本文為綠色公民行動聯盟整理的講座側記。講座為「科學觀點看核能科技與風險—談核電延役與小型模組化反應爐（SMR）」，於2024年10月16日舉辦。
綠盟邀請了憂思科學家聯盟（The Union of Concerned Scientists）核電安全主任埃德溫．萊曼博士（Edwin Lyman）進行線上演講，從科學觀點出發，討論關於核電延役與小型模組化反應爐（SMR）的科學觀點。
下文以來第一人稱口述方式呈現萊曼博士的演講，內容經口譯翻譯，再由綠盟逐字整理，希望能向大家儘量完整呈現萊曼博士的原意。
憂思科學家聯盟與核電
憂思科學家聯盟50多年來，一直是核電安全和維安監督團體。我們既不支持核電，亦不反對核電。我們認為，如果核電要在電力系統發揮作用，就必須確實評估和有效解決核電的安全、維安、核武擴散，以及成本問題。
核電與氣候變遷
在經過數十年的發展停滯之後，核電作為一種低碳替代方案正在世界各地再次受到關注，核電可以幫助消除化石燃料的使用，並減緩氣候變遷，或有可能為資料中心運作人工智慧提供電力。
核電在美國與其他國家，被稱為是「清潔能源」，然而核電並不「清潔」，與風電、太陽光電等其他低碳發電方式相比，核電有許多缺點，如釋出高放射性物質，這類物質會危害環境，以及帶來公共衛生風險。同時核電的圍阻體必須要達到某種程度，方能確保安全，所以核電並不必然「清潔」。
全球在2011年目睹，3座機組在福島核災發生爐心熔燬。並釋出大量放射性物質及污染，所以核電有其潛在的風險。
除核電廠本身營運的物理安全問題，核電廠的維安問題也是重要考量，首先，即使核電廠的內部安全運作，核電廠本身極容易受到破壞或軍事攻擊。正如自2022年俄羅斯入侵烏克蘭以來，世界已然看到，烏克蘭札波羅熱（Zaporizhzhia）核電廠已成為軍事衝突的目標。
核電廠發生事故的可能性極高，或由於意外砲擊，或由於核電廠周圍軍事衝突，或出於蓄意攻擊，使核電廠成為武器。
核電還有核武擴散的問題，核電的獨特之處在於，和平用途的核電廠相關設施，可能會遭濫用，製造核武。即便是以和平的目的發電，核電也會產生高放射性物質，並做成武器，如北韓，危險就不言而喻。
核電會產生高放射性廢棄物，並且在數十萬年內都具有危險性，目前唯一安全處置核廢料的方式就是掩埋於深地質處置場。全球使用核電的國家很多，只有芬蘭確立並興建深地質處置場。在美國等其他先進國家，對於核廢料的長期解決方法，並無進展。
此外，核電在許多國家其實相當昂貴。在某些國家，經比較發現，核電比化石燃料發電還要昂貴，相較風力發電及太陽能發電，核電也不便宜。
增加核電的選擇
現在，關於擴張核電的討論又重新出現，核電發電量可能增加3倍，才能未來數十年內完全取代化石燃料，滿足既有的供電需求。想要滿足人工智慧資料中心的額外需求，核電供電量得遠遠超過既有需求。但這表示我們需要延長現有核電廠的使用年限嗎？或是重啟已經除役核電廠嗎？
現在全球約有400座正在運轉的反應爐，若要滿足我們的電力需求完全依賴核電，代表這400座核電廠在運轉執照屆滿後，必須全數延役。
美國有些機組因經濟因素關閉。現在有人提議，使這些核電廠重新運轉，包括1979年發生熔燬的三哩島反應爐的姐妹機組。也有人提議，讓現在正在運轉中的核電廠功率增加25%。
若要在未來使核電發電量增加3倍，代表將要在未來30年每年持續興建數十座核電機組。這樣的大規模擴張，勢必會引發關於是核能能否在全球安全地運轉，同時也要確保不會大幅增加成本。因此，核能是否能安全且經濟地擴張，仍是尚待解決。
