設計理念與營運

核能電廠的設計理念是先假定萬一發生一連串的事件,而引致最惡劣的情況,亦不致危及公眾的健康。為了確保核安,核能電廠是根據深度防禦的哲學而設計、興建與營運,將核能電廠置於層層的保護之中。

在預防天然災害的安全設計上,除有自動安全停機的設計外,亦要具備「防止事故擴大及消弭事故」的能力,而在發生事故後,仍具備「防止放射性物質外釋」的多層設計,除預防事故發生外,亦考量事故發生後能將事故降到最低傷害,這便是深度防禦的多重安全設計精神。

在電廠的營運上,除強化核能電廠的運轉安全管制措施,加強從業人員的訓練、防止人為疏失的管制作業並持續執行未雨綢繆的核子事故緊急應變計畫演習。

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防止異常事件發生的設計

核能電廠依嚴格的法規要求,採取最嚴謹的設計,最佳的工程施工法,採用最合適的材料品質及儀器設備,謹慎的運轉與維護,使事故發生的可能性減至最低。

天然災害的防護設計

核能電廠對於廠址的選擇非常嚴謹,除完整收集有關地震、颱風、海嘯等天然災害的資料外,最重要的是要遠離活動斷層。
台灣地處環太平洋地震帶,因此台電對於核能廠的廠房與設備的耐震設計,是以謹慎與保守的作法進行地質及地震資料的收集,並以過去發生與未來可能發生的最大地震做為設計標準。

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例 如台電為了證實圍阻體的耐震安全設計,在宜蘭羅東鎮建造以核三的圍阻體1/4比率的實體模型進行各種地震資料的收集分析,稱為「羅東計畫」。
核能電廠的廠房是建在完整的岩盤上,以減低地震的震度。岩盤的搖晃程度只是表層震度的1/2~1/3。
為了強化核能電廠廠房的耐震度,建築結構是採取對稱的配置與三方向的地震力考量(一般建物只考慮單向的水平地震力)。

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電廠內設有很多地震偵測儀器,當發生地震大於某種程度時,會引起電廠自動停機。
依過去的最大颱風資料,做為廠房承受颱風的設計考慮,且當風速達到某種級數時,電廠將降低功率或停止運轉,以減少運轉的風險。調查海嘯的資料,廠房建於不會淹水的高度,以確保電廠的安全。

考慮「安全餘裕」的設計

補償因設計、製造、施工及運轉維護等可能產生的偏差,還考慮到有任何預料外之情況發生,而仍能確保電廠的安全。所使用的材料都先經過試驗,有最佳的品質及性能。

防止錯誤操作的設計

電廠運轉儘量採取自動化控制重要設備的狀況,集中顯示於控制室,提供運轉員正確的判斷與操作。重要機件都以「失靈安全」或「聯鎖系統」的觀念來設計。

重要的設備分別安裝在不同的位置

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多套的安全設備要安置在不同的位置,以避免發生火災或其他意外的情況下,造成重要的設備都同時失去功能。

對機器和設備實施嚴密的維修與檢查

從製造及安裝開始,就遵守「品質保證」制度。所有的機器和設備,按事先安排的週期,做定期測試或保養,以保障安全。每一年半皆安排停機大修,除更換燃料外,對每一個安全有關的設備,實施最精確、最嚴密的檢查,並做適當的維護及更新。

防止事故發生及擴大的設計

核能電廠的電氣、機械等設備極多,難免會發生不正常現象或故障,為了確保電廠的安全運轉,要能確定設備是否正常與能否滿足設計的功能,方可避免因設備故障而影響到安全與事故的擴大。

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監測設計

雖然運轉值班人員會定時巡視現場,但仍會有不易察覺的異常現象。藉著許多自動(溫度、壓力、水位、流量、輻射、振動......等)監測儀器及自動化驗設備,能及早發現異常,而採取因應措施。

