([)東海大學有應用物理系(])
日本311大地震已經過了12年,當年台灣人對日本救災的踴躍捐款,可以說是後續「台日友好」持續升溫的重要原因之一。日本也一向是台灣人最愛旅遊的國家,根據觀光局的統計,經過三年疫情的邊境封鎖,今年終於開放後,光是前半年國人就有179萬人次到日本,海放其他國家。
日本雖然已經逐漸從地震與海嘯所造成的破壞中恢復,但是還有一個揮之不去的夢魘:福島核電廠的災變。
從今天(2023/08/24)開始,日本就要開始將福島核電廠災後處理的廢水排放到大海中,由於裡面含有放射性的氚(氫的同位素,原子核為一個質子與兩個中子)以及碳-14,引來周邊各國的疑慮與抗議。
為什麼核電廠出事,會產生一大堆放射性廢水呢?
因為災變發生時,首要任務就是要讓反應爐停下來,可是當時所有的控制裝置全部都完蛋了,所以只好硬幹:把大量的海水注入反應爐,用水來冷卻它。不過反應爐內已經有大量因為核反應產生的放射性廢料,這個名單非常的長,除了前面講的氚以及碳-14之外,還有鍶-90、碘-129、錳-54、銫-134、銫-137、鈷-60…還有很多,族繁不及備載。
這些廢水超過一百萬噸,先用一堆巨大的容器把裝起來,之後再來處理。
接下來,由日本的Toshiba以及美國的Kurion的過濾系統,先處理一波,去除油污以及水中部分的銫跟鍶。
然後日本建立了一套「阿爾卑斯系統」(ALPS, advanced liquid processing system,先進液體處理系統,不過日文資料中稱之為「多核種除去設備」)來處理這些裡面有一大堆放射性核廢料的水。
好在這些有的沒有的元素,由於具有各自物理與化學性質,我們有很多方法來分離它們。簡單的說,其實我們可以把這個ALPS想成是家裡的「軟水器+逆滲透濾水器」的巨大豪華版。這個系統用來除去放射性核種的原理是:
前處理一:加入適當的化學藥劑,讓鐵沈澱,這個過程也會除去一些鈷跟鎳。
前處理二:將前處理一處理完的水,加入另一種藥劑,以除去碳酸鹽,以及鈣離子、鎂離子這些會阻礙後續吸附作業的成分。(這個過程看起來跟「軟水器」有像,可能用的也是離子交換的方法)
吸附:前處理完畢後的水,就會依序送到,後面的16支吸附塔。每個吸附塔針對不同的元素,利用多孔隙材料加上對應的吸附劑,讓這些核種吸附在裝置上,然後進入下一支吸附塔。
在ALPS之後,又擴充了「ALPS改」(Improved ALPS)以及「ALPS零式」…不是啦,是「高性能ALPS」(High Performance ALPS),來提高處理的產能。
經過這樣的重重處理之後,絕大部分的核種都可以去除的安全標準以內,例如鍶元素處理過後濃度可以降低至處理前的1/100000。然而,還是有一種放射性元素還是無法去除,那就是氚。因為它是氫的同位素,所以除了質量比較大以外,其他所有的物理化學性質都跟氫一模一樣,所以要把「氚水」(水分子中的氫換成氚)從正常的水分離出來,只能利用質量不同這一點,就跟我們在「歐本海默」的電影裡面看到,要從鈾-238裡面分離出能當作核燃料的鈾-235,你只能用氣體擴散、質譜儀、加速器、離心機這些方式,當年要濃縮幾公斤的鈾-235,就已經累得要死,要用這種方式來分離上百萬噸的水中的氚?別開玩笑了!
那怎麼辦呢?首先這些水已經擺在桶子裡12年,而氚的半衰期也是12年多,所以已經有一半的氚變成氦-3跑掉了,劑量自動減半了。
然後就是排放前再加100倍的水稀釋,排出時,這些廢水的輻射劑量大約是1500 Bq/L,也就是每公升每秒鐘發生1500次放射性衰變:氚放出一個電子後變成氦-3。這個劑量已經由國際原子能總署(IAEA)到福島採樣,送到IAEA轄下位於奧地利與摩納哥的實驗室檢驗、並且還送到法國、南韓、瑞士與美國的多個實驗室進行獨立的查核後確認。
國際衛生組織(WHO)對於氚的劑量規定,是10000 Bq/L,所以這些廢水的輻射量已經低於WHO的安全標準七倍。
在IAEA 8/24 發佈的新聞稿中,也重申廢水經過ALPS處理之後,已經符合國際安全標準,在良好控制的步驟下,逐步排放到海洋中,對於環境與人類造成的影響可以忽略。
好啦,官方說法就是這樣,至於各位相不相信,能不能接受,要不要去抗議,這就不是科學方面的問題了!
超中二物理宅雜記
話都給我說就好 其之398
圖一:2011/03/11 的日本東北大地震以及接著而來的海嘯、核電廠災變,令人餘悸猶存。(Generated by Midjourney)
圖二:ALPS系統示意圖(來源:東京電力)
圖三:ALPS 系統的核廢水處理以及排放系統示意圖。(來源:IAEA)
#福島 #處理水 #氚水 #核電廠
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