导论
从可靠度看核能发电

2011年3月11日，在日本东北海域发生日本有史以来最强烈的里氏九级大地震。地震引发大规模海啸，导致仅可抵挡五米巨浪的福岛第一核电厂三个反应机组及一个乏核废燃料槽在十余米高的海啸巨浪侵袭下受损，先后气爆，并有放射性物质外泄至大气层，触发世界各地的核恐惧症，也引起不少有理与无理的争论。

有的救援队甚至因为担心核辐射而放弃救援，离开日本。邻近国家与地区的民众担心放射性物质随风飘至，引发抢购碘片和碘盐的热潮。中国香港地区有些居民不知道放射性物质到达本港的可能性有多大，更担心今后的日本食物及食品受到污染，到超市抢购现有的日本奶粉和酱油。

任何大的变故都有可能引发恐慌，特别是与核能相关的危机。2008年，我刚到香港时做的第一个学术报告就强调核能安全令人担忧，但当时没有多少人关注，甚至有媒体朋友问我什么是可靠度。我对可靠度的诠释，见附录Ⅰ。

这次日本发生核事故，大家都紧张起来，又开始问什么是可靠度，让我想起1979年美国三里岛核泄漏事件。美国人当时的恐慌现象与现在人们的反应不相上下。这次事故与三里岛事件程度相似，加上一般人对核能认识不多，恐慌可以理解。

历史上发生的核电事故

核能发电是一个跨领域的高科技。1954年6月27日在苏联奥布宁斯克(Obninsk)建成世界第一座民用核电厂，可输出500万瓦的电力。而1956年8月27日在英国坎布里亚郡建成的科尔德霍尔(CalderHall)核电机组则是世界第一座商用核电厂。

经历近一甲子的核电运转历史，到2012年，世界上有30多个国家使用核能发电，共有434个核反应机组，提供该年全球约13%的电力。在2011年3月11日之前，日本有54个核反应机组，是核能发电量较高的国家，核能发电约占全国总发电量的30%。核能发电量最高的国家是法国，核能发电占全国总发电量的75%以上。世界上主要使用核能的国家与地区,2011年核能发电占其总发电量的百分比及2013年核反应机组数量列于图1。

历史上，核电厂出过几次重大事故。除了2011年日本福岛、1979年美国三里岛以外，最严重的是1986年苏联切尔诺贝利核电厂爆炸，是唯一曾经造成大量人员伤亡的恶性核事故。切尔诺贝利核电厂完全没有按照国际标准设计和建造，严格来讲并不是一个正规的核电厂。

日本从1966年开始使用核能发电，在这次地震、海啸引发的福岛核电厂事故之前，四十多年来曾发生过三次核电厂事故，即:1981年的鹤龟核电厂放射性废水外泄、1995年的文殊核电厂液态钠泄露，以及1999年的东海村核能失控。这三次事故都不是重大事故，没有严重人员伤亡，也不曾造成特别的后遗症。

核电厂不是原子弹

人们对核电事故的恐慌，最大的原因可能是来自对原子弹的恐惧。第二次世界大战结束前，美国在日本投下两颗原子弹，造成的巨大破坏在人们心中留下永远的恐惧。但是核电厂跟原子弹不是一回事，就跟在家里用炉子烧火与在野外放火烧荒，或者放鞭炮与掷手榴弹不同是一样的道理。核电厂的铀浓度很低，并且是在坚实封闭的炉内控制反应，典型的核电厂反应炉外的水泥墙就有1—2米厚；而原子弹的铀浓度很高，较不受控制。

日本这次发生事故，最令人担心的是燃料棒高温不减最后被熔解，放射性物质经过破裂的炉心及外墙渗透到地下，污染水源。即便万一出现这样的情况，由于附近的居民已经疏散，也不必恐慌，其影响不能与原子弹相比拟。

核能发电可靠吗？

核能发电历来有颇多争议，发生福岛核电厂事故后，大家又开始质疑核能发电的安全性。大家最担心的应该有两大因素：一是意外事故的发生；二是可能造成的影响。

核工业界早已为电厂建立了严格的安全标准，并清楚列举核能发电可能面对的风险。1975年美国原子能委员会发布“WASH-1400”（《核电站风险报告》）时，我正受美国西屋电气公司(Westinghouse Electric)的资助从事核电厂安全分析的研究，在研究生时代的我很仔细地阅读过WASH-1400。“WASH-1400”记述了所有可能发生的核能事故，还计算出事故发生的几率，并详尽分析事故原因。2007年美国核能管制委员会(Nuclear Regulatory Commission,NRC)出版了《当代最先进核反应机组事故后果分析报告》(State-of-the-Art Reactor Consequence Analysis,SOARCA），以电脑模拟核电厂可能发生的事故。此报告公开出版后，被视为核能发电的安全指南。

