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江祥輝 清華大學核子工程與科學研究所教授

6-6 核反應器的整體構造
核反應器分成許多構造，使用材料非常廣泛。以下我們就來看看整座核反應器怎樣組合所有結構。

1 核反應器的構造
右圖是簡單到無法再省略的核能發電裝置概念圖。為求簡單，本圖以壓水式核反應器為例。
A.燃料束：位於中央部位。如同前述介紹，它是以濃縮度3∼5％的鈾-235製成二氧化鈾（235UO2）後燒結成的燃料丸集合體；是進行核分裂的本體。

B.控制棒：夾在燃料束之間，用來調節中子數目以控制核反應器運動。在核反應器出現狀況的時候，就必須將控制棒完全插入燃料棒之間。在配置設計上，壓水式核反應器一般將控制棒配置在燃料棒上方，一旦緊急狀況發生，便利用重力使控制棒降落插入燃料棒之間的作法。不過為了顧及燃料棒的交換與各種管路的配置，沸水式反應器一般則是配置在燃料棒下方。

C.緩和劑：降低燃料束內因核分裂而產生快中子的速度，使快中子轉變為熱中子的素材。某些型式核反應器利用重水（D2O）或碳（石墨，C），日本商業用核反應器全部使用輕水（H2O）做為緩和劑，屬於輕水式核反應器。

D.冷卻劑、熱媒：冷卻高溫爐心（反應器活性區），將爐心的熱傳導到發電機的素材（熱媒）。冷卻劑的素材分為輕水、重水與二氧化碳（CO2）等，選用的種類依核反應器的形式而異。

日本商業用的核反應器全部屬於輕水式核反應器，依核反應器爐心內的冷卻水是否沸騰，又分為沸水式與壓水式。

E.熱交換器：壓水式核反應器以及使用輕水以外冷卻劑的核反應器，利用冷卻劑因熱生成水蒸氣以驅動發電機。這個製造蒸氣的裝置稱為「蒸氣發生器」或「熱交換器」。

F.發電機：產生電力的機器，本質上與火力或水力發電用的發電機相同。

6-8 用過核燃料
核反應器總是給人危險的印象。這印象應該沒錯。正因為核反應器很危險，所以「萬一發生任何狀況，也不能讓它引起事故」的應對態度是極為重要的。

那麼，核反應器究竟有哪些危險呢？首先只要想到，做為燃料的鈾本身也是製作原子彈炸藥的原料，便可想見鈾燃料絕對不是安全的東西。此外，鈾燃料的熔渣（譯註：又稱為灰渣、爐渣或分裂產物）也是非常危險的物質集合體。

1 熔渣
碳燃燒時會釋放熱，燃燒後殘留熔渣。核反應器內的核燃料反應時一樣會釋放熱，於反應後殘留「用過核燃料」，即所謂的「熔渣」。

然而碳與核燃料的熔渣性質有所不同。碳的熔渣是冷灰，幾乎沒有剩餘價值，頂多灑在庭院充當植物的肥料（做為土壤中和劑或鉀肥料）。

核燃料的熔渣即為用過核燃料，它和碳的灰渣完全不同。核燃料的熔渣是熱的，不只剛形成時是熱的，還會自體發熱，愈變愈熱。

用過核燃料是塊狀的放射性物質。這些剛形成、還熱呼呼、性質很不穩定的放射性物質會大量釋放輻射與熱能，以轉變（進行原子核衰變）成穩定的原子核。用過核燃料進行核衰變所釋放的熱能即稱為「衰變熱」。在核分裂剛停止時，核衰變的發熱量仍占核分裂發熱量的10%左右，不能等閒視之；一天以後核衰變的發熱量會減至1％左右，一年以後才會衰減至0.1%。

2 用過核燃料的貯存池
用過核燃料在名稱上還留有「核燃料」字樣，但已經是核分裂反應完畢後所形成的塊狀核分裂產物，依然屬於放射性物質。用過核燃料不僅有放射性，還有發熱性，同時具有雙重危險性質。為了冷卻，同時也為了防阻輻射，用過核燃料必須先浸泡於冷卻水池中。幾公尺厚的冷卻水不僅能遮蔽α粒子、β粒子與γ射線，還能與中子發生碰撞，奪取中子的動能。可見水是多麼優秀的輻射遮蔽物！

