下篇：地震與核能電廠
 
一、 核能電廠的廠址選擇

廠址選擇對核能電廠相當重要，優良的廠址及詳細廠址調查，可使核能電廠建築在基礎穩固地基上，建築物牢固不受地震侵襲，茲就廠址選擇前的準備，廠址調查與資料蒐集，地質調查及地震安全設計基準四項
分述如下:

（一）廠址選擇前的準備
核能電廠在作廠址選擇前的準備時，應根據已有的廠址地質資料小心分析，特別注意直接影響廠址之可接受因素如可能活斷層(Capable Fault)、喀斯特現象(Karstic Phenomena)、斜坡不穩定性(Slope Instability)、土壤液化(Liquefaction)或下沉(Subsidence)及對地震之設計基準有重大影響者如海嘯。

（二）廠址調查與資料蒐集
1. 地震歷史資料
儘可能兌集廠址附近完整歷史地震資料，時間愈古遠愈好，並收集該區之地震結構地質等資料，調查範圍隨該區特性而定，一般約在半徑數百公里範圍內，地震調查資料包括如下:
．震央及震源位置
．地震規模
．震央之震度或最大震度
．廠址之震度
．等震度圖
．其他可能幫助評估地震結構之資料。                   
 

2.地質資料調查與蒐集

（1）區域地質調查
區域地質調查資科包括地面特性(Characteristic Ground),地層學(Stratigraphy)，地區構造(Regional
Tectonic)，大地構造特徵(Characteristic Of Tectonic Features)及地下特性(Subsurface Characteristic)等。

（2）廠址鄰近地區研究
  使用人造地震方法產生彈性波作調查。用特殊儀器測量顫動特性如在地面上置放此種儀器研究該區微動倩形。
微地度研究(Microearthquake Studies)。
 

3．廠址地質調查
廠址選定須作下面地質調查，以便進一步明瞭大地結構
（1）基礎(Foundation)調查和實驗室試驗以決定當地基礎(Local Foundation)地下各層厚度、深度、靜態及動態性質。
（2）鑽探
（3）挖掘測試
（4）選用用適當振動測試模式

二、核能電廠地震設計基準

（一）設計基準
在對廠址及鄰近地區之大地結構及地質特性充分了解後，根據測試及蒐集資料將導出許多興建核能電廠設計的基準，作為核能電廠對結構物、設備、系統之設計基礎，這些基準中重要考慮因素的如下:

1.地動設計基準(Design Basis Ground Motion)
地動設計地動設計基準為核能電廠建築物結構、系統及設備之重要設計基準。在廠址決定後依據該區過去地震歷史及地質調查等資料，按其設計需要分為SI 及 S2 。 SI被考慮為核能電廠運轉期間該廠址可能之最大地動，有些國家將SI定義為S2分數(如 1/2)，然而最適當的SI選擇應視核能電廠運轉限制而定。S2直接與最終安全需要有關，以設計觀點來看，它表示該區未來可能發生之最大潛在地震之最大地動，它的推算值可從該區之地震歷史(如震度、規模、震央、震源 )，大地構造(斷層、地震波傳輸)及廠址地質特性等推算之。
註：簡單的推算亦可用地震強度方法(Intensity Method)推算，即從過去發生在該地區之地震圖及現有類似地質曲線，可大略推算廠址未來該地表面最大加速度。

2. 阻尼 (Damping)
在設計時，除了考慮S] 及 S2外，阻尼亦是重要考慮因素。

3. 其他考慮因素有: 可能活斷層、海嘯、水霸損害、土壤液化、山崩、崩塌、下沉等。

(二) 核能電廠建築物結構、系統、設備之設計
1.核能電廠建築物結構、系統、設備之防震分類
一般核能電廠設備依防震需要分為三類，即地震一類(Seismic Category 1)，地震二類(Seismic Category 2)及無歸類 ( Uncategoried )

(1）地震一類設備具備有下列特性之一：
．設備或系統其故障直接或間接引起機組發生嚴重事故(Accident Condition)，輻射線釋放危及民眾者。
．設備或系統其功能為使反應爐安全停機，保持在停機狀態並移除熱餘。
．地霞時或地震後，設備或系統可減輕(Mitigate)嚴重事故之後果。屬於地震一類設備之設計，必需符合SI及S2設計，如果
其設計符合S2而遠大於S1，則不用詳細計算S1。