核電延役，執照展延
延役在美國稱為執照展延，美國最初所核發的執照是40年，這代表在2030年前，幾乎所有的核電廠都會除役。為解決執照屆期的問題，美國的核能管理委員會打算使運轉中的反應爐執照延長20年。目前幾乎每座核電廠都已獲得執照展延，因此目前美國核電機組群中有超過2/3的機齡超過40年，全體平均機齡約為43年。
此外，管制機關制定程序，讓核電廠可以申請二次20年的執照展延，使機齡達80年。至今已有3座核電廠，6座反應爐，實際獲得延役20年。甚至還有關於第三次20年延役的討論，這允許核電廠，運轉至100年。
核電延役的邏輯為何？
核工業所提出的基本理由是「核電廠如同經典老車，妥善保養，就永遠可以上路」。核電廠真的可與老車相提並論嗎？核電廠實際上遠比老車複雜，即便我們可以定期檢查與維修機組，以因應機組老化所引起的退化，卻仍有部分零件既無法修復，也無法更換。
例如，鋼製反應爐壓力容器，係用於驅動核連鎖反應，以產生能量，當反應爐壓力容器持續受到核分裂所釋放的中子撞擊，遂使金屬脆化，或實際上使金屬成為可能破裂的脆性材料，反應爐因而存在的裂開風險。
腐蝕過程在核電廠內部持續發生。由於高熱、水、化學作用，乃至於輻射影響，核電廠內部環境十分嚴峻，使得核電廠內許多金屬零件產生裂縫。
用於在發生火災時輸水的消防系統管線，絕大部分位於地下。地下另有儲槽。這類設備在設計之時，原本就無意更換或維修。但電纜周圍的絕緣層會受到熱和其他環境因素影響，造成劣化，因而導致火災風險增加。
核電廠設有大量的電纜，數公里的電纜遍布各處，而這類電纜最初並不打算替換。但是電纜周圍的設施會受到高溫和其他環境因素的影響，最終會導致老化，從而增加火災風險。
同樣關鍵之事在於，用來防止放射性物質泄漏的鋼筋混凝土圍阻體，在核子反應爐爐心出現故障時，可否發生作用。以壓水反應爐大型鋼筋混凝土的圍阻體為例，我們可以看到，圍阻體本身也會受到多種因素的影響，而隨著時日漸長而減弱其強度，並可能發生化學反應，導致老化、劣化。
核電延役的基本問題
因此，有兩個關於核電廠延役安全的基本問題。首先，核電廠業者是否能夠確實，並且定期地檢查和維護所有經歷老化、劣化的零件，以便在問題惡化成為隱患之前，及時發現。
其二，對於無法修復或更換的零件，業者是否能確保，它們在核電廠延役期間內保持完整性和功能性？業者可否證明，這類零件在核電廠最終關閉時，它們仍然正常運作？在考慮更新核電廠運轉執照時，我們應該確實提問。
不過，在考慮核電廠是否延役時，還要提出許多問題。隨著長期累積的機組運轉經驗， 現今人們已然認識更多新型事故，或更為嚴重的事故。
問題在於，當年核發運轉執照時，從未考慮過現今的新型事故，如此一來，核電廠是否真的安全無虞？ 業者能提供有關該核電廠的足夠資訊嗎？ 其次，長期運作出現一些未曾預料的事件，這也引發對核電廠基本安全的風險。
此外，核電廠最初的執照是基於幾十年前，當時知識所理解地震風險、洪水風險，以及其他自然災害風險。然而，隨著知識持續累積，我們現今更為理解地震風險和洪水風險。
再者，氣候變遷造成更嚴重的自然災害，增加颶風強度。美國最近所經歷颶風海倫，造成始料未及嚴重洪患。這些資訊演進，必然引發疑問，核電廠現今是否仍然安全？
最後，在過去幾十年中，關鍵基礎設施的恐攻風險或潛在威脅已然增加。例如，美國在2001年9月11日對世貿中心和五角大廈的攻擊。