可靠度是一种评估方式，细节见附录Ⅰ。在制造业，可靠度与产品的品质保证期密切相关，它包括对产品生命周期的分析、风险评估等。在核能发电方面，则是通过对各个故障发生环节的分析进行评估，类似“SOARCA”的内容。

核能发电至今已经是成熟的工业，不论是第二代还是第三代的核电厂，都具有完备的科学理论与技术，安全性能极高。若是从“意外事故”发生的几率来看，核电厂的故障率极为微小。2010年诺贝尔化学奖得主根岸英一于2012年12月4日在台北表示，得诺贝尔奖的几率有千万分之一，比中乐透还高一点。如果他说得没错，得诺贝尔奖的几率较福岛核电厂的事故率还要高许多。

除了几率的角度，还可从人类期望寿命的研究数据来了解核能发电的影响。物理学家B.L.科恩(B.L.Cohen)曾经在其研究中计算人类的“期望生命”，以及生活中各种因素会缩短多少寿命。^[1]按照研究结果，人类的平均寿命会受各种因素的影响。即使是一辈子生活在核电厂附近的人，他的平均寿命减少的天数也要远远低于“其他意外事件”所造成的寿命减少的天数，详见表1。

“二次污染”无科学根据

核辐射的累积量达到一定程度，才有可能对人体产生影响。当大量核辐射泄漏时，不要在半径30千米范围以内长时间停留。如果在半径30千米以内停留了几个小时以上，那就需要检查人体是否已经受到过量的核辐射。依核辐射感染的程度，可以导致不孕症、血癌、甲状腺癌或其他癌症，受到辐射者需要治疗。所谓“二次污染”的说法，没有科学根据。若有轻微放射性物质黏在鞋子或外衣上，也很容易清洗掉，不会对人体造成危害。

美国核能管制委员会对1979年3月28日美国三里岛核泄漏事件^[2]所作的追踪研究及多项独立研究报告显示：核电厂周围约两百万居民接触的累积核辐射量与每人每年接触的自然辐射量不相上下。从三里岛核事件发生至今已34年的数据判断，邻近地区的民众尚无须担心。

核电厂是安全的工作场所

从经济角度看，核能与燃煤几乎并列为最划算的能源。与石油或天然气的平均发电成本比较，核能发电只有其一半都不到。然而，据世界核能协会(World Nuclear Association,WNA)资料显示，中国要用GDP的6%去处理每年烧煤、烧油发电所造成的环境污染。

根据美国劳工统计局(US Bureau of Labor Statistics)的统计，核电厂也是工作场所中最安全的地点之一。在每20万个工作小时中，核电厂发生事故的次数低于1次，一般制造业每20万个工作小时平均发生事故的次数是45次。

另外，从能源价值看，核能发电产生的CO₂等有害物含量也较其他能源低，而且除经济优势外，核能对环境的附加价值也远远高于其他能源，详见表2。

在目前条件下，核能发电仍具有少可比拟的优点，是最经济、最清洁的电力来源。就减碳环保而言，目前尚无可以取代核电的其他能源。

进口日本食物有安全检测方法

有中国香港及东南亚地区的居民担心进口的日本食物及食品会受到污染。其实这个担心很容易解决，所有进口的食物只要经过检测仪器照射，即可测出是否含有放射物，就像在机场通过X光门检查一样简单。如果没有发生燃料棒熔解的情况，甚至没有必要作这种检测。

放射性物质必须经过一个介质产生影响，不会像疾病那样传染他人。此外，经过低剂量放射处理的食物不至于影响人体健康。在一些国家和地区，广泛使用放射处理食物，以达到消毒、防腐、杀虫的效果。

