處理核廢料之完整藍圖

如何處置核廢料其實包括了三個議題：核廢料處理、核廢料提煉之再生使用與防範核武擴散，這三者是不能分開討論的，若只針對其中一個議題來尋求解決方案，永遠得不到完美的答案。這本書的宗旨是要闡明這三者錯綜複雜的關係、互相牽制的脈絡，並針對所有有關議題，納入考量後，做整體的分析，來描述全面解決處理核廢料的前提與方法，提供執行藍圖。但是，執行解方必須把「核電大國」與「非核電大國」分開進行，因為這兩類國家所面對的議題完全不同，各自面臨的困境與意欲發展的方向，也都不一樣。所有相關的技術細節與政策基礎都包括在書中，各式地底深層存儲方式與議題也做了有深度的描述與討論，許多正在研發有關核廢料再處理的新產品呼之欲出，不但可以免除輻射的擔憂，更能迅速達成經濟發展的效果，又對防範核武擴散形成有效的機制。

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，包括蘇俄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，擔任各屆會議議程主席與大會共同主席多次，多年致力此系列之組織化，成就其近四十年之國際盛名。
曾於位於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。近期著作有《全面透視核能》一書，英文版是「A Complete Perspective of Nuclear Energy」。

自序──認識核廢料

寫這本書的動機要從十年前發生的一個故事說起，那天我經歷了一個令人難忘的對話，也是我第一次深深感受到世人對核廢料的了解與我的認知有著天壤之別的落差，用當頭棒喝四字來形容那時候的感覺一點也不為過。事情發生的情形是這樣的，北加州有一位素質甚高的媒體人訪問我， 談的是核電，涵蓋的範圍很廣，主旨是關於福島核災的情況與對美國西岸的影響。我原本也準備對核電要先做個一般性的介紹，可是，我所沒料到的是，談話中我不經意的談及核廢料還可以被提煉做再生使用時，主持人立刻大吃一驚，立即把整個訪談完全專注在這個話題上。因為那是他第一次聽到核廢料居然還能夠被提煉做再生燃料使用，於是他希望我們的談話在這個議題上能夠做更深入一點的討論。然而，我對主持人的反應也是大吃一驚，因為核廢料被提煉做再生使用，對我而言是個習以為常的事實， 況且許多國家已經進行這方面的工作，也為時有數十年，所以對於主持人的反應感到非常意外。
這個訪談節目是以時事評論為主，己有多年歷史，有著聲譽頗高的製作品質，主持人也因為秉持專業水準而獲好評，訪談事後主持人也與我保持聯繫，主要的目的是要向我收集這個議題的資料，以便探索真相，我也樂而為之。這也印證了他在工作上認真的態度，核廢料並不是他的專業， 但是從他不斷探討真相的角度，在我看來，他的確可以堪稱為媒體人之模範。
重點是，這件事對我一直有深遠的影響，我開始自問：像這樣有水準的媒體人尚且完全不知道核廢料可以提煉做再生之用，那麼一般民眾豈不是更不知情？我腦海中又立刻浮現了第二個問題，那就是為什麼會演變成這樣？經過了許多年，我一直沒有放棄思考這兩個問題，同時也發現這兩個問題的答案，並不存在於專業的範圍，我必須要擴大領域，去做不同層次的搜尋與思考，才能真正明瞭發生這種情況的緣由。於是我花了不少時間，跨越不少專題領域，收集了大批資料，也研讀了許多書報。終於，在幾年後找到了答案，看清了全局，了解了整個演變的來龍去脈。

