遏止雷射濃縮鈾新技術

遏止雷射濃縮鈾新技術
知識通訊評論第90期

新發展出來的雷射濃縮鈾技術，因為有核擴散之虞，因此美國國會應阻撓此一核燃料技術的研發，避免其可能帶來的風險。

美國不發展核科技，某些國家也會？

全球的核能濃縮技術，正向著一個既廉價，規模又小到衛星完全無法偵測到的方向發展。這類科技的好處，實在比不上其所帶來的風險。

過去六十年來，用來製造核反應爐燃料的濃縮鈾科技，其效能改良呈指數成長。這樣的技術改良，是以廉價的核能造福世界，在全球與氣候變遷奮戰的當下，這項科技的需求正殷。然而其代價也很高，也就是核子擴散風險的隨之增加。要秘密地蓋一間小型、低耗能的濃縮鈾設施，比起蓋大型、高耗能的廠房，現在可是簡單得多了。

就我們來看，稱為「雷射激化分離同位素」 (SILEX) 的最新雷射濃縮鈾技術，製造的潛在風險就大於好處。這項技術可提供的效益，無論是在今日，還是在溫室氣體將受到嚴格限制，轉而偏好核能產業的未來，都不是擴張核能產業的關鍵所在，興建廠房的資金成本，以及最重要的管制政策，才是決定產業規模的關鍵因素。然而發展這種規模過小，難以有效偵測到的濃縮設施，卻有可能會遭到誤用，改變核子擴散的現況。

奇異–日立核能公司的子公司「全球雷射濃縮」，向美國核能管制委員會 (NRC) 申請執照，要在北卡羅萊納州營運一處全面商業化的 SILEX 廠房。這項申請案的公開請願活動已於三月十五日截止申請，拍板定案則預期至少要花上一年。

包括美國物理學會最近一份報告(《支持縮減核武工作的技術步驟》)的作者在內，許多分析師都呼籲核能管制委員會，在核發執照的過程中，要將核子擴散的風險納入評估。我們再次促請核能管制委員會這樣做。我們認為這樣的障礙，可以阻撓此一領域的商業研發。

雷射激化分離同位素濃縮鈾技術風險很大

要評估新科技的成本與效益，就要先測量其效率。要製造出反應爐所用燃料，核分裂鈾–二三五的濃縮程度，與樣本中的鈾–二三八相較之下，必須要有所增加。同位素分離技術的效率，可以用核電廠所消耗的每仟度電力裡，濃縮流裡鈾–二三五成比例增加的濃縮程度，也就是所謂的「分離功單位」 (SWU) ，來予以測量。

製造一公斤的反應爐燃料所需的分離功單位，取決於三項因素：最後製成燃料所需的天然鈾礦裡，以及耗盡的鈾礦渣廢滓裡，可接受的鈾–二三五所佔百分比。倘若鈾礦供給價廉，分離功單位卻所費不貲，那麼使用較多鈾礦，並且在渣滓中留下較高比例的鈾–二三五殘餘物，就可有效節省製成一定濃縮程度燃料的成本。相對而言，如果鈾礦昂貴而分離功單位很便宜，就值得想辦法從鈾礦裡榨出更多的鈾–二三五。

在一九四○年代發展出來的初期濃縮技法，稱做「電磁分離術」，使用大型質譜儀將鈾礦離子化，然後使用磁場過濾出鈾–二三五。後來改用氣體擴散技法，迫使六氟化鈾通過半透膜。到了一九六○年代，發展出離心分離濃縮法，大幅減少所需能源。濃縮鈾技術的效率，從一九四五年大約每仟度零點五分離功單位，到一九六○年代每仟度超過五個分離功單位，時至今日則可達每仟度二十分離功單位以上。

在過去二十年內，有二十多個國家嘗試發展雷射濃縮科技，南韓與伊朗皆名列其中，不過都不太成功。 SILEX 技術由澳洲公司「 Silex 系統」發展出來，現在獨家由奇異–日立公司商業化。 Silex 公司在二○○六年發表聲明，預測這項科技比起第一代的氣體離心分離法，效率要好上一點六倍到十六倍。技術細節列為機密，其效率也無從查證，不過如果我們假設濃縮科技的效率，其成長能夠維持其歷史趨勢（就像許多科技一樣，都遵循摩爾定律），假設今日的最佳效率在二○二○年前能夠倍增，似乎是很合理的事。

一般認為這樣的技術改良，能夠在金錢上嘉惠消費者，然而我們的計算顯示這樣的效果不大。根據美國能源資訊管理局的資料，美國在二○○七年的核能發電量為八億零六百萬仟度，每度平均燃料成本為零點零四五美元，其中有一半拜濃縮技術之賜。美國一共有一億一千四百五十萬戶，意味著每戶每個月花在目前濃縮技術上面的平均成本，大約是一點三二美元。

如果雷射濃縮科技的效率倍增，讓濃縮成本打對折，而所有省下來的錢都轉給消費者，那麼每戶每個月可以省下的錢，大約是零點六六美元，這在平均電費上還佔不到百分之一。相對地，目前美國考慮立法的碳交易計畫，卻會在幾年內增加百分之二十的電費成本。無論濃縮技術成本是否降低，認真控管溫室氣體都將會大大增強採用核能的財務誘因。