正如我們先前所述，核電廠所在之處可能會淪為戰區，正如在烏克蘭的札波羅熱核電廠的情況。而該等核電廠最初獲得執照和建造時，並非為承受軍事攻擊所設計。由於情況持續變化，讓核電廠的延役，便不盡合理，而核電廠所在之處更可能不再安全。
但不幸的是，美國核能管制機關在考慮延役許可時採取非常狹隘的觀點。他們並不考量我剛才所提，在外在情況不斷變化的所衍生的問題，而是僅關注核電廠的老化，並假設其他一切，一如既往。
因此，在執照延長時確實需要考慮相關基本問題，而不僅僅專注於核電廠機齡。因此，我們並不全然認同美國管制機構的做法。其他某些國家在考量核電延役時，會更全面地檢視問題，在這方面做得比美國好。
管制失敗案例：戴維斯貝西核電廠
美國有個著名案例，彰顯老化管理不善的後果。這是在俄亥俄州戴維斯貝西核電廠（Davis-Besse）所發生。 正如我先前所述，老化管理的目標是建立嚴密的檢查制度，以便在問題危及機組，造成嚴重事故之前，及早發現。
早在 2002 年就發現，戴維斯貝西核電廠反應爐容器頂部已形成約莫菠蘿大小的孔洞。 事實上，頂部只剩很薄一層金屬。若未及時發現，反應爐壓力容器很可能會破裂，繼而發生冷卻劑流失，引發爐心熔燬。由其他核電廠的運轉經驗顯示，這類問題之所以會出現，是多方面失誤所致。
核電延役的成本壓力
其他核電廠的運轉經驗強烈顯示潛在問題，而核電廠和管制機關卻忽視警訊。儘管潛在的問題相當嚴重，管制機關仍然出於經濟原因允許核電廠繼續營運。
造成問題的根本原因是經濟考量，因為核電廠業者關閉電廠之時，遂有責任購買替代電力，提供給原先用戶，所以能拖就拖，盡可能去延後昂貴的檢查和維修，延後購買替代電力。
這張著名的反應爐容器頂部孔洞的照片引發關注，因為隨著世界各地的反應爐老化，問題越發彰顯。隨著反應爐的老化，腐蝕會加劇，零件故障的發生率也將隨之增加。
因此，隨著反應爐的老化，檢查應該更為頻繁和深入，並且應投入更多資金用於修復和更換老化和故障的零件。隨著電廠的老化，維持正常運行越具挑戰性，成本也越來越高。
但與此同時，核能產業在美國和許多其他國家面臨著日益增加的成本壓力。正如我之前提到，許多核電廠的運行成本已經非常高，尤其是考慮到風能和太陽能等再生能源成本的下降。因此，這給電力業者帶來沉重成本壓力，業者不願增加檢查頻率與維護費用，只想反其道而行。
這裡的危險在於，由於老化問題日益嚴重，類似戴維斯貝西核電廠的事故可能陸續出現，並增加事故發生的風險，而發現問題和修復前，可能已經造成潛在危害。因此，為確保核電延役的安全，管制機構必須確保這些財務壓力不會損及有效的安全檢查。
此外，即便財務壓力不會影響檢查的有效性，但是核電廠裡面，仍有不易檢查，無法檢查之事，只能從外觀，大致判斷機組零件是否正常，是否構成核電廠延役的風險，這種不確定性代表，核工業無法完全消除核電廠因老化而衍生風險。
戴維斯貝西核電廠反應爐頂部的洞。圖片來源：艾德溫・萊曼博士簡報。
反應爐壓力容器脆化
反應爐壓力容器是機組關鍵零件，這是一個鋼製容器，用於儲存核燃料。泵水進入反應爐爐心，並在容器內循環，最終將水轉化為蒸汽，驅動渦輪發電。所以反應爐壓力容器是保護核燃料的主要包覆層之一。
如我之前所提，老化的主要影響是鋼製反應爐容器的中子輻照，特別是連接容器各部分的焊縫。中子輻照會使容器隨著運轉而脆化，這是個嚴重問題。