急停設計

當儀器偵測到不正常現象,而有停止運轉的必要時,能立即傳送信號,將控制棒自動快速的插入反應爐中,使連鎖反應停止。

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多重性的安全設備

相同功能的安全系統設備同時安置多套,只要任何一套能發揮功能,即可確保電廠的安全,使電廠不會因其中一組安全的設備發生故障,而降低了安全性。

多樣性的安全系統

以「多樣性」(Diversity)的觀念來設計。所謂多樣性是以不同的系統,組件或方法,來達成相同的功能。譬如萬一控制棒不能移動時,還有一套硼酸(一種強力的中子吸收劑)系統,能注入反應爐使其停機。

避免事故、防止放射性物質外釋的設計

緊急爐心冷卻水系統

核能電廠若發生「冷卻水流失事故」(這是假設反應爐冷卻水的主配管,瞬間斷裂),反應爐內的冷卻水會很快的減少。若燃料棒無水淹蓋時,燃料棒就會因高溫而破裂,導致大量的放射性物質將釋出。為了應付這類事故,電廠具有幾套緊急爐心冷卻系統,當事故發生時,這些系統,會按設定好的程序,自動的把水注入反應爐中,將燃料棒淹蓋並加以冷卻,避免燃料護套損壞而造成輻射物質逸出。

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圍阻體自動隔離

在核能電廠發生異常的情況,監試儀器監測到可能造成輻射物質逸出的事故時,會引起圍阻體自動隔離的動作,將輻射物質封閉在圍阻體內,不致洩漏出去。

加強核能電廠運轉/維護的安全管制

核能電廠的安全除要有安全的系統設備設計外,更須有完善的作業管制措施才能保障電廠運轉與民眾的安全。主要作法為:

1. 嚴格遵行的品質保證制度。

2. 電廠從業人員的訓練及資格要求。

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a.運轉人員的訓練與資格鑑定:

(1)各能電廠設置與控制室相同的模擬器,提供運轉人員演練各種機組狀況的操作,使能熟練正常與各種異常的狀況操作。

(2)控制室的操作人員要取得資格執照才得以操作控制盤,以後每兩年要重新更換,以維持操作人員的技能水準。

b.電廠員工與承包工作人員要取得相關證照才得以從事設備的維修工作。

3. 嚴格要求從業人員遵照規範與程序書的步驟作業,避免失疏的發生。

4. 建立輻射防護作業,保障作從業人員的健康。

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5. 訂定嚴密的電廠保安計畫,防範人為的破壞。

6. 各核能電廠每年實施防範未然的緊急計畫演習,保障民眾的安全。

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輻射是什麼

輻射就像光一樣,是一種能量。若依其能量的高低或游離物質的能力可分為「非游離輻射」和「游離輻射」兩大類:

非游離輻射:指能量較低無法使物質產生游離的輻射,例如太陽光、燈光、紅外線、微波、無線電波、雷達波等。

游離輻射:指能量高且能使物質產生游離作用的輻射,通常又可區分為:

(1)電磁波輻射,如X射線及加馬(γ)射線;

(2)粒子輻射,如阿伐(α)射線、貝他(β)射線及中子射線。

一般所謂的輻射或放射線,都是指游離輻射而言。

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不同的輻射具有不同的穿透能力,阿伐射線的穿透能力最弱,一張紙就可以全部把它擋住。貝他射線雖能穿透普通的紙張,但卻無法穿透鋁板。加馬或X射線的穿
透力最強,需要適當厚度的鉛板或更厚的混凝土才能有效地阻擋,而能有效使中子減速而降低能量的材質則為含氫的水、石蠟或混凝土。

