日本用來處理放射性廢水的「多核種除去設備」（ALPS），原理是什麼？

发布时间：2024-09-20 23:18:33 作者：玩站小弟

文：東海大學應用物理系日本311大地震已經過了12年，當年台灣人對日本救災的踴躍捐款，可以說是後續「台日友好」持續升溫的重要原因之一。日本也一向是台灣人最愛旅遊的國家，根據觀光局的統計，經過三年疫情的。

文：東海大學應用物理系

日本311大地震已經過了12年，日本當年台灣人對日本救災的用來S原踴躍捐款，可以說是處理後續「台日友好」持續升溫的重要原因之一。日本也一向是放射台灣人最愛旅遊的國家，根據觀光局的性廢統計，經過三年疫情的多核邊境封鎖，今年終於開放後，種除光是去設前半年國人就有179萬人次到日本，海放其他國家。日本

日本雖然已經逐漸從地震與海嘯所造成的用來S原破壞中恢復，但是處理還有一個揮之不去的夢魘：福島核電廠的災變。

從2023年8月24日開始，放射日本就要將福島核電廠災後處理的性廢核處理水排放到大海中，由於裡面含有放射性的多核氚（氫的同位素，原子核為一個質子與兩個中子）以及碳-14，種除引來周邊各國的疑慮與抗議。

為什麼核電廠出事，會產生一大堆放射性廢水呢？

因為災變發生時，首要任務就是要讓反應爐停下來，可是當時所有的控制裝置全部都完蛋了，所以只好硬幹：把大量的海水注入反應爐，用水來冷卻它。不過反應爐內已經有大量因為核反應產生的放射性廢料，這個名單非常的長，除了前面講的氚以及碳-14之外，還有鍶-90、碘-129、錳-54、銫-134、銫-137、鈷-60……還有很多，族繁不及備載。

這些廢水超過100萬噸，先用一堆巨大的容器把裝起來，之後再來處理。

接下來，由日本的Toshiba以及美國的Kurion的過濾系統，先處理一波，去除油污以及水中部分的銫跟鍶。

然後日本建立了一套「阿爾卑斯系統」（ALPS, advanced liquid processing system，先進液體處理系統，不過日文資料中稱之為「多核種除去設備」）來處理這些裡面有一大堆放射性核廢料的水。

好在這些有的沒有的元素，由於具有各自物理與化學性質，我們有很多方法來分離它們。簡單的說，其實我們可以把這個ALPS想成是家裡的「軟水器＋逆滲透濾水器」的巨大豪華版。這個系統用來除去放射性核種的原理是：

前處理一：加入適當的化學藥劑，讓鐵沈澱，這個過程也會除去一些鈷跟鎳。
前處理二：將前處理一處理完的水，加入另一種藥劑，以除去碳酸鹽，以及鈣離子、鎂離子這些會阻礙後續吸附作業的成分。（這個過程看起來跟「軟水器」有像，可能用的也是離子交換的方法）
吸附：前處理完畢後的水，就會依序送到，後面的16支吸附塔。每個吸附塔針對不同的元素，利用多孔隙材料加上對應的吸附劑，讓這些核種吸附在裝置上，然後進入下一支吸附塔。

在ALPS之後，又擴充了「ALPS改」（Improved ALPS）以及「ALPS零式」……不是啦，是「高性能ALPS」（High Performance ALPS），來提高處理的產能。

經過這樣的重重處理之後，絕大部分的核種都可以去除的安全標準以內，例如鍶元素處理過後濃度可以降低至處理前的1/100000。

然而，還是有一種放射性元素還是無法去除，那就是氚。因為它是氫的同位素，所以除了質量比較大以外，其他所有的物理化學性質都跟氫一模一樣，所以要把「氚水」（水分子中的氫換成氚）從正常的水分離出來，只能利用質量不同這一點，就跟我們在《奧本海默》電影裡面看到、要從鈾-238裡面分離出能當作核燃料的鈾-235，你只能用氣體擴散、質譜儀、加速器、離心機這些方式，當年要濃縮幾公斤的鈾-235，就已經累得要死，要用這種方式來分離上百萬噸的水中的氚？別開玩笑了！

那怎麼辦呢？首先這些水已經擺在桶子裡12年，而氚的半衰期也是12年多，所以已經有一半的氚變成氦-3跑掉了，劑量自動減半了。

然後就是排放前再加100倍的水稀釋，排出時，這些廢水的輻射劑量大約是1500 Bq/L，也就是每公升每秒鐘發生1500次放射性衰變：氚放出一個電子後變成氦-3。這個劑量已經由國際原子能總署（IAEA）到福島採樣，送到IAEA轄下位於奧地利與摩納哥的實驗室檢驗、並且還送到法國、韓國、瑞士與美國的多個實驗室進行獨立的查核後確認。

國際衛生組織（WHO）對於氚的劑量規定，是10000 Bq/L，所以這些廢水的輻射量已經低於WHO的安全標準七倍。

在IAEA於8月24日發布的新聞稿中，也重申廢水經過ALPS處理之後，已經符合國際安全標準，在良好控制的步驟下，逐步排放到海洋中，對於環境與人類造成的影響可以忽略。

好啦，官方說法就是這樣，至於各位相不相信，能不能接受，要不要去抗議，這就不是科學方面的問題了！