因為如果發生冷卻劑損失事故，緊急爐心冷卻系統會向反應爐容器注入冷水，而這些冷水可能會導致容器出現裂縫。在壓水式反應爐中，這種情況被稱為壓力沖擊，反應爐容器實際上可能會急劇破裂，導致一場難以控制的事故。
這裡的問題在於，這種老化現象不易預測，它非常複雜，尤其是因為反應爐容器由不同材料製成，並且受到不同程度的中子輻照。焊縫特性使得問題尤為棘手。因此很難準確預測老化情況，特別是在超過60年的使用年限。
經正常的分析方法發現，美國某些老舊反應爐在運轉期間，特別是在延役60年期間零件會脆化。為解決這個問題，核能管理委員會遂改變規則，並允許核工業者使用替代方法，證明反應爐運轉超過 40年的合理性。在我看來，目前此事是否安全，尚未可知，因為分析本身依賴於某些可能不必然有效的假設。
核電廠環境的變化
由於這些不斷變化的情況，尋求延役的機組可能會面臨與最初興建時截然不同的環境。例如人口密度可能會增加。許多反應爐最初設置在美國鄉村地區，周圍人煙稀少，在40年後，既有機組卻位於人口密集地區。
核電廠是否足以因應潛在的自然災害，例如洪災規模遠高出建廠之時的預期災害規模。再者，在福島核災後，分析美國每座核電廠，發現它們實際所面臨的洪災風險，遠比最初取得興建執照時的風險要高。不過核管會卻未要求核電廠就此升級防洪措施。
為維護核安，在考量是否延役核電廠時，必須審慎評估這類機組，是否仍然位於最初合適興建的地點。
興建大型輕水式反應爐的困境
目前世界上幾乎所有的核子反應爐都是大型輕水式反應爐，裝置容量約為1,000 MW，並以水為冷卻劑。此外，輕水式反應爐所使用的燃料，稱為低濃縮鈾，這是從地下開採的鈾礦經過加工後，在濃縮設施中提高鈾235的濃度，以便使其可用於輕水式反應爐。輕水式反應爐的鈾235濃度約為5%或更低。
此外，經過濃縮的鈾燃料無法直接用於製造核武，因此輕水式反應爐的核武擴散的風險相對較低。
&在過去幾十年，除中國以外，大多數國家鮮少建造的新型大型輕水式反應爐。實際上僅有少數幾座新的大型輕水式反應爐正在施工。原因在於，施做大型反應爐不但工期長，成本又極高。
新的核電興建計畫在美國和西歐屢歷工期延誤，原先期程加倍，外加成本超支兩倍，甚至機組造價高達超過150億美元。
全球核電發展基本上因而停滯不前，因為新核電廠的建廠速度並未明顯超過舊電廠關閉的速度，使得機組總數量大致不變。
小型模組化反應爐可以拯救核工業？
這就是為何業界提出小型模組化反應爐的概念。小型模組化反應爐裝置容量為300 MW或更低，約為大型輕水式反應爐的1/3。有些裝置容量不到100 MW，甚至低於10 MW。模組化是指，機組可以在工廠內先行組裝，然後再送到反應爐預定地，所以理論上，可以量產，並且快速的組裝，達成規模經濟，因此可以節省成本、縮短期程。
而小型模組化反應爐的擁護者，賦予該型反應爐種種神奇特性。聲稱機組具有被動安全性質，無論發生何種情況，機組都能自動關閉，毋須人員操作。
據此說，小型模組化反應爐所產生的放射性物質遠比大型反應爐少。小型模組化反應爐因而更安全。再根據此說，與傳統機組相比，小型模組化反應爐所產生核廢料更少，甚至可以回收再利用核廢料業者又說，小型模組化反應爐可以防止核武擴散，那因為機組小，就某些國家來說，即使有心，也相對難以濫用這些核電材料製造核武。
此外，有些小型模組化反應爐的設計聲稱可以比輕水式反應爐更有效地利用鈾。鈾礦開採可能嚴重傷害環境。若能夠使用較少的鈾，卻產出相同等量的電力，也是件好事。但很不幸，以上這些說法，不是誤導，就是完全錯誤。
