2015年9月10日 星期四

清大原科中心水池式反應爐

今年適逢台灣原子能發展60週年,電力迷有機會在清大工科系   葉宗洸主任以及 王美雅博士的協助下到清大的水池式反應爐Thor參觀,見證台灣原子能發展史上的歷程。

在講Thor反應爐之前,先稍稍講一下台灣原子能的歷史。要知道台灣是個資源缺乏的地方,雖有煤、天然氣,但含量都十分少。在日本時期、國民政府來台初期我們還有辦法使用水力為主、火力為輔的情況來使用能源,但隨著工商發展能源安全的考量以及美國艾森豪總統推廣原子能和平運用,是故1955年在詢問合作意願、原子能委員會成立以及中美原子能和平用途協定簽訂,美方協助我國興建研究用反應爐,可以說是台灣原子能的起點。

1956年清華大學在台復校,第一個成立之系所即為原子科學研究所。反應爐的興建計畫也隨即展開,在校長  梅貽琦、  袁家騮以及  吳健雄等人跟國家全力支援下,順利的於1958年簽訂採購合約,1961年4月13日臨界。
校長 梅貽琦是Thor的重大推手(1)

1959/1
Thor反應爐(2)
1960/12
Thor反應爐(3)
由於Thor是水池式反應爐,如何讓水在池子中是門很大的學問,混凝土一般來說會有孔隙(例如你家的壁癌簡單來說就是水滲透所造成的),為了讓混凝土品質良好,當時興建時採用冰水來冷卻混凝土減少乾縮裂縫。當然安全設計上也少不了,我們之前講過電廠內避免虹吸現象、水位的門檻設計等早在這個時候就都有考量到。況且這類型的研究用反應爐安全性極高,就算水池內沒水也不會有爐心融毀等事情發生。
THOR結構圖(4)
從上圖可以看到整個反應爐的用水不會與外面循環,所以基本上不會有外面輻射的問題發生,當然早年在管理比較不嚴格時可能會有清洗物品誤放流輻射水,不過這都是很早以前的事情了。荷花池經過檢驗與反應爐有關的核種可是低於儀器下限!另外有個很有名的流言,就是清大的這個反應爐也涉及了核武製作,但真的這裡沒這個能力做相關的東西,東西都在核研所也被封了。
反應爐旁邊的荷塘(5)
寫起來很恐怖,但事實上一點也不

那研究型反應爐是做什麼的?他的用途不在於產電,而是在於產生游離輻射。這些產生出來的游離輻射有很多的用途,例如1.可以用來做硼中子的捕獲治療,簡單來說就是將硼-10的配方液注入人體,癌細胞會吸收比較多的硼原子,之後利用中子照射,硼-10在熱中子下很容易變成具有高能量的鋰-7跟α射線,並且射程大約只有只有一個細胞的距離,因此只會殺死癌細胞,這種運用在喉頸癌、惡性腦腫瘤、皮膚黑色素瘤等有顯著療效,在乳癌、甲狀腺癌和肝癌上目前也有些試驗成果。2.中子活化的分析可用來測定元素,甚至於有用來考訂古代器物產地地質年齡等運用法。3.在半導體製程上用中子照射也有蠻多用途的。另外還有治療甲狀腺癌的碘131同位素製造、要上太空的電子零件在輻射照射下的測試....。用途可是涵蓋民生、工業與學術阿。

硼中子的照射室
1965年Thor的報導

從4樓看的硼中子捕獲治療的地方


這次來到這裡,有個特別想看到的就是契可忍夫輻射這種現象,這種現象很像飛行器的音爆,當物體的速度,超過它所發出聲音的速度時,周圍的空氣會產生一個壓力非常大的錐狀區域(被稱為馬赫錐),造成氣流的不穩定,然後巨大的壓力差會產生巨大的聲響(6)。當在水下時,由於光速的速度因為介質比較慢,當核反應出來的粒子速度比光速還快時,由於頻譜的關係,就會發出藍色的輝光。
未啟動的反應爐,水下昏暗
啟動後的契可忍夫輻射


前陣子,台灣光子源面臨經費短缺的問題,事實上在清大反應爐在未來也有些問題。反應爐雖然有一定歲月,甚至是東亞地區最老的反應爐,但老驥伏櫪志在千里,在歷次的更新下功能都正常。但未來儀控設備的更新因原廠為了避事,故開價500萬美金。再者反應爐功率只有2MW,很多研究受到限制,另外一些設備例如可以做半導體照射的平台小,與12、16吋晶圓大小根本無法照射,這都限制了使用的用途。而原來我國在核研所有較大功率的研究用反應爐因核武事件封閉,都限制了各種方面的研究。在台灣,某方面來說光子源已經夠了,那下一步的核能進展呢?韓國在核能研究發展已經超過我們,中國也有很多突破,那我們的未來呢?台灣原子能運用60年然而前景卻不甚光明,核能工業運用的標準可以說是地表最嚴格的標準之一,整體國策推動的話能有很多產業發展跟技術演進。補足我國重工業能力不足、工程設計的能力...,我們都想不到,單單個核能政策就能牽涉如此廣泛的問題阿!政客們對未來有整體的願景嗎?




註1:圖片取自傅喻
註2、3、4:圖片取自清華大學原科中心反應器組蔣安忠博士,清華原子爐的前世今生,2009。
註5:圖片取自傅喻
註6:衝啊!音速小子—淺談音爆及光爆,http://pansci.asia/archives/81542

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