提升人员的可靠度

虽然核电厂已具备科学和工程的严实基础，但是工作人员的可靠度是影响电厂管理、运营最大的不确定因素。

苏联及美国核电厂发生的事故，都是深夜时人为操作失误引起的。就目前已定案的资料而言，福岛核事故是由于决策处理不当而造成社会惶恐，所以也算是人祸。

世界上没有历久不衰的系统。可靠度的相关研究已经有充分的证据显示，在各式各样的系统中，人员与系统的交互影响至关重要。在极为庞大的系统中，我们要找出系统的瓶颈，作彻底的改革。人员的专业训练和管理必须持续进行，只要有效提升人员的可靠度，核电厂的整体效益可能就比单靠高科技投资显著千万倍。

当危机来临时，民众在保持理性和科学的态度之外，更应该了解电厂的相关知识，才能作出理性的判断和决策。然而核能发电的知识与技术门槛甚高，一般民众无法掌握核电安全措施及相关信息，才会产生恐惧。

因此对于核工业，除了要加强核电厂的设备、运营和管理的安全措施，尚须推广与核电相关的科普教育，让社会大众更加了解核电是什么，以及其运作与管理的限制与安全性。

维修策略与备用设备

为了消除民众的疑虑和心理压力，核电设施运作和管理透明度需要提高。

这次日本福岛发生的核电事故造成民众恐慌，很大程度上与核电厂发布消息的透明度不高有关，民众不知道究竟发生了什么事，也不知道公布出来的消息究竟有多高的可信度，无法作出判断，致使各种耸人听闻的谣言四处传播。

世人对1986年苏联切尔诺贝利核电厂爆炸所造成的伤害，至今众说纷纭、莫衷一是，其主要原因就是该核电厂运转得不够透明，留给大家宁可信其有、不愿信其无的想象空间。

此次事故涉及的福岛核电厂已达设计规划的40年使用年限，在电厂的维修策略上是否有所忽略，尚值得探讨。经过这次事故，我们更加深刻地认识到核电厂备用设备以及备用设备的维护及维修的重要性。就像每辆汽车都有备胎一样，备胎应该随时都可以用来替代损坏的轮胎。

如果一个国家和地区同时有几十座核电设施在运行，最少要有几个作为临时取代和补救的备用设施及供电中心，更应不停检讨管理、操作与提供应变措施，确保完备可用。这些工程上的常识，往往被忽略了。

核废物与核废物管理

核废物是指经过核电厂燃烧过的核燃料所产生的副产品或经核污染的固液体，具有放射性，因而引起社会的不安与民众的关心。核废物的放射性强度可以分成三个等级：低强度、中强度与高强度。

低强度的放射物较常见于核电厂内被污染过的工具、废水，甚至衣服、鞋帽、零组件等。中强度的放射物则会在核反应过程中释放出来。由于中强度的核废物放射性较强，处理时有必要用水泥墙一般的围阻体或防护衣保护工作人员。这次福岛核事故中，因氢气气爆而散发到空气中的放射性碘、铯都属于中强度的放射物。燃烧利用过的乏核燃料(spentfuel)含有核分裂后的强放射性同位素，属于高强度的放射性废物。

典型的核电厂每年可制造出的低强度及中强度放射物各100立方米。经核电厂产生的低、中强度放射物一般须与外界环境隔离200—300年。低、中强度的放射物可经包裹处理后埋入浅层地底；高强度的放射性核废物则因含有少数半衰期长的超强放射物，有必要在长期的冷却之后，经过玻璃化及多层防护包裹，埋入稳定的深层岩石之内，隔离保存千年之久。一般核电厂每年可以制造两吨高强度放射性核废物。

低强度放射性核废物，特别是核污染废液，占核废物数量的最大宗，经固化后，可急遽减少体积，便于干式贮存。

乏核燃料虽然量少，但是仍有历时长久的高温余热并具有高强度放射性，一般存放在核电厂内的燃料池内多年，等余热降低后，再转换成干式贮存。从20世纪70年代起，各国投入精力研发核废料的处理，其目的就是发展安全可靠的新技术，建造核电厂干式贮存设备，以便与核废物的最终处置作业进一步衔接起来。目前干式贮存的技术已经成熟，正在各国逐步推行中，而高强度核废物的最终处置技术也有很大进展。

全球三十多个使用核能发电的国家，其核废物最终处置的日程表各不相同。例如，芬兰将于2020年起最早启用核燃料最终处置设备，而法国、美国则预计分别从2025年及2045年起，作出各自最终处置的安排。