輻射的單位

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(一)活度

放射性的強弱以活度(activity)表示,所謂活度,就是放射性物質在單位時間內衰變的次數。國際單位為貝克,舊單位叫居里。

1貝克(Bq)=1衰變/秒

1居里(Ci)=3.7×1010衰變/秒

(二)曝露

指輻射的照射。曝露的國際單位為庫侖/仟克空氣(C/kg),專用(舊)單位為侖琴(R)。

1侖琴=2.58×10-4庫侖/仟克空氣

(三)吸收劑量

指單位質量的物質接受的輻射平均能量。國際單位為戈雷(Gy),專用(舊)單位為雷得(rad)。

1戈雷=1焦耳/仟克(J/kg)=100雷得

1雷得=100爾格/克(erg/g)=0.01焦耳/仟克

(四)等效劑量(HT)

等效劑量與輻射引起的大部份延遲效應有正比例關係。組織內的等效劑量(HT)是吸收劑量(D),射質因數(Q)和其他修正因(N)的乘積。對體外照射而言,N=1。

HT=D×Q×N

縱使吸收劑量相同,但由於輻射種類不同即會造成不同的生物效應,射質因數即為用來修正此因素的因子。阿伐射線之射質因數為20,貝它及加馬射線為1。等效劑量的國際單位為西弗(Sv),專用(舊)單位為侖目(rem)

1西弗=1焦耳/公斤(J/kg)=100侖目

1侖目=10-2焦耳/公斤=10-2西弗

(五)有效(等效)劑量, HE

有效等效劑量是體內各組織或器官之平均等效劑量與器官加權因數乘積的和,即有效等效劑量=∑T(加權因數)x(等效劑量)T加權因數是人體各組織或器官對於輻射傷害相對敏感度,加權因數愈大.受輻射傷害機率愈大。

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天然背景輻射

人類生活在地球上,無時無刻都會接受到輻射,這些輻射有些來自外太空,又稱「宇宙射線」,有的來自土壤、岩石中微量天然放射性核種、水及空氣中天然放射性氡氣,甚至人體中所含之鉀40等;這些輻射我們稱為「天然輻射」。因此,在我們周遭的生活環境裡,到處都充滿著看不見、聞不到、摸不著的輻射。

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度量人體所受輻射之影響以西弗為劑量單位,一般以毫西弗(千分之一西弗)表示,依輻射偵測中心資料顯示,臺灣的年平均天然輻射約為1-2毫西弗。若每天
看電視一小時,累計一年所受之輻射劑量約0.02毫西弗,而我國核能電廠運轉全年對廠外民眾造成的最大個人劑量約為0.001-0.015毫西弗,遠低於天然輻射造成的劑量。

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除了「天然輻射」之外;醫學診斷上的應用(如:核子斷層掃瞄及胸腔X光檢查等)、工業運用(如:液位指示計、非破壞檢驗等)、核子試爆及核能設施等都會產生輻射,這些統稱為人造輻射。各種輻射來源所佔的比例如右圖。其中以天然輻射所佔的比率最大。

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綜合上述說明,台灣地區民眾所接受的輻射,天然輻射約佔66.4%,人造輻射約佔33.6%(其中醫療佔33.2%),而核能設施所造成之輻射值僅佔千分之一,相較之下顯得微乎其微。

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核能電廠的環境影響途徑

核能電廠放射性物質排放之輻射影響途徑為:

1、放射性廢氣排放之輻射影響途徑

(1)沉降於地表之放射性核種所造成之體外劑量

(2)吸入含放射性核種空氣造成之體內劑量

(3)攝食含放射性核種農牧產品(農作物、肉類及奶類)造成之體內劑量

(4)懸浮於空氣中的放射性核種所造成之體外劑量

2、放射性廢水排放之輻射影響途徑

(1)累積於岸沙的放射性核種所造成之體外劑量

(2)於含放射性核種海水中游泳或划船所造成之體外劑量

(3)攝食含放射性核種海產(魚類、無脊椎類及海藻)所造成之體內劑量

核能電廠輻射偵測作業

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各核能電廠廠界附近設置許多輻射監測站,連續度量直接輻射並定期分析周圍空氣、水樣、土樣、農漁牧產物中之放射性核種含量,以隨時掌握環境的輻射狀況。