SMR的各種不同技術
目前有許多不同類型的小型模組化反應爐，其中一類使用輕水式反應爐技術，也是當今全球既有反應爐的標準技術。這些小型機組雖然更小，部分技術有所改進，但基本上仍然使用相同的技術。
其中一例是美國Nuscale所設計的小型壓水式反應爐，就是大型機組的縮小版，每座機組的裝置容量為77 MW。
此外，還有與輕水式反應爐不同的機型，其中一類是液態鈉冷卻的快中子反應爐。其中一型的鈉反應爐是由微軟創始人比爾． 蓋茲所共同創辦的TerraPower所開發。蓋茲是全球清潔能源的積極倡導者。
就技術而言，由於TerraPower機組裝置容量超過300 MW，它並不符合小型模組化反應爐的標準，但許多人仍稱之為小型模組化反應爐。
另有反應爐使用氦氣，而非水作為冷卻劑，它們使用不同於輕水式反應爐的燃料，TRISO顆粒燃料。
美國有家名為 X-Energy 的公司，正在開發1座 80 WM的小型模組化氣冷式反應爐，中國也啟動1座示範性質的氣冷式反應爐。
另有一類反應爐以熔鹽冷卻劑，代替水，例如Karios Power這家公司就是利用熔鹽當成冷卻劑。 該公司這週成為新聞焦點，因為谷歌宣布與該公司達成協議，支持開發500 MW的Karios Power反應爐，以期為人工智慧資料中心提供電力。
有些人則對冷卻劑使用熔鹽，以及連燃料本身也是熔鹽的反應爐，極為熱衷，這是指使用熔鹽液體燃料，而非固體燃料。
最後，還有一類更小型的 SMR，又稱為微型反應爐，因為功率很迷你，小於 20 MW。一個例子是一家名為Oklo的能源公司所開發一型非常小的快中子反應爐Aurora。這裡只是概況，美國能源部實際上正在補貼包括鈉反應爐、Xe-100小型模組化反應爐， 以及Karios Power在內的示範反應爐的開發。
美國政府實質上正為蓋茲支付數十億美元，浥注反應爐的開發。人們可能會問，何以蓋茲要美國納稅人浥注數十億美元，這就是美國國會所行之事。
欠缺規模經濟效應
要瞭解 SMR 最重要之事在於所謂的規模不經濟的問題，這是指，在其他條件相同，相較於大型反應爐，小型反應爐的發電成本高出許多。
根據經濟規模原理說，隨著反應爐變大，產生電力會更便宜，因此如果反應爐變小，產出的電力就會更昂貴。例如，僅根據規模經濟，77 MW的發電量的成本大約是 1,000 MW機組發電量成本的5倍。
不過，小型模組化反應爐的擁護者還有其他因素可以彌補欠缺規模經濟的損失，例如如果工廠集中製造模組，便能降低製造成本，從而提高效率，從而降低成本，但此事並未獲得證實，而且也不太可能大到足以完全彌補欠缺規模經濟的損失。
SMR試圖削減安全成本
因為這些反應爐的成本較高，小型模組化反應爐開發者會想方設法降低成本。如先前所述，在其他條件相同時，SMR的成本更高，但如果變更設計，以降低成本，就可能在某個程度彌補成本問題。但變更設計卻會降低安全性。
因此SMR開發商正在尋求更改法規，以便以更便宜的方式建造和運轉機組。首先希望能在密集的城市地區建造反應爐，而非人口密度小的地區。此外，又尋求能夠在不具備現有反應爐所需的強大圍組體物理防護的情況下建造，圍組體是為在事故發生時防止放射性物質的釋放。
他們希望取消所有場外應變計畫，就是發生事故時的疏散計畫。希望減少或消除保護核電廠免受恐攻的安全人員，希望減少甚至消除訓練有素，維持核電安全運行作業人員，希望消除之於核電非常重要的備用系統，其中的原則稱為縱深防禦。