用過核燃料必須在水中浸置多久呢？相當久，至少要幾年到幾十年才能移出，運送至中期貯存場貯存，或做永久處理。

9-4 防輻射對策好比防花粉對策
了解放射性物質好比花粉以後，輻射防護對策就好擬定了。

防阻放射性物質的第一步，借用防花粉的說法就是：不要靠近會散布毒素的花粉。以「敬而遠之，不可褻玩焉」的態度對待它就對了！

1 花粉從杉樹飄出，放射性物質從核反應器逸出
花粉會從山林的杉樹上飄落。每當季節一到，山林裡杉樹稍的花粉便會膨起，成熟以後，隨風一吹，便飛舞飄散，乘風來到市街。

在花粉成熟的季節，市街的空氣中充滿了眼睛看不見的花粉，杉林地中的花粉濃度更濃。花粉過敏症的患者為了避免與花粉接觸，通常不會在這時節隨意外出，更不會走進杉樹林。

2 不要逗留戶外
當防範對象換成放射性物質時也一樣。由於戶外可能有放射性物質飄散，所以假如沒有重大緊急事由就不要出門。危險時期終究會有結束的時候，而在那之前，「堅忍不拔」地待在家裡才是明智的抉擇。

假如不得已非得出門，當然是以不接近核子事故發生地點附近為最高原則。

3 外出裝備
還在危險期間卻又不得不出門時，則必須思考外出裝備是否安全妥當。首先，必須避免放射性物質接觸皮膚，所以穿著長袖、長褲才是聰明的打扮。只要在防輻期間，就算夏天的天氣再怎麼悶熱不適，也應該忍耐。

在配件穿戴方面，眼鏡也是有效的輻射阻絕配件，而口罩的阻絕效果尤其有效。自核反應器逸散出來的放射性物質可能比花粉還要細微，因此建議民眾選用防花粉專用的高性能口罩以策安全，假如能配戴濕口罩更好。沾濕口罩後再配戴，雖然會造成些許呼吸困難的感受，但濕口罩阻絕輻射的效果比乾口罩更好。

當然，帽子也是有效的防輻配件，與帽子一體成形的連帽式雨衣的防輻效果尤佳。在材質方面，塑膠布比紡織布好。特別是掉落積存在皺折部位的放射性物質，假如是紡織布質的雨衣就會很難清除；假如是塑膠布質的雨衣，那麼拍一拍、抖一抖便可去除部分，事後還可以將整件雨衣用水沖一沖，徹底去除殘留的放射性物質。

9-8 食物要洗過再吃
放射性物質最恐怖的影響，是在體內釋放輻射，造成「體內輻射曝露」。體外的放射性物質所釋放的輻射多少還有東西可以居間屏蔽。萬一遭受體外輻射曝露，耐久性的表皮細胞也有屏蔽效果，但是身體內部卻沒有任何東西可以幫身體屏蔽輻射。

1 前俄羅斯間諜遭暗殺事件
2006年12月，投靠英國的前俄羅斯間諜李維南科在倫敦吃了壽司以後便感到身體不適，一直持續到死亡。經調查發現，死亡原因是李維南科吃的壽司遭殺手摻入放射性物質釙（Po）所致，釙在體內釋放α粒子，造成體內輻射曝露。將危險程度足以致死的放射性物質運送到壽司店、還揉捏包進壽司內的殺手本身就沒事嗎？

這起前俄諜遭暗殺身亡的消息曝光後成為全世界大新聞，可是執行輻射暗殺任務的殺手卻已隱沒在黑闇之中，沒人知道下落如何？

2 最恐怖的果然還是體內輻射曝露
根據推測，殺手可能是從記事本撕一張紙當作包裝紙，就把放射性釙元素帶著走了。運送包裝就一張紙這麼簡單？是的，而且這樣不成問題。關鍵就在於體內輻射曝露與體外輻射曝露的影響不同。

