全面透視核能
作  者╱
趙嘉崇
出版社別╱
五南
出版日期╱
2022/11/18   (1版 1刷)
  
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I  S  B  N ╱
978-626-343-475-2
書  號╱
5DM6
頁  數╱
340
開  數╱
20K
定  價╱
450



《全面透視核能》此書包括的議題有:核安、核料、核武、核廠、核廢、核醫、核船、核融合,與近年、未來上太空所用的核能電池與核能火箭。
針對這許多議題,書中以淺顯易懂的文字,闡述了所有涉及之智識基礎、世界現況與未來展望。釐清這許多議題之相互糾纏關係,更能夠讓讀者一次、全面,也同時了解許多議題。讀者不必具備物理基礎,一些基本核物理與核反應物理,也在書中用說故事的方式來解說所涉及的現象,使讀者很容易了解到:消除核廢的原理、檢查核武的原則,與左右設計新式核電廠的因素。
這本書完全專注於傳遞正確科學智識與科技訊息,不涉及任何立場,也不推銷任何意向。只主張:不論反核與擁核,都需要有正確的知識,才能成就正確的理念訴求。此書作者另已撰寫英文版,出版書名是:A Complete Perspective of Nuclear Energy。
※推薦文
推薦序──核能何能(夏祖焯)

「蓬萊此去無多路,青鳥殷勤為探看。」 —李商隱:〈無題〉

數年前由美國前往俄國西部伏特加河域遊船,用餐時坐對面的一個美國人在奇異公司(GE)工作。他說:「臺灣每換一次政府,我們公司就賺你們一大筆錢。」說這話是調侃,還是陳述事實?我忘了他的表情。
對核子的概念國中時就有了,不外是癌症放射治療及原子彈,那時還沒有核能電廠。小時在小攤子上租連環圖畫看,原子彈是一顆大炸彈在天空中爆炸後分解,產生千千萬萬顆小炸彈,每顆後面有一隻小降落傘,鋪天漫地的大批降下⋯⋯這是我對原子彈原理的最初瞭解,一直到念過國中物理才改觀。能有這種想像力的漫畫家也算是別具創意了。
上週,當年由美國派來建造我國核一廠的工程經理來我家作客,聊到核能廠安全問題,他簡單的回答沒有問題。有一位深綠的核能專家對我說:「有知識的人都贊成核四,沒知識的人都反對核四。」(我是有知識?還是沒知識?)幾十年前,核一剛建成不久,經建會的一位處長也是台大工學院的教授,對我說:「臺灣現在是坐在定時炸彈上!」後來,李登輝前總統曾建議研究低汙染的「釷」為核能發電的方向。人們對核能顧忌相當多,新竹清華大學的核子工程學系之後改名為工程與系統科學系,傳聞系上男學生交女友,系的名稱也是考量因素之一。有些人問道,因為政治上的操作,核能電廠到底是安全重要,還是安心重要?核能電廠如有必要,會不會像新冠疫苗一樣被迫緊急授權?
我對核能電廠的態度是來來回回,難以定奪。