我的另外一個機運也大大幫助了我尋找答案的過程，我被邀請成為一個國際核能學術期刊的編輯。在17 年來，我個人主持審核出版的論文稿件超過了3000 篇，這些發表的專業文章往往代表了世界各地研究機構的最新成果，或者出自許多人的博士論文，在期刊上的發表可以印證這些論文的價值。所以，這個工作讓我有機會涉獵核能發展上最新的知識，其中不乏一些重要的新近報導，都是有關核廢料處理與核燃料之提煉做再生使用的議題，而且也包括不少有防範核武擴散考量的設計與有世紀影響性的核燃料循環策略。這些經驗與知識的累積讓我在找尋這兩個問題的答案上添增不少方便，同時也幫助我增強了信心，最大的收穫是，它也讓我有機會明白了處理核廢料的複雜性，而且又能夠清楚的得到了一個最後的結論。那就是所牽涉的議題其實共有三個：核廢料處理、核廢料提煉之再生使用與防範核武擴散。這三者，是不能分開討論的，若只針對其中一個議題來尋求解決方案，是永遠得不到完美的答案。這本書就是針對這三大議題做了剖析，也詳細的闡述它們的解方。當然，這個過程也讓我了解，為什麼世人對核廢料的認知與實際情況有很大的落差。
這三個議題，每一個議題的領域都是既廣又深，要同時探討這三個議題並不容易，何況在世界上這方面的專家並不多，這些專家們各司其職，人人忙碌於自己的領域，幾乎無人能夠抽出多餘的時間，來關心這個屬於一般社會的問題：為什普羅大眾對核廢料的認知與真正的情況有著如此大的差異？讓這個問題持續了多年而沒有答案的原因是不難理解的，舉個例子來說，能夠對三個議題說明清楚的專家，須要有適當的專業背景， 而這方面的專業隸屬一門學科，稱為核反應器物理，是核能工程中的一項領域。它完全不同於物理方面的核子物理，也不同於核能發電過程所需要的熱傳導，又與材料科學的材料力學與核能材料兩門學科完全不一樣，而世界上所有具有核反應器物理背景的專業人士，全加起來也大約只有400 人。當然這是個粗略估計的數字，而能夠推算出這個數字，也是基於我在幾十年以來與他們有工作來往的人數已達200 人，才有把握做出這樣的估計。其中我個人熟悉的有50 人左右，遍及世界各地，所以我能完全理解他們每天工作的重心，重點是這些專業人士，人人賦予重要使命，在有關核廢料處理，核燃料循環的工作崗位上，忙碌著執行有意義的使命，這些朋友、同僚或同事，不會有時間去關切為什麼普羅大眾對核廢料的認知會有那麼大的落差。於是一般群眾對核廢料的概念與處理核廢料的想法，在一開始就缺乏正確資料的情況下，多年累積下來，演變成了落差很大的錯誤認知，甚至在某些國家，這樣的情況變得日趨嚴重，而到了最後，形成了不利於國家前途的政策。
為了能夠一針見血地解釋清楚核廢料與核武的關係，我編了一個故事，但是這個故事與實際上發生的情況，並沒有很大的差異。我要說的故事是這樣開始的，如果要想製造核子武器，就要先生產核武原料，要生產核武原料，就蓋一個小型核能電廠，為了避人耳目，把所發的電統統丟掉，專心等到核廢料產生了，就取出核廢料，再抽出裡面核武原料成分就成功了。這就是為什麼，在現實生活中，現在世界上所有核能電廠，都被國際核能總署監控著，怕有人移出核廢料企圖製造核武。這個機制的形成，是基於世界上所有國家都與聯合國簽署了防範核武擴散盟約，表示他們不會或不再發展核武。同時，也允許國際核能總署派員到現場執行監督任務，控管核廢料的行蹤，嚴密看守廠內的核廢料，這一切的敘述，說明了核廢料與核武有著不可分割的關係。
核廢料裡面有無限資源，許多同位素可以提煉出來做醫療用、工業用或民生用，更可以用來製造成核子武器，也可以當作做再生使用，做為下一代核能電廠的原料。十年前那位媒體人在訪談中，在大吃一驚之餘，頻頻問到如何使用提煉出來的核燃料做再生使用，我回答：可以放在下一代的快中子滋生爐中使用。他繼續問：這類快中子滋生爐何時可以問世？我誠實的回答說：我不知道，可能還需要10 年或20 年吧！但是如今，也就是10 年後的今天，俄國已經成功的發展出快中子核反應爐，也開始了商業運轉。不但如此，俄國的這型新式核反應爐，不但包括滋生爐，還有另外一個版本：焚化爐，它不但可以發電還可以消耗核廢料，所以被視為快中子焚化爐，除了俄國，另外還有一位名人比爾蓋茲，在美國也不惜代價發展這一類型但是規模變小的核反應爐，它們都有共同特點，那就是既能發電又能同時消耗核廢料。這一切的發生，說明了多年以來的預測，也在十年前的訪談中提到的，現在都已一一變成了事實。
書中我有一些創新的名詞與概念，新的名詞有「核廢料會計學」與「核廢料貨幣學」。新的概念是我把「核電大國」與「非核電大國」分開，把這兩類國家在核廢料處理的政策上作分開的討論，這個方式有其必要性，因為這兩類國家所面對的議題完全不同，各自面臨的困境，與意欲發展的方向，也都不一樣，甚至還互相有利害衝突的可能性，分開的討論就能夠清晰的表達，不同國家為什麼會採取不一樣的策略進行核廢料處理。譬如說，核電大國掌握著核燃料再提煉的技術，但是擔憂世界核武擴散的問題，而非核電大國有著發展核能的意向，但苦於沒有核燃料提煉的技術，也由於簽署了防範核武擴散盟約所帶來的限制，而不能發展這類技術，因此會視核廢料為燙手洋山芋，意欲早日棄之方甘罷休。然而，這樣做也同時意味著必須拋棄核廢料所帶來的無限價值。幸好，近年美國一些智庫與國際機構發展出一套人人都可以變成贏家的機制，使這兩類國家都能完美地達到目的，這個機制稱為國際核燃料聯盟，而「核廢料會計學」與「核廢料貨幣學」這兩個名詞也代表著實踐這機制時，會是有用的觀念與工具。
在身為學術期刊編輯的許多年裡，在我審閱的論文中，有許多是關於利用電腦來學習一些數學程式的解法，根據機器或電腦判斷出來的全面範圍，可以增快取得答案的速度，而且又不失準確性。它有個專有名詞，叫機器學習（Machine Learning），這些論文也都呈現了這個新方式，可以成功地應用到許多核能工程的領域上。看到這一切，令我不得不讚嘆，新思維的發展與新技術的誕生，會迅速促進社會進步，為人類添加福祉，也更容易造就日新月異的新產品。我輩人士要跟上時代，必須要隨時學習新產生出來的觀念與技巧，才不會被淘汰，面對發生的這一切，核能工程的諸多領域也萬萬不可置身度外。而且，2023 年更是人工智慧大放異采的一年，一些在人工智慧方面的工具，最近也成功的問世，這可使得一些能夠提升核能發展的技術，變得更有可能會早日實現，於是我決定在書中加寫一章，專注於利用有人工智慧的機器人，在輻射環境下從事操作程序， 可以突破現在核能技術上的一些瓶頸，能迅速地把核能發展提升到另一個更高的層次，也會對這本書所大幅討論的三大議題，立刻提供了賦有更高效率的解方，在倡導最好的處理核廢料策略之際，我已經看到了諸多核廢料問題被人工智慧迎刃而解的遠景。
處理核廢料是個相當複雜的議題，所涉及的層面不單是挖個深洞來掩埋核廢料就能夠代表的。當然，掩埋用過一次的核燃料於地底深層可以迅速消除暫時性的政治壓力，但是，所付出的代價卻是犧牲數個世代的福祉。其主要原因是核能是非常強大的能源，核廢料也代表著豐盛的資源與工具。但是，這個認知需要長久的時間才能被普羅大眾接受，如果希望普羅大眾有一天能接受這個認知，所要做的工作，第一步就是傳播正確的資訊與知識，而傳播正確資訊與知識正是這本書的主要目的。