縱深防禦需要額外的安全功能，在正常的安全功能未能及時發揮作用時，額外功能遂可發揮作用，但這需要額外的資金，SMR開發商認為，根本毋須額外的備用系統，因為反應爐非常安全。
如果管制機關放行小型模組化反應爐，允許開發者建造不具有額外安全特性機組，這可能會抵消設計本身所具有的任何固有安全優勢，也就是即使小型模組化反應爐真如業者所言，相當安全。
小並不會更安全
反應爐不會因為較小，而更安全。實際的安全性取決於許多不同的因素。例如，如果在同一地點有多個小型模組化反應爐，安全性將取決於模組的數量，以及在事故發生時的相互作用。
例如，在2011年的福島事故中，有6座反應爐並排運行，其中一座反應爐事故，影響附近的機組。因此機組間會相互作用，如果一個模組的事故導致其他模組發生事故，可能引發與大型反應爐相當的全面輻射釋放。
當然，如果在同一地點有多個SMR，並且發生地震或洪水，這可能會同時影響所有反應爐。這樣的情況會增加事故發生的風險，並可能導致更嚴重的後果。
此外，SMR會產生比大型反應爐更少的放射性廢棄物的說法也是一種迷思。雖然在實際產生的發電量上可能看起來如此，但如果考慮到每單位電力所產生的核廢料，SMR產生的放射性產物與大型反應爐是相同的。因此，從這個角度來看，SMR在減少核廢料之事不具有優勢。
此外，與輕水式反應爐不同的某些反應爐，例如快中子反應爐、熔鹽反應爐或氣冷反應爐，將產生不同類型的核廢料。在某些情況下，這些核廢料的管理和處置可能比輕水式反應爐的輻射廢棄物更加困難。
演講時間有限。所以我想用這個例子說明，1座小型反應爐發生事故，或遭遇恐怖攻擊，結果可能與大型反應爐一樣嚴重。事實上，美國早在1960 年代就在內華達州測試小型反應爐，並實際上炸毀多座為太空核子反應爐計畫所設計的小型反應爐。
因此， 在1965 年進行的一項測試稱為 Kiwi TNT，使用反應爐的功率約為 900 MW，約當於3座 300 功率 MW 的 SMR。
在這次測試中，所做之事只是移出控制棒，也就是去除抑制核子反應的功能。因此可以快速啟動核子反應爐，任何操作人員皆可以此法使機組進行核子反應。這就是所謂的反應度突增事故（Reactivity Insertion Accident）。那大家可以看到這個照片，就是他這個測試之後的樣子。外傳反應爐如同像炸彈一樣爆炸，並不全然正確。
測試後果顯示，它所釋放的輻射，連遠在200多英里外的洛杉磯都能偵測到。當機組啟動時，爐心中並沒有實際的放射性。在真正的核子反應爐中，反應爐運作後可能會發生事故或恐怖攻擊，而爐心中存在裂變產物。在真實的反應爐中，情況可能會更為嚴重。但是，遠至 20 公里的地方都能造成可測量到的影響，就是相當大的劑量。
不能僅僅因為反應爐小，或有被動安全設計，就宣稱反應爐不危險。因此，這些反應爐必須始終得到保護，並應該遠離人口密集區。它們需要有適當的封閉設施和安全措施。我們不能隨意放寬這些要求，卻期望小型模組化反應爐會是安全的。我就先講到這裡，謝謝。
Kiwi TNT反應爐的實驗照片。圖片來源：艾德溫・萊曼博士簡報。
※本文授權自綠色公民行動聯盟，原文：【講座側記】科學觀點看核能科技與風險—談核電延役與小型模組化反應爐（SMR）
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