核廢料可作太空衛星用核燃料／許耀升

許耀升（馳品設計執行長）

台灣經濟部長郭智輝日前於立法院經濟委員會備詢時表示，政府持續關注新核能技術，只要在安全無虞、核廢料可處理、大家有共識等三原則下，並不會反對核能，而目前只剩下核廢料處理這個命題！

核能，經常會被民眾質疑：「核廢料怎麼處理」？但是大眾有所不知的是，核廢料是可以持續再利用的。就價值性而言，核廢料仍然是種相當優良的能源。

這些核廢燃料裡的鈾235濃度，從核反應前的5%，降到不足1%，因此會使得核能反應發電變得沒有效率，於是核廢料就會成了令人頭痛的負擔。因為它們仍有高熱與高放射性輻射！但實際上，即使是不足1%的鈾235濃度，仍然比天然鈾礦還來的高，因此核廢料仍還有著精煉上的可利用價值，而且這種技術其實並不算創新，早在50年以前人類科技就已經發展出乏核燃料的再利用了。

「鈾燃料的再萃取」(PUREX,plutonium uranium reduction extraction)處理方法，就是利用化學的手段，將核廢料中精煉出未反應的鈾235，再製成新鮮的鈾燃料棒。

高階核廢料的「再處理」製程，會將用過的燃料棒所分離出鈽與鈾，製成一種混合氧化物的核燃料棒（Mixed oxide fuel，MOX），剩餘的高階核廢料則會被加入玻璃固化。 透過這個方法，可以大幅度減少掉核廢料體積，變成原來體積的1/10，也能把高放射的核物質給大量清除，使半衰期從原來的數千年，減少到大約400年左右，至於無法再處理的廢料，可以通過「玻璃化」的方法，使這些放射性物質不會擴散。

然而，MOX 混合氧化物燃料棒只能提供給特殊規格的反應爐去發電，並不適用於台灣甚至目前主流的核電廠，且能被再利用的燃料棒其實比例極低，發電量難以符合預期，而經過處理過後被加入玻璃固化的剩餘高階核廢料，仍是具備有著高輻射危險性，還是要去尋找最終處置場。

而將原本永久封存廢棄的核廢料再升級至MOX核燃料的話，其最大的優勢在於：「它能夠解決掉武器風險等級的鈽之再利用」。在所有的核廢料裏，裏面的鈽原素若是不用於製造MOX混合氧化物核燃料，那鈽就將永遠只能是被當作為核廢料處置，而且核廢料的鈽成份還會帶來核擴散的風險！目前每年在全世界範圍內所產出的乏核燃料中，大約就存在有100噸的鈽，如果我們能夠使鈽再循環加以利用，將會使從核燃料中得到的能量提升12%，而如果同時使用濃縮技術再循環鈾-235，則會使核燃料中可以利用的能量再提升20%，所以發展鈾燃料的再萃取處理是最能解決掉鈽的一種妥善方法，對於在全球核污染減少的方向上，更能達到最佳利用效果。

位於亞利桑那州的帕洛貝爾德核能發電站，就是設計為使用100%MOX混合氧化物核燃料，但是到目前為止，它仍是一直處於使用低濃縮鈾作為核能發電。在理論上，七個傳統核反應爐每年製造出來的混合氧化物燃料能足夠三個帕洛貝爾德反應爐去使用。但既然如此，為何PUREX的再萃取技術後來仍是發展不起來呢？除了針對於MOX燃料棒是需要另外再去花一筆龐大的經費來蓋一座特殊規格的反應爐才能發電以外。很多專家認為，若大量去生產MOX核燃料棒使其達到具商業化規模價值時，隨著商用的混合氧化物核燃料大量普及以及相應的再處理技術全球化發展下，會對世界帶來更大的核風險之恐懼，例如恐怖份子會拿來做成炸彈等。再加上早期各國在發展核電廠時，核能非常便宜且並不愁核廢料沒有地方放，所以關於這些核廢料能夠再處理的技術發展，就這麼胎死腹中了。

目前現在世界各國的太空競賽中，政府或私人企業所大量投注在太空探索的經費發展比重上，一直在逐年增加中。面對著未來地球暖化的不穩定因素，相信在未來的5至10年間，人類文明對於在探索太空的熱潮及風頭上，會使太空產業開始慢慢達到高點，這對於太空產業鏈上的龐大商機必然是不可小視，任何一家公司只要能吃到太空設備產能上的一小小部份，都能夠傲視群雄了。

