把核廢料安全打包的材料─膨潤土：回填低階核廢料的好材料 Isolate nuclear waste – buffer and backfill material made of Bentonite

把核廢料安全打包的材料─膨潤土：回填低階核廢料的好材料Isolate nuclear waste – buffer and backfill material made of Bentonite
國立臺灣大學土木工程學研究所結構工程組 賴可捷

低放射性的廢棄物處理在世界各地行之有年，起初核能領域剛發展不久，核廢料的產量相對少，一開始低放射性廢棄物的來源多為學術研究與軍事用途，又由於當時對於核子能源的認知不深，對於核能安全與核廢料處置問題的重視不若現在。但自從1953年美國艾森豪總統（Dwight David Eisenhower）於聯合國提出原子能和平使用的概念之後[文獻]，民生用途的核子能源逐漸增多，核廢料產量急速增加，其中核電廠發電過程以及除役後的廢棄物為低放射性廢棄物的主要來源。

隨著各國學者長時間投入核子能源領域的研究，對於放射性廢棄物之危害日漸瞭解，因此低放射性廢棄物之處置技術及安全要求漸受重視。近期設置之處理場所都會採取適當之掩蔽，幾乎都採用「多重障壁_[註一]」的概念，利用多項的防護措施，盡可能的隔絕放射性廢棄物於我們的生活環境之外。

其中回填材料就是這障蔽之中的阻隔元件。在回填材料中，膨潤土真正被廣泛使用約有百年的歷史。最早是在懷俄民洲的古地層中發現黃綠色的黏土加水後能膨脹成糊狀，後來人們就把這種特性的黏土統稱為膨潤土。其實膨潤土的主要礦物成分就是蒙脫石，其性質也幾乎是由蒙脫石所決定的。研究放射性廢棄物處置的國家中，普遍使用膨潤土與現地挖掘坑道所取得之軋碎岩石粒料混合組成回填材料。回填材料基本目的為增加對廢棄物包封功能，當內部包封破壞時，回填材有延遲、圍阻放射性物質釋出的功能。使用膨潤土與當地軋碎岩石粒料混合組成回填材料的主要原因有以下幾項：

1. 回脹潛能：膨潤土具有吸水自癒_[註二]之特性，藉以填充回填材料內部空隙與裂縫，可進一步阻隔核種擴散。
2. 低水力傳導度：水是將廢棄物包件中的放射性核種向外釋出最重要的傳輸介質，低水力傳導度可防地下水之活動而進入滲蝕處置容器。
3. 良好的工作性：碎石粒料來源為挖掘坑道所得。
4. 節省成本

依相關文獻與經驗，膨潤土回填材料大致可分為坑道與處置窖間之回填材料、處置窖頂部覆蓋層及外側包圍層之緩衝材料及於封閉階段之洞口特殊封塞等。不論是安全還是經濟成本考量，膨潤土可說是用來回填低階核廢料的優先選擇。

[註一]

圖片來源：賴可捷

[註二]

其特性是由於膨潤土水化的機制。由於水分子是雙極體，當水加入黏土後，由於黏土表面的可交換陽離子帶負電，為了中和其電荷而吸附水分子，當水分子被侷限的黏土膠體吸附時，將會發生回脹。

參考資料

1. 行政院原子能委員會委託研究計畫研究報告-低放射性廢棄物最終處置回填材料於近場環境下之長期穩定性研究
2. 台灣電力公司核能後端營運處-低放射性廢棄物最終處置工程障壁中緩衝回填材料調查評估技術服務工作