【核廢棄物處置問題－確實瞭解，務實面對】
下方文字取自太專業的前輩臉書，感謝他開放提供轉載，我個人也頗有收穫，尤其是美國已經有高階廢料處置場那段。文長但也請耐心看完，近期來想辦法把他圖片化。在那之前，記得報名我們講座，和分享影片喔！講座剩下不到十個名額了。
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▋引言
自從2011年日本福島311核能事故發生以來,核能議題已經變成國內輿論的熱門。由於核能所牽涉的專業非常廣泛，而我國存在核廢棄物是一個既存的事實，不會因為擁核或反核有所改變，因此唯有確實瞭解與務實面對，才是應有的負責態度。以下試從專業的角度探討高階核廢棄物深層地質處置的可行性與安全性，目的在於說明事實，內容雖難免流於技術性，但對一般大眾瞭解事實或有幫助。
▋多層障蔽保障高階核廢棄物深層地質處置安全
坊間常以「處理」一詞涵蓋所有的核廢棄物管理活動，所謂「高階核廢棄物沒辦法處理」其實是「高階核廢棄物沒辦法處置」之意。沒辦法處置也就是處置無法確保安全，要做此評斷，必須先瞭解處置安全性如何確保。
早在美蘇展開核武競賽初期，美國國家科學院就在1956年推薦以深層地質進行高階核廢棄物(包括高放射性廢棄物與用過核燃料)的處置，後續在國際原子能總署(IAEA)、經濟合作與發展組織(OECD)以及歐、美、日等核能大國的推動研究下，已證明深層地質處置極為安全，並為國際所普遍接受。
深層地質處置是採取多重障蔽的安全防禦概念，以建立多重阻礙的方式，阻絕放射性物質移動到人類的生活圈。第一層障蔽就是高階核廢棄物的本體，例如將高放射性廢棄物做成堅固的玻璃體，用過核燃料的燃料丸則做成陶瓷體；第二層障蔽是廢料體的容器，例如將廢料玻璃體密封盛裝在不銹鋼容器中，用過核燃料的陶瓷質燃料丸則包封在鋯合金鞘套內；第三層障蔽是金屬的外包裝層，也就是金屬棺，例如用足夠厚度的銅或耐蝕性金屬作棺，以密封包覆廢料體容器；第四層障蔽是緩衝材料與回填材料，也就是在金屬棺的四周以壓實的膨潤土層圍繞密封，再以母岩碎粒和黏土或膨潤土等的混合物夯實填滿膨潤土密封層和處置坑之間的空隙；第五層障蔽就是地質障蔽，包括處置母岩與周圍的地層。
▋天賜絕佳的障蔽材料
五層障蔽的材料不論是金屬、礦土或地質岩層，其阻絕放射性物質移動的基本特性、加工方法與功能，都已經過現代實驗室的試驗研究與模擬計算加以驗證。
如大家熟知的，銅金屬腐蝕時會在表面生成一層保護膜，因此，即使在潮濕空氣，甚至非氧化性酸液存在的環境下，銅都具備很好的耐蝕性。深層地質是屬於無氧的還原環境，銅在此環境的腐蝕速率幾近可以忽略。芬蘭就是採用銅做為用過核燃料的外棺，並預期在深層地質以及層層障蔽的保護下，用過核燃料能安置於銅棺內100萬年。
膨潤土也是最終處置的關鍵性障蔽材料，它遇水會膨脹並阻塞水的通路，並對溶解在水中的超鈾元素具有強大的吸附力，能將超鈾元素吸附固定，阻絕其移動，是高階核廢棄物最終處置絕佳的障蔽材料。
母岩地質也是天然的障蔽材料，除了提供穩定與封閉的功能外，萬一放射性物質突破重重障蔽往人類生活圈移動時，處置場與人類生活圈之間的地質圈，就會發揮阻絕、稀釋與延時的效果，使放射性物質移動到人類生活圈時，其放射強度已衰變到可接受的程度。
▋以「天然類比」為師
一般而言，用過核燃料處置後，大約經過10萬年，放射性就會衰變到天然鈾礦的程度，如果是處置用過核燃料再處理產生的高放廢棄物，則僅需約8000年。多重障蔽的安全概念也使用在低階核廢棄物的最終處置，因其放射性衰變到背景值的時間僅需300年左右，因此，對障蔽結構與功能的要求遠低於高階核廢棄物的處置。