目前，除了将高强度核废物作最终处置后，掩埋地底的岩石深层处之外，乏核燃料可以送到欧洲和美国再处理，并萃取钸以制成新的核燃料，再次为发电所用。

此外，山不转，水转。既然核电厂制造出的废物具有高放射性的特质，最新的研究就在于探讨如何利用核废物再处理技术，彻底燃烧掉核燃料，这样既可大大提高核燃料的使用率，又能减少核废料的产出，避免核废料被用来制造核武器，或者制造类似脏弹(dirtybomb)等武器，从事非法恐怖活动。

能源科技对国际都会未来的影响

以香港为例，如果所有的电力都由核电供应，则每一个香港公民一生将制造出相当于一罐可乐大小的高强度放射性废物。如果香港的电力完全由煤炭供应，则每一个公民一生将制造出大约600吨CO₂和20吨含砷、铅、钼、镉、铬等有毒元素的煤灰。此外，你相信吗，煤灰也具有放射性。

香港中华电力拥有大亚湾核电厂25%的股权，目前由内地输入的净电力占香港总电力的25%，到2020年计划增加至50%。短期内不可能有其他替代供电能源，除非实施严格的节能措施、大幅减少电力消耗，否则停止输入核能发电将导致限电、停电问题，对于民生与经济势必造成巨大影响。

毋庸置疑，我们必须考虑研究其他可持续发展的再生能源，同时提倡改变生活方式，节约能源。但在可预见的将来，如果计入各种因素，例如替代能源发电技术与成本所产生的负面影响、非核发电对周围环境造成的污染、核工业多年来不断从各种意外事故中累积的经验、科学研究的突破发展、更精进的工业技术的成果等，核能仍将是主要的能源。

相信受到福岛核电厂事故的影响，香港等国际化大都会已开始了解，香港虽然是国际经贸、金融重镇，但是在全球一体化环境下，周边国家与地区的变动，会牵连并震动本地经济、政治和社会安定的脉搏。生活在现代社会中，我们需要深入了解科技、发展科技，才能解决人类面对的问题，而非因噎废食，因为不了解科技文明而加以排斥或产生恐惧，导致无法享受科技带来的文明与生活品质的提升。

社会与国家（地区）安全

俗话说：“谨慎能捕千秋蝉，小心驶得万年船。”然而，谨慎与小心只是安全的一些条件；在当今社会，为了谋求更大的福祉，以为天地立心，并为生民立命，注重安全之外，还必须满足更重要的条件，那就是创新。

英文的safety和security都被翻译成“安全”；目前几乎所有人谈的核电安全，包括本书以下各章节在内，指的都是前者(safety)。其实，七彩能源还包含另一层面的含义，即社会、国家的security,这一点很少受到关注。

垦丁“春天呐喊音乐祭”于2013年4月4日在台湾地区第三核能发电厂（简称核三厂）旁举办。经营电厂的电力公司表示，“春天呐喊音乐祭”不至于影响核三厂运作，人力调配没有问题。此次活动负责人也表示，相信有关方面能做好核电厂安全工作，况且音乐祭只有一个周末，无须过度担心。

但是，假设暴徒入侵电厂、劫持电厂，不用说一个周末，就算只有一两个小时，甚至一两分钟，会不会造成社会安全的顾虑？假设4月4日核三厂运转出了一点小状况，谣言在核三厂旁参加音乐会的几万人间迅速传开，人群既无法依序疏散，支持核三厂的人力、物力也不易及时到达，后果将如何？同样的情况也该用来观察每年7月在核四厂附近举办的贡寮国际海洋音乐祭。

以上类似状况，我们还可以举出多个，而这些状况发生的机会都较一般认可的多出许多，不然为什么今天的机场安检会这么严格，波士顿马拉松赛会有爆炸事件！再者,1973年、1979年、1990年先后爆发的几次中东战争，都起源于石油纷争，也就是通常所说的能源危机。由于电力与燃料能源直接关系民生，因此能源问题无疑成为21世纪国家安全、社会稳定所面对的重要挑战，远远超出了一个单纯的资源问题。

从国家安全的角度来看，能源若不能多元化，不能建立智能电网连线，缺电、少电是否会危及国家安全？

[1] 附录I中对可靠度与期望生命有详尽的解释。

[2] 美国三里岛核泄漏事件根据国际原子能总署(International Atomic Energy Agency,IAEA)归类，属七级分类的第五级核事故。