第1章 前言與總結
1.1 前言
1.2 全書主旨
1.3 如何利用核廢料
1.4 結論

第2章 什麼是核廢料
2.1 核廢料哪裡來
2.2 核廢料成分
2.3 核廢料對人身的傷害
2.4 核廢料的效益
2.5 核廢料分類

第3章 核廢料與核武的關係
3.1 核武原料之來源
3.2 為什麼要監控核廢料
3.3 監控核廢料之機制與機構
3.4 偵測核武原料之技術
3.5 各國監控核廢料與核燃料之現況

第4章 核廢料之再提煉與核燃料循環
4.1 為什麼要再提煉核廢料
4.2 核廢料提煉技術
4.3 核燃料循環之意義
4.4 核燃料循環之技術考量
4.5 釷鈾核燃料循環
4.6 核燃料循環的策略與展望

第5章 核廢料處理
5.1 核廢料地底處置之方法與方案
5.2 核廢料地底處置之技術議題
5.3 積極消除核廢料之核反應爐
5.4 核廢料處理的立法基礎與政治難題
5.5 世界各國進行的地底深層設施
5.6 鑽孔式超深地底掩埋法

第6章 核廢料國際聯盟
6.1 區域性核廢料國際聯盟
6.2 核燃料租用機制
6.3 核廢料處置場與提煉廠之聚集城
6.4 全球性多邊核燃料循環聯盟

第7章 核燃料循環新科技
7.1 輕水式快中子核反應爐
7.2 液態鉛快中子核反應爐
7.3 新式高溫核反應爐
7.4 從海水提煉鈾

第8章 處理核廢料之百年藍圖
8.1 核電大國之考量
8.2 核電大國之執行藍圖
8.3 非核電大國之考量
8.4 非核電大國之執行藍圖

第9章 核廢料啟發性的觀念
9.1 愛因斯坦不管如何進行質能轉換
9.2 輻射意味著連續性質能轉換
9.3 化學週期表須增加一個元次
9.4 怕輻射而排斥核廢料是不必要的
9.5 對輻射的正確態度
9.6 繼續認證輻射帶來的福祉

第10章 突破性科技
10.1 輻射是處理核廢料瓶頸
10.2 輻射環境機器人之使用
10.3 今年的新科技
10.4 適用範圍
10.5 人工智慧是三大議題解方

第11章結論