要證明最終處置場的功能歷經數千年甚至數十萬年仍能保證有效，僅靠現代實驗室的短期研究與測試是不夠的，需要有更長期的事證加以佐證，因此所謂「天然類比」也就派上用場。
所謂「天然類比」是指利用經過長期演變的天然情境，以比擬、評估人造系統長期演變的可能結果。例如，在芬蘭Hyrkkölä和Askola地方的花崗岩中，曾發現存在於含硫酸鹽的地下水和氧化環境下的金屬銅，雖然已經歷了5千萬年，但仍然保持原狀。這對瞭解銅在深層地質環境下的長期耐用性，就是很好的天然類比。
中國大陸有很多千年的古墓，墓穴內的屍體與陪葬物仍然保持不爛，主要是因為「槨室的四周用木炭隔潮，又用白膏泥填塞」。木炭能吸水分，白膏泥就是高嶺土，能密封隔絕水份與空氣，因此埋在地下十幾公尺墓穴中的陪葬物，能長久保持下來。另外，在匈牙利的一個礦場，也發現了一座埋在黏土地層下的柏樹林，雖已埋藏800萬年之久，但樹幹態樣仍然完整保持。這些對以礦土做為處置障蔽材料都是很好的天然類比。因此，比高嶺土和黏土的水密封性以及離子吸附性更佳的膨潤土，即被廣泛當做現代高階核廢棄物處置的障蔽材料。
▋遠古的天然核反應爐遺跡佐證地質處置的安全性
除了以上的「天然類比」可供參考外，世界上還有一個發生在20億年前的天然核反應爐遺跡，能更貼切地佐證高階核廢棄物最終處置的安全性。
這個遺跡在1972年被發現，地點在中非加彭共和國的Oklo鈾礦區，是一個經過科學檢驗的天然核反應爐遺跡。在這個遺跡被發現之前，美國阿肯色大學(U. of Arkansas)化學系教授P. K. Kuroda，在1956年化學物理期刊(The Journal of Chemical Physics)發表了《鈾礦物的核子物理安定性探討》的論文，以核子反應爐理論公式，推測在早於20億年之前的時期，地球上一定厚度的瀝青鈾礦有發生「天然核反應爐」的可能性。發生此種「天然核反應爐」的主要關鍵是，該時期的天然鈾所含有的鈾-235濃度高於3%，亦即高於現代核反應爐的濃縮鈾核燃料中的鈾-235濃度；現在天然鈾所含的鈾-235濃度已衰減為0.7%。
根據Oklo遺跡的核反應產物所進行核種分析與比對結果得知，這個天然核子反應爐曾持續進行了幾十萬年的核分裂反應，釋出的能量功率平均約100千瓦，估計約消耗了5噸的鈾-235，並產生了5.4噸分裂產物以及1.5噸的鈽和其它超鈾元素。調查研究還發現，現場遺留的分裂產物和錒系元素，在20億年期間只移動了幾公分。這個天然核子反應爐遺跡是一個時間夠長、規模夠大的高階核廢棄物地質處置的天然類比事證，大自然以此向人類證明「深層地質可以有效拘限高階核廢棄物的核種移動」。
Oklo天然核反應爐遺跡的地點是砂岩地質，砂岩屬於多孔性沉積岩，透水性比較高，拘限核種移動的能力並不算好，但它仍然有效拘限了分裂產物和錒系元素的移動。因此，國際上已經普遍認同，以深度在300~1000公尺，拘限核種移動的能力比砂岩更佳的花崗岩、泥岩、中生代基盤岩等做為最終處置的母岩，並採用銅、膨潤土等長期耐久的封閉性材料，以現代工程技術建構多層人工障蔽，足以確保高階核廢棄物最終處置的安全。
▋美國已經有高階核廢棄物的處置場
有一個流傳坊間的說法是，現在國際上還沒有高階核廢棄物的最終處置場，並以此為例，認為高階核廢棄物沒有辦法處置。但這並不是真實情況！國際上第一個高階核廢棄物最終處置場，已於公元2000年在美國建成並開始營運。
這個處置場在新墨西哥州卡爾斯貝(Carlsbad)鎮，是專為美國發展核武所產生的超鈾高階核廢棄物最終處置而建造的。它之所以不廣被知曉，主要是因美國政府承諾只用以處置國防超鈾核廢棄物，不做為核電高階核廢棄物處置之用；在美國人不落人後的愛國心驅使下，沒費太多周折就選定了場址，並刻意稱為「廢棄物隔離先導場(Waste Isolation Pilot Plant，WIPP)」。