2) 地震二類:
地震二類之設備可能為核能電廠所具有，但須符合S1之要求，其歸類準則並無嚴格定出，但所考慮對象不外乎是與安全有關但不屬第一類之設備。

(3) 不歸類:
不屬第一類與第二類之設備則為不歸類，該設備應需按各國防震規定辦理。

(4) 在同一系統或設備中若有包括兩種以上不同類且較低級類 (二類或不歸類 )損害時會危及該系統較高類(第一類或第二類 )之功能時，則該較低級類設備需換成和高級類設備同類或須證明在參考地動(Preference Ground Motion)下，該低級類設備故障時並不損害或喪失高級類設備功能。

2．結構物、系統與設備防震設分析、測試與品質鑑定
(1)分析
在結構、系統及設備依其所需要功能分成地震一類、二類及
不歸類後，利用地震資料以大有限元素模式(Large Finite Element Models )或多塊質且模式(Multi-lumped Mass Model )作動態分析以求得自然頻率，內部作用力及地板反應譜等資料或用其他準靜態分析。對屬地震一類之儀器及電氣設備的防震資格證明，除了必須作分析外，亦應做測試以映證分析結果的正確性及證實該電氣及儀控設備支撐結構和盤面結構所作分析是正確。
值得一提的是在地震時儲存槽、水池等水面會產生潑濺效應(Sloshing Effect)使水面產生振盪，不但影響容器之受力，同時使設備功能變差，譬如潑濺效應會使燃料池蝠射遮敝效果降低或儀器信號受干擾等，其他如液體受力，造成泵浦打水能力之問題，等都須者考慮。

(2) 測試:
雖然結構物、設備、系統使用分析方法以保證在地震時能保持其完
整性及正常功能，但仍讓人不能完全放心，最好能有實驗來佐證，來證明分析結果是正確的。適用此種測試的設備包括控制機構、泵、閥、電驛、電氣設備等，測試模型可分為全尺度(Full Scale)模型，縮小尺度(Reduce Scale)模型，當然一個有意義的實驗必須正確的模擬實際的地震狀況使實驗結果不致於偏差實際情況太大。對於較複雜之結構物(如控制盤 )之測試可能需要先作個別設備的測試然後再作整體性的測試。設備作全尺度測試可直接在施工時或機組起動前以非常低之震動如風或泵之運動轉等作測試或在實驗室以搖動的桌子或其他合適設備作測試，但對尺度太大以至無法作全尺度測試之設備，則可適當設計成縮小尺度模型作測試。

3．結構、設備、系統防震品質
對防震品質保證，需評估其老化(Aging)效應及其他造成潛在損毀之測試，必要時考慮進行使用中的檢視(Inservice Inspection)。

(三) 核能電廠廠地震儀之裝置
1.目的:核能電廠裝置地震儀的目的有三：
(1) 記錄核能電廠對地震的反應，評估地震後是否須對某些結構物、設備或系統作檢查。
(2)蒐集結構物、系統、設備在地震時之資料以驗證防震設計分析是否恰當。
(3) 在強烈地震時強動感測器(Strong Motion Sensor)會引動警報或使反應爐安全停機。

2．地震儀之裝置原則
有關地震儀之裝置原則如下:
(I) 至少裝貴一個三軸向強動紀錄儀以紀錄自由場(Free Field)運動歷程。
(2) 在適當位置裝置三軸向強動地震儀以紀錄:
．反應器廠房基座(Base Mat)運動
．視需要可在其他地震第一類結構物裝置一個運動(Motion)紀錄器
．其他類似結構物基座，這些紀錄器裝置之目的是希望了解所有不同型態結構物在地震時的反應以確保不同地基之安全。
．三軸向強動紀錄器裝置在某些最具代表性之地震一類廠房之地板上，以便獲得不同廠房對地震之反應，確保廠房安全。
．在某些第一類設備和管路上裝置強動地震儀，以了解這些主要
設備和管路對地震之反應。
．使用共同觸發(trigger)訊號，以同時紀錄系統震動情形，包括
記錄：地震強度、水平振動頻率、垂直振動頻率。

三、地震與機組運轉

1．平時:
核能電廠平時須作好防震準備，備妥完善的運軸程序書，裝置在電廠之強動地震儀保持在可用狀態，廠內附屬物或裝設(含裝潢 )力求牢固。

2．地震時機組之運轉
地震發生時運轉員按 "地震時運轉變程序書"執行，無特別任務之辦公室人員等應按一般地震防護要領處置並避免傷亡，海邊工作人員及泵室工作人員要遠離海邊，慎防海嘯及海水激盪可能造成之人員傷害。