體內輻射曝露就是那麼恐怖！所以說，絕對不可以讓放射性物質進入身體裡面。那要怎麼做才能避免放射性物質闖進身體裡呢？

防禦方法很簡單。不過，或許應該這麼說：一般也只能以簡單的方法自我防禦。戴口罩、漱口，不得已得吃可能遭受放射性物質污染的食物時，要將食物充分清洗乾淨，自我防護的方法大概就如以上所述。放射性物質好比灰塵或垃圾，洗一洗就會去除掉。利用清潔劑或什麼都好，徹底清洗就能使放射性物質徹底掉落。

至於食物是否遭受放射性物質污染，就只能仰賴政府機關所發表的數值做判斷了。不過，民眾吃進嘴裡的食物的污染數值不一定就等於政府機關公告的數值，民眾可以透過洗滌或料理的方式改變食物的污染數值。

所以本書在此希望和讀者分享一個觀念：不需要隨著公告污染值而喜或憂，充分了解數值的根據、冷靜因應，這才是對抗放射性物質污染的最佳自我防護方式。

6-6 核反應器的整體構造核反應器分成許多構造，使用材料非常廣泛。以下我們就來看看整座核反應器怎樣組合所有結構。1 核反應器的構造右圖是簡單到無法再省略的核能發電裝置概念圖。為求簡單，本圖以壓水式核反應器為例。A.燃料束：位於中央部位。如同前述介紹，它是以濃縮度3∼5％的鈾-235製成二氧化鈾（235UO2）後燒結成的燃料丸集合體；是進行核分裂的本體。B.控制棒：夾在燃料束之間，用來調節中子數目以控制核反應器運動。在核反應器出現狀況的時候，就必須將控制棒完全插入燃料棒之間。在配置設計上，壓水式核反應器一般將控制棒...

各位對「放射性」的印象是否就是：肉眼看不見、不知道會從哪射過來、有害健康、有時甚至產生致命危險的恐怖東西呢？

這樣的恐怖印象的確與事實吻合。但嚴格來說，恐怖的是「輻射」，以及釋出輻的「放射性物質」，而並非「放射性」。

對生物的健康有害，有時甚至產生致命危險的恐怖分子其實是「輻射」。輻射分為α（阿法）射線、β（貝塔）射線、γ（加瑪）射線與中子束等。這些都是肉眼無法看見、從四面八方輻射過來、在不知不覺中危害生命健康的危險分子。如果從以上特性描述來看，X光檢查時所照的「X光」也應該是危險分子囉？那是當然的。因為X光算是γ射線的一種，性質是類似的。從這個角度來看，不妨把輻射看作是光線的一種，這樣就很好理解什麼是輻射了。

從光線的角度出發我們便能了解，輻射並非無中生有。

就好比光是從燈泡發出一樣，輻射也是從「某種東西」釋放出來。而某種東西就是所謂的「放射『性物質』」。放射性物質雖然有時也被稱為放射性元素或放射性同位素，但不妨把它們當成相同的東西就好。

重點就在於「放射性物質」顧名思義是一種「物質」，既然是物質，當然就會有形體、有重量，而且就和小石子、麥粉一樣，有大也有非常細微的。大的，好比礦山挖出來的數噸重的礦物就是；至於細微的，像福島第一核電廠外洩的放射性碘-131一般，肉眼不可見的原子。

即使樣態細微到肉眼不可見，既然名為放射性物質，它就是一種物質。而「花粉」或許是可以幫助我們理解那些細微不可見的放射性物質的最佳概念。花粉也是一顆顆飛散在空氣中肉眼無法察覺大小的物質。花粉既然是類似小麥粉的「粉末狀物體」，就有方法可以防阻，只是比較麻煩而已。