這個處置場的地質是岩鹽，也就是氯化鈉岩體。氯化鈉很容易溶解於水，但是在水份稀少的環境下，它會緩慢地重新結晶，時間一久，晶粒接合在一起就會形成大顆的鹽塊，如果有異物存在，就會被包封在鹽塊內，連水也會被包封住。2003年筆者曾到該處置場參觀，友人旅美核能專家吳全富博士當時擔任該場的營運長，安排筆者進入處置坑道內參觀，有一位地下坑道工程師送筆者一顆雞蛋大小的鹽塊，裡面有一個約兩三顆米粒大小的水泡，陪同參觀的人解說，那水泡是一億兩千萬年前的水。水在那種地質環境下，也會被永遠包封住，更不用說是固態的高階核廢棄物了。
卡爾斯貝超鈾高階核廢棄物處置場已運轉了10多年，使美國清理核武發展基地產生的高階核廢棄物得以最終處置。該處置場雖以「廢棄物隔離先導場」為名，但其實是一個坐落在橫跨數州、廣大無邊的岩鹽地盤上的處置場，以之容納處置全世界的高階核廢棄物都綽綽有餘。2012年12月，筆者應邀參加廈門大學主辦的「核能與核燃料循環論壇」，一同應邀參加的美國民用放射性廢棄物管理署(OCRWM)前署長Margaret S. Y. Chu女士(華裔)曾告訴筆者：WIPP為卡爾斯貝鎮民所歡迎，也帶來不少建設與發展，因此當美國核電用過核燃料最終處置的亞卡山計畫被擱置後，該鎮派代表到國會和能源部遊說，爭取把核電用過核燃料送到WIPP處置。
因此，我們可以說：核電高階核廢棄物最終處置之所以進展遲緩，主要是政治、社會與經濟等利益糾葛的關係，亦即英國核電政策白皮書(2008)中核廢棄物政策諮商的公民意見所言，是一項政治意願的問題，而不是安全與技術方面的問題。
▋高階核廢棄物不是不能處置，只是需要時間循序漸進！
高階核廢棄物最終處置除了選址需要冗長的溝通外，即使有了預定場址，還需要進一步的詳細地質調查與水文調查，並且要建立地下實驗室進行地下實驗。一般而言，溝通、選址、地質調查、地下實驗室實驗等工作，需時短則二、三十年，長則四、五十年，處置設施的建造通常只需要10年左右。因此，除了芬蘭與瑞典正在建造，預定在2022年與2027年建成運轉外，其他國家最快的也僅進行到地下實驗室階段，尚未進入設施建造階段。
就高放廢棄物與用過核燃料等兩種高階核廢棄物最終處置所需的放射性衰變時間做比較，前者約需8,000年，後者為10萬年，後者是前者的12倍左右；前者的體積約為後者的20~25%，但兩者總衰變熱差異不大，因此兩者所需的處置面積相差不多。用過核燃料再處理可以提煉出鈽和鈾再利用，對資源的善用有利，但再處理的成本很高，採取用過核燃料再處理的所謂「封閉循環」路徑，總成本要比將用過核燃料直接處置的「開放循環」多出1~2倍。
另外，用過核燃料再處理提煉出的鈽，只要少量就可以製造成核子彈，事關核子擴散的敏感問題，因此如何發展成本較低、能防止核子擴散的再處理技術，目前仍在研究中。因此，在多方的權衡考量之下，近年來遂有所謂「百年長期貯存」的用過核燃料管理選項；荷蘭早就建好設施實施百年期的長期貯存，美國則正在計議中。畢竟將用過核燃料貯存百年並不是難事，在對社會、經濟與核武擴散等問題尚未有最好的答案之前，重新計議，事緩則圓，把事情做得更好，這也是需要時間的原因之一，但這不能解釋為沒有辦法處置。
▋尋求核廢棄物處置之道才是我國的議題！
我國擁有核廢棄物是既存的事實，政府現行的政策是：優先考量境內處置，不排除境外處置。但有很多聲音反對在國境內做處置，對境內有沒有適合的母岩進行處置也排斥調查研究。但如果我們是負責任的世代，對核廢棄物的何去何從，應該要有一個明確的交代！尋求核廢棄物的解決之道才是該探討的議題，否則只會更陷入困境。