人類史上最有名的數學公式
人類史上最著名、最強而有力(powerful),也是最簡單的一個數學公式是:
E = mc2
E是能量,m是放射物質的質量;c是光速(每秒繞地球七周半)。因為光速的平方是天文數字,所以不需要多少鈾、鈽或其他放射性物質,就能產生巨大的能量威力。因為這個公式,造出了原子彈,造出了核能電廠。因為這個公式,人類文明在20 世紀獲得了巨大的發展,也面臨了可能的最終全球毀滅。
核電的好處眾所皆知,壞處是安全考量,不怕一萬,只怕萬一。一架巨型客機掉下來,燒掉五百多位乘客,一艘航空母艦被中國的東風21 飛彈擊中,喪失五千名軍人,但總是有限。如果核電廠出事,毀掉一個上海市或紐約市,中國或美國還有許多億的人口;如果核電廠在僅有3 萬6 千平方公里的臺灣島出事,那會留下多少活口?
建中學弟趙嘉崇教授是麻省理工學院的核子工程博士、北京清華大學講座教授、東京理工學院客座教授,曾參與蘇聯車諾比核災及日本福島核災的調查,經常在世界各核電廠做安全顧問,但他卻在書中表明核電安全並非百分之百。他的耽心著重在政治帶引了風向,也許會犧牲能確保核安的操作程序。在某些國家,這種現象仍然存在,核安事故因而可能會發生。我現在把個人的觀察及想法分列如下。
淺見及高見
1. 因為工業發展上的考量,核電才有需要。如果工業發展轉型為觀光(許多島國都是靠觀光收入),或金融(如新加坡、香港,以及許多避稅天堂小型國家),電力需求就可以大量降低。但是轉型談何容易?觀光或金融的收入能比得上台積電、竹科或台塑嗎?何況,已有鉅額投資的工業生產設備,能因電力不濟而閒置或廢止嗎?
進一步說,如果海峽兩岸達成和平協議,我們經濟走向改變,可能沒有建造核電廠的必要。那就是另一篇專文討論了。
2. 核融合Fusion取代核分裂Fission當然能解決核電安全及建廠經濟問題,但核融合發展談何容易?有專家告訴我五十年都不見得出得來──那可是比發展原子彈還難!近年隔一陣子就有核融合或人造太陽的重大突破,但終歸是網路消息。如果五十年後核融合發展成功,現有的四百多座核分裂電廠能否合理的、經濟的轉換為核融合裝置?石油國家及石油公司將何以為繼?阿拉伯皇室貴族王子還能送餐廳端盤子的服務員每人一隻金錶嗎?
3. 大型國家很難依賴風力或太陽能等再生能源,臺灣是經濟強的小型國家,是否可成功的依賴再生能源,我們來拭目「等待」發現吧!
4. 節電要有共識,日本的國民有訓練,服從性高,容易產生節電的共識。我們其實也不錯,也很聽話,但是節電是有下限的。請問,工業生產能節多少電?家用電能省到洞穴時代的用電量嗎?有一陣子流行說我們是南海土人的後代(我花三百美金做過DNA試驗,我不是土人,我是漢人)。如是,似乎不必再考慮工業用電這些事了。穿樹葉裙的南海鄉親不是很快樂嗎?
5. 臺灣屬獨立電網,不像歐洲有些國家可向鄰國買電。福建或廣東輸電到臺灣不合算,因為線路上消耗太多。如果大陸沿海核電廠出事,輻射塵飄洋過海劑量應會降低許多。最接近臺灣島的福建福清電廠距台162公里,大概是核四的貢寮到台中烏日。以前看黑澤明的電影《夢》,八個夢中有一個就是日本核電廠爆炸,輻射塵隔著海灣飄過來,還是有人認為逃不過而跳海自殺。
6. 極強地震、轟炸、恐攻、海嘯等問題是不確定因素,發生機率應在設計時已考慮,此處不表。然而人為因素造成的核電廠大災難機率雖低,但不是零。如今人工智能(AI)逐日進步,當然會減低人為因素的災變,卻也不是百分之百。基本說來,人禍比天災更應考慮。所幸,極落後的國家在我們有生之年,還不至於發達到需要核能電廠來增長經濟。這種國家人命不值錢,不可能謹慎考慮核電安全,甚至會轟炸鄰國的核電廠以造成大量殺傷。先進國家要有遠識,避免協助落後國家發展經濟到某一地步,這種邏輯不言而明。
7. 核電廠到期不能發電,除役要幾十年的時間,其中有結構複雜、輻射及廢料問題。


擁核及反核是時尚及趨勢?
我曾計畫在台南成功大學主辦一場核四的南部討論會,目的不是為了擁核或反核,而是說明與討論,令南部民眾更了解北部的核電廠。這種討論會如果有預設立場,就失去意義,就誤導民眾。目前三座核電廠佔全國總發電量的12%左右,但是居然有許多民眾以為大部分來自核電。實際上,我國能源供給有98%來自進口,這個比例的確很高,能不警惕嗎? 就像與對岸世界第二強國打起來,許多人以為老美會出兵,犧牲他們子弟的生命,為中國人的內戰流血,可能嗎?
我國位於新北金山的第一座核能電廠是蔣經國總統的十大建設之一,四十四年前完工;隨後數年位於萬里的核二及南部恆春的核三接續完工。已建好但停止使用的核四也在北部貢寮,可見北部用電量遠超過中南部。世界上第一座商用核電廠是1954年在蘇聯建成,美國第一座是1957年,但美國目前有近百座核電廠,是全球442 座的最大宗。法國超過70%電力來自核電,是最高的比例。中國大陸有54台核電機組,僅供給5%的總發電量,因為有巨大煤炭及水力發電的供應。但是他們計畫將建100座或以上的核電廠,以取代嚴重汙染的火力發電。有一段時期,建造核電是時尚,是趨勢;有一段時期,終止核電是時尚,是趨勢。接下去時尚及趨勢如何?像股票市場一樣,無人知曉。我個人是擁核還是反核?如果來來去去不定,是否用擲骰子做決定?
趙教授是核電安全的世界級人物,最近他英文版的A Complete Perspective of Nuclear Energy由美國的大出版公司出書,已有數國將翻譯此書。我與他為此中文書之事來往頻繁,但只見過他兩次。第一次是建中校友聚會,我向他提出寫書建議,沒想到他下筆如此之快,幾年之內中英文版都已成書。他是世界級的核安權威人物,但為人謙和親切,無法將他與權威兩字連接上。
為書寫序,應以長者姿態多寫溢美之詞,但這篇卻寫出我心中多重疑惑。因為我是工程師出身,並非只做工程研究,也曾任職要出入工地的專案工程經理。工程師的特質是腳踏實地、負責任及解決問題三項;工程設計上的考慮第一是安全,第二是經濟,第三是美觀。如此,我有這些考慮也是多年職業習性的養成,與政治取向無關。
這是一本科普的書,即使核四已建好(但封用),還要不要閱讀這本書?要!因為誰知道下一步是什麼?政治人物不見得瞭解專業,但他們是決策者,他們是大部分民意選出來的。趙教授這本書會對臺灣的民眾及政界產生何等影響?我有興趣知道,或猜測。