將窗戶關起來，花粉就飛不進屋子；戴上眼鏡或口罩，就不會接觸到人體的黏膜，這樣就能避免傷害人體了。而要避免放射性物質侵害人體也一樣：只要避免放射性粉末物質進入屋內、附著在身上或進入體內就可以了。順著這樣的概念下來，各位是不是比較清楚，對於該怎麼和放射性物質相處了呢？

那麼，本書要帶大家關心的「放射性」又是什麼呢？放射性，就字面解釋是一種「能力」，詳細來說就是物質「釋放輻射的能力」。因此，「放射性物質可以說就是具有「放射性的物質」，而非放射性物質就是不具放射性的物質。

因此，日文常說放射性不好，或是碰到放射性會生病這種說法，其實有些語意不明。但，要是能了解以上所述，相信讀者應該不難理解，重要的是「我該怎麼避開有如花粉般的放射性物質」這樣具體的問題上，而不在於「我該怎麼應付有如幽靈般令人害怕的放射性」了。

如果社會大眾對於「核能」或「放射性」缺乏上述的資訊與知識，就有可能導致不必要的混亂擴大。

因此，本書將以深入淺出的方式歸納整理，有系統地提供放射性、原子核能方面的基本知識，排解社會大眾對於放射性或核能可能抱持的各類疑問或問題。希望透過簡潔易懂的敘述、搭配簡明易懂的圖說，讓社會大眾輕鬆獲得放射性或核能的重要基礎知識。

在輻射事故的實例方面，本書將介紹2011年發生的福島第一核電廠事故。事實上，福島事故還是現在進行式，它的狀況與影響仍在發展當中。因此相關的介紹只能收錄至本書出版之前，還請各位見諒。

2011年5月 齋藤勝裕

各位對「放射性」的印象是否就是：肉眼看不見、不知道會從哪射過來、有害健康、有時甚至產生致命危險的恐怖東西呢？

這樣的恐怖印象的確與事實吻合。但嚴格來說，恐怖的是「輻射」，以及釋出輻的「放射性物質」，而並非「放射性」。

對生物的健康有害，有時甚至產生致命危險的恐怖分子其實是「輻射」。輻射分為α（阿法）射線、β（貝塔）射線、γ（加瑪）射線與中子束等。這些都是肉眼無法看見、從四面八方輻射過來、在不知不覺中危害生命健康的危險分子。如果從以上特性描述來看，X光檢查時所照的「X光」也應該是危險分子囉？那是當然的...