但奇怪的是，雖然世界各國或企業間對於太空市場的熱情程度已是越來越濃烈，但至今為止，我們目前已知所有發射出去的任何太空衛星或是探索用衛星、探索車等等，仍是採用內建電池加上能展開的太陽能板作發電，對於機體動力來源至今還是採用傳統多年沒變過的舊式運作設計。這對於若只是衛星飄盪在浩瀚無垠的太空上似乎是無妨，但若是要降落至星球表面上，就容易遇到星球風沙過大或坑洞陰影處、夜晚等因素而接收不到太陽能的情況，這樣只會使高價昻貴的探索車失去電能而報銷廢棄掉。

但MOX燃料棒，其實是非常適合用作於太空衛星甚至探索車上所需的核能反應爐發電之燃料。想想看，這些衛星或探索車執行任務往往都要十多年以上，也並沒有回收方面的打算，然後機體本身用電量本身就不大，只要能足夠供應於機艙內的各設備運作就足夠了。對於目前市面上號稱最先進的小型核能發電模組化反應爐 SMR，雖說能設計到像貨櫃一般大小，讓它可以到處隨拉隨走，但MOX混合氧化物核燃料棒的反應爐，在理論上，其實可以比SMR更小、更具模組化優勢。

若是在不追求於大量發電的前提下，對於核廢料再處理下所分離出來的鈽與鈾之中，能適度修改調劑混入剛好的氧化物核燃料比例，會使其MOX混合氧化物燃料棒之發電效能變得更緩慢及稀少，這使MOX反應爐在連鎖反應中斷時，也能夠靠著空氣去自然降溫！因為是低濃度的MOX鈾濃縮含量，所以可發生裂變下反應堆產生的核災不可控風險會降低；因為在低度發電的熱功率輸出範圍內，更高的安全性無需人類去干預被動管理，所以能夠採用無人化電腦去處理，只要電腦不故障，就能一直控管下去；因為能夠採用智能去控管反應爐，反應爐的設計就能夠去大量模組化發展，這在於成本和風險向來就是產業是否能成功的關鍵因素。

台灣在太空科技領域的發展上，不僅有衛星與火箭的自主研製之能量，也有堅實的半導體、資通訊、精密機械等重要產業基礎，在全球新興太空產業的發展競爭上，台灣政府也一直將太空產業列為其中「6大核心戰略產業」之一，就是希望能打造出另一個專屬於自己的太空版護國神山。

但在世界各大強國的優勢資源競爭廝殺下，小小的台灣並無與之抗恆的籌碼條件！既然最核心技術及設備已無插足餘地，但未來太空產業對於SMR等核燃料相關技術產能上的需求只會多不會少，台灣何不妨就先從這方面著手看看。好處是不但能解決了困住台灣政治多年來的核廢料議題！而且即使太空產業仍舊是一直保持原樣不打算提升新的能源技術，其MOX混合氧化物燃料棒成品也是目前微軟等各大科技公司所新擁抱的選項，還是一個穩賺不賠的好方向。

現行的核反應爐大多數是鈾235的核反應，核235在性質上稱為「慢中子反應式」，而其他種類的核類料，則可以進行「快中子反應式」，這也就是另一種核廢料再利用方式的核子反應爐，以「增生式反應」這種技術所開發的核反應爐，稱為「快中子增生式」(FNR，Fast neutron reactor )，而FNR正是核廢料的最佳使用法。除了對於核能技術各方面都取得更多進展，加上核廢料的處理需求性增加，都逐漸顯示出FNR經濟規模正在醞釀中，據全球核能(world-nuclear)統計，包括中國大陸、加拿大、印度、俄羅斯，已有15座FNR反應爐的建造計畫，而比爾蓋茲的泰拉能源(TerraPower)所研究的行波反應爐( Traveling wave reactor)也是FNR的一種，這些正在發生的事情都說明，核廢料是可以進一步繼續使用的。

也許這時還是會有環團的人士跳出來抗議：那核廢料處理完，剩的核廢料呢？即使玻璃化，但還是具有高輻射危險性，台灣地狹人稠又在地震帶上，難道這些核廢料要放在你家嗎？但其實若到未來，我們都能把核廢料去轉作於太空衛星使用核燃料的那個時代，把剩餘的減少至原來體積1/10核廢料全塞進在廢棄年限的太空衛星機艙內，讓它全力飛往太陽方向前進。在太陽星體的重力吸引下，送去太陽的家裏，相信這並不會是一件難事！我想，太陽公公不會介意的。（照片翻攝示意圖）