境內處置既然是現行的優先政策，調查有無適合的母岩應是首要之務。有反對者以「台灣地質的齡期太短，長期穩定性不佳」，認為不適合做高階核廢棄物處置。事實上，母岩齡期之長短不能與有無長期穩定性畫等號。依據國際選擇高階核廢棄物處置場址的基本條件，一是地質的長期穩定性：從岩層的抬升率、侵蝕率，以及岩層的地球化學與水文地質環境是否會因地質及氣候變化而發生靈敏變化等做研判；二是長期穩定性必須是可預測的：經濟合作與發展組織（OECD）核能署(Nuclear Energy Agency，NEA)專家對此的建議是，以最近100萬年的地質變動情況做為研判的依據。
根據目前所獲得的資料，台灣東部的岩層包括花崗岩、花崗片麻岩等，齡期約在8000萬至9000萬年；金門、馬祖、烏坵等外島的齡期較長，約在1億至1億4000萬年之間，與法國Meuse地下實驗室的泥岩齡期約1億5000萬年，相去不遠。要確定境內處置是否可行，應先把地質的長期穩定性調查清楚才是正辦，否則徒然陷在空轉的困境。
▋總結
我國有核廢棄物存在是既成的事實，不論低階核廢棄物或高階核廢棄物的最終處置，雖有政策，但常見反對與排斥之聲，少見理性與務實的探討，政策的執行已陷入困境。就現今的情況而言，核廢棄物處置問題的解決誠屬不易，但解決的途徑也有多端。基本上，應以理性與負責的態度務實面對，執行單位應擬定境內與境外，短程與長程的解決策略，確實執行；社會大眾則應以共謀解決國家重大問題的態度面對。這才是應行之道，否則將陷入無法自拔的空轉困境。
硫酸銅結晶水計算 在 Re: [解題] 高一化學溶液濃度計算問題- 看板tutor - 批踢踢實業坊 的推薦與評價
第一題回答在原文推文裡了
: 二.
: 某化合物AB中 A的重量百分率為40% 若b元素有2種同位素30B、32B
: 其中30B占了55% 而A元素也有20A和22A 2種同位素 那麼20A占若干%?
: 答案 是70%
: 但是我覺得條件給的不夠多 要用什麼想法去切入導出答案呢?
我的列式是這樣啦：
設20A占K%（避免跟乘號搞錯，抱歉我很懶...XD）
(32 x 45 % + 30 x 55%) x 40/60 = 20 x K% + 22 x (1 - K%)
這段列出化合物中B A占40% 這段列出化合物中A的重量
含的重量 所以A的
重量為B
的40/60
算出來K就是70了，所以應該是70%...
: 三.
: 含結晶水36%的硫酸銅晶體7.5g 加熱失去部分結晶水後
: 剩下CuSO4‧nH2o晶體5.34g 則n值為多少?
: 答案是n=1
: 這一題請問又要怎麼算?
: 謝謝
7.5 g 中有 36% 為結晶水，所以有 64% 為硫酸銅：
7.5 g x 64% = 4.8 g （此為硫酸銅質量）
4.8 g / 160 g/mole = 0.03 mole （此為硫酸銅mole數）
加熱後硫酸銅量（4.8 g）不變，所以5.34 g中含的結晶水量為：
5.34 g - 4.8 g = 0.54 g （此為加熱後結晶水的質量）
0.54 g / 18 g/mole = 0.03 mole （此為結晶水的mole數）
因為硫酸銅和結晶水mole數比為 0.03 : 0.03 = 1 : 1，
所以加熱後結晶水n=1
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※ 編輯: jonsauwi 來自: 123.192.221.225 (11/11 03:43)
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