第1章 放射性
1-1 放射性、放射性物質、輻射的差別在哪？
1-2 放射性物質是什麼？
1-3 放射性物質有哪些？
1-4 輻射是什麼？
1-5 放射性是什麼？
1-6 西弗是什麼？
1-7 輻射有多危險？
1-8 自然界的輻射有多少？
1-9 地球也會釋出輻射？！
1-10 輻射可以是有益的東西嗎？
專欄1　水玻璃是什麼？
第2章 原子核
2-1 原子是什麼？
2-2 原子核是什麼？
2-3 同位素是什麼？
2-4 原子核穩定嗎？
2-5 放射性同位素是什麼？
2-6 原子有哪些種類？
2-7 週期表是什麼？
2-8 原子是怎麼誕生的？
2-9 大原子是怎麼誕生的？
專欄2　再臨界
第3章 原子核反應
3-1 原子核也會反應？
3-2 原子核反應有哪些？
3-3 半衰期是什麼？
3-4 利用半衰期鑑定年份
3-5 原子核衰變是什麼？
3-6 原子核衰變是連續反應
3-7 原子核之間也會互相反應
專欄3　鈽元素
第4章 核熔合與核分裂
4-1 核熔合是什麼？
4-2 人工核熔合是怎麼辦到的？
4-3 核熔合反應器是怎樣的設備？
4-4 核分裂是什麼？
4-5 核分裂的連鎖反應是怎樣的反應？
4-6 核分裂對生物有危害嗎？
4-7 臨界很恐怖嗎？
4-8 臨界質量怎麼測定？
4-9 原子彈怎麼爆炸？
專欄4　石棺與水棺
第5章 核反應器的運作原理
5-1 核能發電怎樣都必要嗎？
5-2 鈾怎麼取得？
5-3 鈾怎麼濃縮？
5-4 中子太多就大勢不妙啦！
5-5 中子的速度是關鍵！
5-6 中子的速度要怎麼降？
5-7 核反應器的熱能怎麼輸送？
5-8 怎麼阻絕輻射？
5-9 核分裂產物怎麼產生？如何處理？
專欄5　用過核燃料還能有效利用嗎？
第6章 核反應器的運作實況
6-1 核反應器相當於火力發電廠的鍋爐
6-2 由鈾燃料丸填充製成的燃料棒
6-3 控制中子數的控制棒
6-4 降低中子速度的減速材
6-5 降低核反應器溫度的冷卻材
6-6 核反應器的整體構造
6-7 反應器壓力槽與圍阻體
6-8 用過核燃料
6-9 核燃料廢棄物的化學處理
6-10 核燃料廢棄物的永久廢棄處理
6-11 核反應器的除役
專欄6　核反應器在除役期間該怎麼處置？
第7章 核反應器的種類與問題點
7-1 核反應器的種類
7-2 利用鈾運轉的核反應器
7-3 利用鈽運轉的核反應器
7-4 增加燃料的快中子滋生反應器
7-5 快中子滋生反應器在快什麼？
7-6 快中子滋生反應器所面臨的問題
7-7 利用釷運轉的核反應器
7-8 釷原子核反應器的原理與問題點
專欄7　核爆彈的規模
第8章 輻射污染事故
8-1 居禮夫婦的受災情形
8-2 恩里科‧費米核能發電廠事件
8-3 第五福龍丸號事件
8-4 三哩島核電廠事故
8-5 車諾比核電廠事故
8-6 車諾比核電廠事故的災情
8-7 東海村臨界事故
8-8 東海村臨界事故的災情
8-9 快中子滋生反應器原型爐「文殊」事件
8-10 核能動力船「陸奧號」事件
8-11 三一一東日本大地震與核電場災變
8-12 福島第一核能發電廠的受災情形
8-13 福島第一核能發電廠的核反應器
8-14 福島第一核能發電廠的構造
8-15 福島第一核能發電廠事故的原委－1
8-16 福島第一核能發電廠事故的原委－2
8-17 福島第一核能發電廠事故的原委－3
8-18 福島第一核能發電廠事故的原委－4
8-19 福島第一核能發電廠事故的核心問題
8-20 福島第一核能發電廠事故的災情－1
8-21 福島第一核能發電廠事故的災情－2
8-22 福島第一核能發電廠事故的災情－3
8-23 福島第一核能發電廠事故的今後問題
8-24 核能發電的今後問題
專欄8　劑量計
第9章 萬一被輻射污染了怎麼辦？
9-1 輻射好比四處散毒的花粉
9-2 放射性物質的種類
9-3 放射性碘元素、放射性鍶元素
9-4 防輻射對策好比防花粉對策
9-5 避免放射性物質闖入家門
9-6 身體一旦碰觸放射性物質應立即沖洗
9-7 留意天候狀況
9-8 食物要洗過再吃
9-9 不要接近輻射釋放源

第1章 放射性
1-1 放射性、放射性物質、輻射的差別在哪？
1-2 放射性物質是什麼？
1-3 放射性物質有哪些？
1-4 輻射是什麼？
1-5 放射性是什麼？
1-6 西弗是什麼？
1-7 輻射有多危險？
1-8 自然界的輻射有多少？
1-9 地球也會釋出輻射？！
1-10 輻射可以是有益的東西嗎？
專欄1　水玻璃是什麼？
第2章 原子核
2-1 原子是什麼？
2-2 原子核是什麼？
2-3 同位素是什麼？
2-4 原子核穩定嗎？
2-5 放射性同位素是什麼？
2-6 原子有哪些種類？
2-7 週期表是什麼？
2-8 原子是怎麼誕生的？
2-9 大原子是怎麼誕生的？
專欄2　再臨界
第3章 原子核...