夏祖焯(夏烈)
(夏祖焯教授任教成功大學、清華大學等校,是我國唯一留美工程博士出任歐美及日本文學及文化課程教職)

趙嘉崇
獲有美國麻省理工核能工程博士與德州奧斯丁大學核子物理碩士。
專長於研發核反應器物理、熱工水利與嚴重事故之大型分析智能工具。分析處理過世界核能電廠多次意外事件與事故,包括蘇聯車諾比核事故與日本福島核災。
曾代表美國核能學會在1984年創立一國際核能安全會議系列,擔任各國議程主席與大會共同主席多次,致力組織化此系列多年,成就其近四十年之國際盛名。
曾於位在維也納的國際核能總署任職「核能專家」,督導歐洲諸地核能電廠之運行安全與技術升級;曾任北京清華大學核能院講席教授,擔任講座之主題為「核能電廠嚴重事故分析」;曾任東京理工大學核工系客座教授;也任職位於英國牛津,歷史悠久、享譽國際的學術期刊《核能工程設計》編輯達十七年。
發表過數十篇核子物理、核能工程學術論文,獲有核能設備專利、商化奬與美國核能學會會長獎。

推薦序(夏祖焯)
自序

第1章 前言
1.0 這本書的目的
1.1 不需要理工背景
1.2 包括了所有核電議題

第2章 核反應器物理基本概念
2.0 簡單的介紹
2.1 核子物理
2.1.1 化學反應與電子
2.1.2 核子反應與中子
2.1.3 中子哪裡來
2.1.4 三度空間的週期表
2.1.5 原子核的模型
2.1.6 核反應的特質
2.1.7 核反應的種類
2.1.8 核反應器物理
2.1.9 核反應器內中的能量分布
2.1.10 中子核子反應
2.1.11 彈性碰撞
2.1.12 非彈性碰撞
2.1.13 完全吸收核反應
2.1.14 核分裂
2.1.15 核分裂物理
2.1.16 原子數守恆
2.1.17 核分裂核子反應有那些
2.1.18 核能哪裡來
2.1.19 核分裂的效率
2.1.20 快中子慢中子
2.1.21 快中子的好處
2.1.22 快中子的壞處
2.1.23 慢中子的作用
2.2 核融合
2.2.1 核融合的核反應
2.2.2 核融合的吸引力
2.2.3 目前面臨的難題
2.2.4 現況
2.2.5 核融合的效率
2.3 核反應器物理
2.3.1 臨界
2.3.2 超臨界
2.3.3 臨界與超臨界的分別
2.3.4 次臨界

第3章 核電廠技術簡介
3.0 核能電廠技術
3.1 快中子與慢中子
3.2 運轉中機組類型
3.2.1 壓水式
3.2.2 沸水式
3.2.3 重水式
3.2.4 高溫氣冷式
3.2.5 石墨緩衝式
3.2.6 液態金屬冷卻式
3.3 下一代新型核電廠機型
3.3.1 熔鹽冷卻式(Molten Salt Reactor)
3.3.2 小型組裝式(Small Modular Reactor)
3.3.3 行波反應爐