3．地震後之處置
地震後檢查核能電廠設備是否受損，並將地震儀之紀錄蒐集作各複分析，等待機組起動指令，電廠無持殊任務員工可按一般地震後處置要領協助地震後復建工作。

如果地震複讀(Play Back)後，發現其強度大於 S2時，應把地
震本身之資科如震幅、水平振助頻率、垂直振動頻率等輸人管路之原先應力分析程式中，以確認所有結構及管路有無超出設計( 因有安全餘裕，故未見損害 )或潛在性之傷害。
 

四、實例：

   茲以核三廠為例說明核三廠在廠址的選擇和防震的設計

(一)廠址選擇
（a） 台電在對核三廠蒐集歷史性地震資料、鑽探、調查後對核三廠的評估如下:
核三廠廠址最重要的地質結構是由廠區東方向南廷伸的縱谷斷層區和廠址西方向南延伸的潮洲斷層，這兩層斷層是地震的活動區，從廠址到縱谷及潮洲斷層最近距理估計有35公里和20公里，規模最大地震是芮氏8．3及 7.1，根據地質構造及最大規模地震且不排除震央在廠址，保守估計廠址地動加速度分別為 0.4g 及 0.32g( 1g = 980gal)，因此SSE設為0.4g，1/2 SSE設為0.2g，1/2 SSE並設計為機組能繼續安全運轉之依據。並且對廠址地下鑽探得知核三廠基地有充足的灰泥岩，所有重要建築物都以此做基礎。

（二）電廠結構、系統、設備之設計
I．就B0P（Balance of Plant）及NSSS（Nuclear Steam Supply System ）系統之設計分類核三廠地震設計準則是依 10 CFR 50.Appendix A ( General Design Criteria For Nuclear Power Plants )和 10CFR100.Appendix A (Seismic And Geologic Siting Criteria For Nuclear Power Plants)之防震要求而設計。對BOF系統與設備而言，凡屬於地震一類之結構，設備系統必須按NRC Regulatory Guide1.29 之規定以確保下列功能：
．反應器冷卻水壓力邊界之完整性。
．能使反應器停機和保持在安全停機狀況。
．在可能造成廠外暴露超過 10 CFR IO0 規定之事故中，能防止或減輕事故之嚴重性。
非屬地震一類設備，在 SSE 時其損壞能影響到第一類結構系統設備者，應詳細分析並確保其完整性，以免在SSE時，非地震一類之設備影響到地震一類發生崩壞。對於NSSS 設備，一般依ANSI Nl8.2規定格設備分為Safety Class 1、Safety Class 2 、Safety Class 2及Non-Nuclear Safety 四類，其分類要領如下:

．SafetyClass1:
該設備故障時會發生Condition III或IV之喪失反應器冷卻水事故。

．SafetyClass2:
屬於反應器圍阻體和其設備，且
（a）不屬於Safety Class1反應器冷卻水壓力設備
（b）可直接從反應爐及反應器圍阻體移除熱量
（c）任伺安全理由而設的反應爐冷卻循環水系統，以便反應器停機後，爐心能冷卻或事故後冷卻圍阻體及減少圍阻體內的輻射外洩。
（d）控制反應器圍阻體氫氣

．Safety Class 3:
不包括Safety 1，2但有下列功能
（a）提供或支持安全之系統
（b）控制空浮釋放到圍阻體外超過 10 CFR 100 限制
 （c）從用過燃料移除衰變熱
. Non-Nuclear Safety
不屬SafetyClass1，2，3 但與正常安全運轉及液體軸射有關者。

2．結構物、系統設備分類
核三廠結構物、系統和設偽之分類分為地震一類及非地震分類兩種，依震度大小分為 SSE (核三成設為0．4g) 及 1/2SSE 兩種，而1/2 SSE 被設計成能符合繼續安全運轉，地震一類結構之完整動態分析是用大有限元素模型(Large Finite Element Model )或 多元塊塊質模型(Multi-lumped Mass Models )，動態分析土壤性質、阻尼係數，並用適當模式計算結構物自然頻率，內部作用力和地板 (Floor)反應譜 (Response Spectra)作為內都組件、系統、設備等設計之依據，且非屬第一類之設備、結構，在SSE時，其故偉並不損害地震一類結構設備之功能。                                            

