集中式用過核子燃料中期貯存設施法規管制及貯存技術應用(上)：材料世界網

李元志 / 工研院材化所

集中式用過核子燃料中期貯存於歐洲及美國等國已逐步實際採行及運用，並經長期與持續性的研究所建立之科學事證基礎，已證實在妥善的老化管理方案及適當的監測與評估技術下，可有效管理用過燃料至少60年，隨著老化管理技術發展，已朝300年之中長期安全貯存邁進；同時配合政府管制機關中期貯存安全貯存法規管制及指示下，在貯存期間可以確保一般大眾及工作人員之健康與安全。故及早瞭解用集中式用過核子燃料中期貯存安全管制及貯存應用技術，並學習歐美國家發展集中式用過核子燃料中期貯存相關寶貴經驗。未來可作為國內用過燃料乾式貯存本土化相關政策發展及產業技術研發推動或應用之重要參考，並在最終處置方案尚未齊備前，提供另一個可行之替代貯存與安全管理方式。

前言

目前除芬蘭外，台灣或國際上針對用過核子燃料最終處置的方案及場址均尚未定案，導致用過核子燃料處置計畫延緩，短期內用過核子燃料貯存時間可能延長超過原核准執照使用期限，因此有必要考慮申請延長貯存或甚至長期貯存，以提供足夠緩衝時間準備更妥善之最終處置方案。由於貯存時間可能拉長至兩倍以上，無法確定原來暫存管理技術能否滿足未來長達60年至300年以上中長期貯存之安全要求，故針對中長期貯存、管理及後續處置等所可能面臨之問題及解決方案進行調查，預先規劃未來用過核子燃料中長期貯存必須具備之關鍵技術，建立中長期貯存安全評估驗證之技術與能力，以作為管制單位日後獨立審查乾式貯存用過核子燃料及貯存設施與運轉安全的技術依據。

國際間集中式貯存及技術應用

以美國能源部(Department of Energy; DOE)所公佈之集中式用過核子燃料中期貯存設計與規劃為例，可區分為地上貯存(On a Pad)、地下貯存筒倉(Underground Silos)及貯存窖貯存(Vault Configuration)三大類型。美國能源部預估，未來集中式用過核子燃料中期貯存將貯存5,000至10,000(Metric Tons of Heavy Metal; MTHM)各種型式之用過燃料貯存護箱，並每年預計的接收量為1,500 MTHM。歐洲國家中，如德國及瑞士採用結構物內之貯存方式進行集中式中期貯存與管理，西班牙則將採用貯存窖貯存方式進行用過燃料集中式中期貯存。

1. 地上貯存 (On a Pad)

地上貯存方式為目前美國與國際間最為廣泛應用之乾式貯存方式，採用金屬製燃料密封鋼筒(Fuel Canister)將用過核子燃料置於其內並填充氣體，外部以金屬與混凝土進行包封以作為放射線物質之阻絕屏障，貯存基座(Pad)則採鋼筋混凝土方式建造，貯存環境為室外開放環境，可分為立式與水平貯存兩種方式，如圖一及圖二所示。

圖一、美國NAC公司所設計之Magnastor用過燃料立式貯存護箱示意圖

圖二、美國AREVA TN公司所設計之NUHOMS用過燃料水平貯存系統

以美國為例，用過燃料地上貯存方式，自1986年起即獲得美國核能管制委員(Nucler Regulaory Commmission; NRC)會許可，於維吉尼亞州的Surry電廠設立使用。美國首例地上貯存設計之集中式用過核子燃料中期貯存場申請案於2016年4月28日由Waste Control Specialists LLC(WCS)現稱Interim Storage Partner(ISP)公司對美國核管會提出申請，並於2021年完成持照申請及硬體設施興建。未來此位於德州Andrews County的集中式用過核子燃料貯存場可處理40,000 MTHM核燃料，貯存期限為40年或更長，持照申請規劃為40年並可再後續申請20年之延役。ISP集中式用過核子燃料中期貯存場示意圖如圖三所示，初期安全分析報告(Safety Assessment Report; SAR)包含AREVA公司所設計之NUHOMS水平貯存系統及NAC公司之直立貯存系統。此貯存場共分為幾個不同階段執行。第一階段將容納12座除役中及已完成除役電廠之5,000 MTHM用過核子燃料。直立式及水平式貯存護箱皆應用於此集中式中期貯存場第一階段貯存，如圖四所示。

關於集中式用過核子燃料中期貯存環境影響評估部分，由德州環境品質委員會(The Texas Commission on Environmental Quality)執行地區性環境評估。美國核管會已完成正執行環境影響評估(Environment Impact Statement; EIS)審查，同時亦完成與利益關係人及大眾相關之聽證會並獲共識及同意，ISP也於2021年7月取得核管會最終環境影響評估(Final Environment Impact Statement; FEIS )，並於2021年9月獲得美國核管會特定場址(Site Specific License)執照，目前本案仍於德州州政府進行持照許可審查。

透過上述說明，地上貯存方式其相較於地下貯存筒倉及貯存窖貯存設計，具有下列之技術性差異與優缺點。優點部分：①不需額外設計新的貯存系統與作業方式、②以美國而言，持照方式亦與現有案例持照方式相同、③可引用原設計之處理機具與設備(如吊車及輸送車輛等)、④可接收目前已使用之直立與水平貯存護箱、⑤貯存場之貯存護箱與運送護箱能重覆使用。缺點部份：①需要較多的保安措施與安全維護、②因處於室外長期開放貯存環境而可能引發之劣化情況、③不同貯存方式(垂直與水平)並行時，場內處理、運輸與貯存複雜度高、④需要開啟護箱上蓋將用過燃料密封鋼筒取出。

2. 地下貯存筒倉 (Underground Silos)

地下貯存筒倉係將個別燃料密封鋼筒埋入地表下，並以混凝土或填充物預製完成之筒倉空間，其燃料密封鋼筒立於以強化混凝土所建造之基座上，筒倉空間之周圍設置金屬襯板以強化整體結構，上端蓋板則以鋼筋混凝土製造，貯存空間以自然通風方式進行用過燃料餘熱移除，地下貯存筒倉設計示意圖如圖五所示。地下貯存筒倉目前由美國Holtec International公司進行設計與開發，美國加州之Humboldt Bay電廠於 ---以上為部分節錄內容，完整資料請見下方附檔。