第4章 核能安全
4.0 前言
4.1 核安的本質
4.2 事故有二大類型
4.2.1 什麼類型的核能發電廠有本質上不安全的物理特性
4.2.2 輻射超標事件
4.3 風險評估
4.3.1 兩個機組的故事
4.3.2 四個或二個噴射引擎哪個更安全?
4.3.3 賭徒的錯
4.4 品質保證與ISO
4.4.1 獨立審查與適當體制
4.4.2 拼裝車的品質
4.5 安全文化
4.5.1 人為因素
4.5.2 如何檢查安全文化
4.6 下次世紀大核災
4.6.1 前蘇聯核災的原因
4.6.2 下次核災在哪裡?
4.7 如何做到核能安全

第5章 核燃料
5.0 什麼是核燃料?
5.1 核燃料哪裡來?
5.1.1 鈾二三五哪裡來?
5.1.2 鈽二三九哪裡來?
5.1.3 釷二三二與鈾二三三
5.2 核燃料成品
5.2.1 商轉用核燃料棒
5.2.2 研究用核燃料
5.3 核燃料新款式
5.3.1 TRISO有準備商轉之設計
5.3.2 鈽鈾混合燃料(MOX)
5.3.3 抗災性核燃料ATF
5.3.4 低濃度高成分新型燃料(HALEU)
5.3.5 金屬核燃料
5.3.6 惰性基材核燃料(Inert Matrix Fuel)

第6章 核廢料
6.0 前言
6.1 什麼是核廢料?
6.2 核廢料如何產生?
6.2.1 工業用輻射物質
6.2.2 醫療用輻射物質
6.2.3 發電用核燃料
6.2.4 核反應產生核廢料
6.3 核廢料如何分類
6.4 中低階核廢料如何處理
6.5 高階核廢料如何處理
6.5.1 核反應消耗法
6.5.2 地底存置
6.5.3 提煉再生使用
6.6 核廢料與核武的關係
6.7 處理核廢料的一些考量
6.7.1 經濟考量
6.7.2 政治考量

第7章 防範核武擴散
7.0 前言
7.1 國際原子能總署
7.1.1 法定機制
7.1.2 任務
7.1.3 工作
7.1.4 偵查世界各地設施
7.1.5 現場工作
7.1.6 非現場工作
7.1.7 偵測核武原料之技術
7.2 企圖製造核武的國家
7.2.1 利比亞
7.2.2 南非
7.2.3 巴西、阿根廷
7.2.4 哈薩克
7.2.5 臺灣
7.2.6 北韓
7.2.7 伊朗
7.3 減低鈾濃縮度RERTR
7.3.1 背景
7.3.2 原理
7.3.3 任務

第8章 輻射與健康
8.0 輻射的歷史
8.1 革命性新思維
8.2 什麼是輻射劑量
8.3 輻射劑量的測量與認定
8.4 現代輻射規範的根據
8.4.1 二次世界大戰原子彈受害人
8.4.2 實驗室核武原料臨界事件
8.4.3 車諾比核電廠救災人員
8.4.4 目前採用的規範
8.5 質疑現代的規範
8.5.1 美國國家環境保護局的動作
8.5.2 線性無底限模式(Linear Non Threshold Model)
8.6 低劑量輻射的健康效應
8.6.1 臺灣輻射鋼筋事件
8.6.2 新冠病毒的輻射治療
8.6.3 百萬人數據
8.7 待續的工作與未來展望

第9章 核能新技術
9.0 前言
9.1 核融合
9.1.1 物理背景與發電的必要條件
9.1.2 核融合反應爐之研發
9.1.3 核融合電廠的工程設計
9.1.4 其他核融合方式
9.1.5 現況與展望
9.2 美國國家航空暨太空總署(NASA)
9.2.1 已用於火星探測車電源
9.2.2 太空船核能推進器登陸火星
9.3 核能輪船
9.4 海上機動核能電廠
9.5 硼中子補獲法治療腦瘤
9.6 核能製氫

第10章 結論
10.0 結論就是精彩的概要
10.1 我們活在電子的世界而看不到中子
10.2 核電是安全的─指的是硬體
10.3 如何保障核電安全─有安全文化嗎?
10.4 核廢料如何處理─沒問題但要有成本會計概念
10.5 核廢與核武有密切關係─帳目須先正名
10.6 何時低劑量輻射可做防疫針?真的?
10.7 核融合電廠與快中子核反應爐有共同特質
10.8 登陸火星怎麼不用核能?
10.9 核能不會因為人們反核而消失或擁核而變得安全

交流電機控制與
仿真技術:帶你
掌握電動車與變
頻技術核心算法
微處理器原理與
應用─組合語言
與PIC18微
控制器
半導體IC產品
可靠度:統計、
物理與工程
動畫基礎概論
自動化控制元件
設計與應用:台
達PLC/HM
I/SERVO
應用開發
處理核廢料之完
整藍圖