（三）核三廠地震儀的裝置

1. 核三廠地震儀規畫是參考 Regulatory Guide1.12 Revision I 及
ANSIN I8.5 但略有差異，敘述如下:
（1）反應譜紀錄器並非獨立設置而是由一個設在控制室之 “譜分析器”作統一，更能完整的搜集資科與分析。信號從強動加速儀 ( Strong Motion  Acceleromenter：SMA) 送到譜分析器，產生地震譜。

2．地震觸動器（Trigger） 使用在圍阻體地基動作點，其可調範圍最少在0.01g~0.03g )且依ANSI NI8.5 規定靈敏度為0.005g，觸動信號如低於0．01g很可能受正常運轉之振動影響而產生假信號，每個位置之地震觸動器皆要調到最合適之最低觸動點，使其能同樣紀錄地震的嚴重性。

3．因為強烈地震很少超過30秒鐘，因此SMA最低可記錄5分鐘就足夠
使用。

4．因為地震一類之設備、系統、結構之設計，最低限制為IHz，故本地震儀系統並不考慮一秒以下之頻率。                                            
B．地震儀的裝置:
所有核三廠地震儀包括其備用電池池電力在發生 SSE時，須保持其功能且在 SSE後，可由地震一類備用電池供電30分鐘以上。
1. SMA:
SMA裝置地點如下:
位於圍阻體之地基(OF-SG-YT-002)；圍阻體廠房之地板層(OJ-SG-YT-003)；輔助廠房 RHR熱交換器支撐物，高度101呎 (OF-SG-
YT-005)；輔助廠房地基，高度74呎 (OF-SG-YT-004)；自由場(Free Field)，(OJ-SG-YT-006)；反應器設備蒸汽產生器一個支撐物，高 101呎(OF-SG-YJ-018)；控制廠房，高度 126呎 (OJ-SG-YT-019)，上述SMA儀器可將反應譜信號送到位於控制室之反應譜分析器作分析。
2．地震觸動器 (Seismic Trigger)
三軸向地震觸動器是用來啟動SMA記錄系統，裝置在控制盤(N-OJ-ZJ-P025)，有兩個，一個觸動器(OJ-SG-YS-OII)可收集SMA(OJ-SG-YT-002)送來之信號，另一個觸動器(OF-SG-YS-012)可收集SMA(OF-SG-YT-003)送來之信號。
3．峰值記錄加速儀(PRA：Peak Recording Accelerograph )
PRA是獨立儀表系統，它可測出裝置位置的最大加速度，其裝
置位置如下：靠近圍阻體最上方(OJ-SG-YR-013)；軸助廠房RHR
管路，高度 120呎(OJ-SG-YR-014)；控制室，高度 126呎(OJ-
SG-YR-016)；圍阻體內蒸汽產生器B之支撐高度101呎(OJ-SG-YR-015)；反應器管路高度12C呎(OJ-SG-YR-017)。
4．地震開關 (Seismic Switch)
三軸向地震開關(OJ-SG-YS-007,008,010)裝置在控制盤(N-OJ-ZJ-P025)上,用來監SMA (OJ-SG-YT-002,003,018)，這些設備皆與控制室警報器相連，在地震時加速度超過 1/2SSE
時，能警告運轉員。
5．記鎳與紀錄重現系統
此設備裝在控制室有紀錄、紀錄重現和校正功能。

參、結論
台灣因為處於環太平洋地震帶上，所以地震發生頻率繁多，並且經常有強烈地震發生，依據統計，台灣每年發生一千四百多次地震，雖然大多數為無感地震，但有感地震亦有二百六十幾次，換言之，有感地震每天發生0.7次，無感地震每天發生3次，其中發生災害的，平均每年發生一次。大地震所帶來的災難雖無可奈何，但我們如能事前有計畫，臨事時能處理得當，應可將災害減至最低程度。

參考文獻：
1. 地球科學概論：陳毓雷、戚啟勳 合譯，大中國圖書公司出版
2. 地震工程：徐明同 編著，中國工程師學會出版
3. 自然雜誌第六卷第六期6月份號、第十卷第十期10月份號、第十一卷第八期8月份號、第十卷第七期7月份號。
4. 神秘的地球：張豐榮編輯，龍和出版社
5. 宇宙與氣象：徐東漢編輯，紐約 時代公司
6. Fundamentals of Earthquake Engineering ：NEWMARK / ROSENBLUETH著作，PRENTICE-HALL INC.出版
7. 地震百問：中央氣象局
8. 地震大解剖：牛頓出版公司
9. 核三廠FSAR