「認真控管溫室氣體，將會大大增強採用核能的財務誘因。」

核能需求增加，開發技術就更省錢

如果家戶對核能的需求增加，更廉價的濃縮技術所省下的錢就會增加。在二○二五年之前，若能讓核能發電量倍增（這對核能產業來說，是相當有野心的成長率），就能讓濃縮技術省下的錢，倍增為每戶每個月一點三二美元。此外，若是濃縮技術的相對價格降低，或是天然鈾礦的相對價格上升，製造燃料所用分離功單位的需求，也會隨著增加。如果濃縮技術的價格減半，天然鈾礦的價格卻加倍，我們根據麻省理工學院提供的濃縮製程成本最佳化公式進行計算，對於等量的核能發電電力，分離功單位的需求會增加百分之四十。這些因素會給每戶每個月多省下零點五三美元。

即使為這段論證說話，假設消費者拿到所有省下的錢，也沒有轉嫁任何資本成本給消費者，我們所能期待單靠這項科技創新，帶來的最大效益，粗略估計大概就是每戶每個月一點八五美元。這好處微不足道，尤其考慮到這項科技被拿去發展核武，而不是製造核燃料所增加的風險的話。

雖然濃縮技術創新是一種專利，也有很多機構努力在維護那些秘密，然而資訊還是會走漏出去。有個最糟糕的案例，就是巴基斯坦籍核子科學家卡迪爾汗 (Abdul Qadeer Khan) ，將受到嚴密把關的離心分離技術進展，從歐洲移轉到巴基斯坦。雖然離心分離科技在發展的時候，有人擔心會造成核子擴散的風險，不過一般認為，這不太可能成為想要獲得核武的國家，會採用的一種途徑。巴基斯坦後來發展出核武，證明這樣的看法錯了。

興建大型核子濃縮廠房，所產生熱源記號與耗電程度，通常都能夠被偵測到，但是較小型的離心分離廠房卻能夠隱匿多年，就像最近在伊朗庫姆所揭露，正在興建中的廠房一樣。倘若雷射濃縮技術確實如傳言中的那麼有效率，那麼所需的空間就比一間倉庫要小得多（比離心分離技術所需的空間小了百分之七十五），所消耗的電力也不過就是十多間一般房子的用電量。這可使廠房即使用來大規模濃縮鈾礦，也能安全地隱匿在既有監控科技的偵測門檻之下。

隱藏成本

與雷射濃縮技術預期所能帶來的省錢效益相較之下，我們來考慮控制這類科技不至於擴散的相關公共成本。由於伊拉克據傳秘密進行鈾濃縮計畫，所激發的美伊戰爭，至今估計已經花了美國七千億美元的成本。根據美國國會研究處的報告，美國政府在二○○八年花在非擴散計畫上的費用，大約就有九億九千萬美元，尤其是裡頭還有兩億美元，是用來研發偵測秘密濃縮廠房的相關科技。其他人則估計非擴散活動所耗費的相關費用，大約有五十億美元之譜，這佔美國政府用於核子安全活動年度預算的百分之十。

目前美國對伊朗施壓，想讓他們暫緩其濃縮工作。要估計把事情談好的代價，就想想柯林頓政府試著跟北韓談判，要求他們暫緩製造核武活動的草案內容：北韓可拿到大約一百萬噸的燃料，以及可防止核子擴散的反應爐，以提供兩百萬度的電力，成本超過四十五億美元。

在過去十年間，美國使用了上述這些手段，其總成本每戶每個月超過五十美元。這些也許根本無法偵測到的雷射濃縮技術，能夠取得的國家數目一旦增加，只會更增加相關的成本。

要控制雷射濃縮技術擴散的風險，第一步就是要國會要求核能管制委員會，將評估擴散風險納為核發執照過程的一部份。核能管制委員會的任務，是要確保核能科技「不會用於危害美國利益的方式」，這樣的評估過程是很自然的延伸解釋。核能管制委員會已經有一套評估機密資訊的流程，所以要這樣規定應該不會很困難。

廠房越大，越難隱藏

有人認為只要在美國發展雷射濃縮科技，就足以確保相關技術可適切地免於擴散之虞，但是歷史卻不怎麼支持這樣的自信。儘管有試著守住濃縮技術的資訊，但是在過去五十年間，先前的電磁分離術、氣體擴散術以及先進離心分離術，還是都造成了核子擴散的風險。

第二種贊成發展這類科技的看法，認為美國不發展這類科技，某些國家也會，屆時對付核子擴散的成本反而更高。我們對此有兩點回應。第一，如果美國停止發展相關技術，並且不再有所動作，這項科技一定會延遲發展。其二，美國若要限制世人獲得這項科技，只需要跟少數有能力進行雷射濃縮研發的技術先進國家談判即可。理想中如果所有的國家，都採取遏止發展更有效率的濃縮鈾新科技的態度，那就再好也不過了。

科技創新通常被認為是件好事。二○○七年國家科學院報告《山雨欲來風滿樓》 (Rising Above the Gathering Storm) ，就呼籲美國政府立刻採取行動，「確保美國保持在全世界創新的領先地位」。但是當科技所造成的傷害可能比好處更多的時候，美國也要帶頭來阻止創新的工作。

（本文是美國喬治城大學物理與公共政策奧普強講座講師史拉基 (Francis Slakey)，美國加州大學厄灣分校經濟學與法學教授柯涵 (Linda R. Cohen) 則在二○一○年三月四日《自然》雜誌的專文。）