謝晚媖
商船裝設核動力裝置之起源和演進
自1950年代起，科技界開始應用核反應爐（國內過去常稱作原子爐）內以發電。該原理是藉由核反應爐中、核燃料棒產生的熱量，將流經爐芯的液媒劑加熱至極高溫度，令溫度甚高的液媒劑循環流至鍋爐（boiler）外邊，以其高溫將鍋爐內的水加熱為水蒸汽，再由水蒸汽去推動渦輪機（turbine）以產生電力，從而掀起「核能發電」的風潮。此一核動力的技術亦得應用於船舶上，乃使產生的動力經由推進系統以帶動螺旋槳而讓船舶前進，另則將部分動力用以產出船舶需用的電力，這種動力生成方式的船舶即是「核動力船舶」。
基於專業的技術，上段所述的熱流循環作用是以核反應爐最為重要，無論是發電廠或船舶內的核反應爐，皆必須裝設具有加強隔層和屏護設備的專室或艙室，以防止因為意外而造成核污染。水蒸汽於推動渦輪機後係經由引入的大量海水，在凝結器（condenser）進行「熱交換」（heat exchange），而將仍為氣態的水蒸汽冷卻為液態水，再由泵浦加壓以輸送至鍋爐。在此循環作用下，水是分別以氣態和液態在以上的鍋爐、渦輪機、冷凝器和泵浦4個組件中循環不已的流動，而自成一個廻路系統；此外，原本低溫的海水從發電廠或船舶外處，被引進至廠內或船內的凝結器作熱交換而增溫，而業已增熱的海水則會再被抽送至大海排放，並另再引進低溫海水至凝結器重作熱交換，如斯的循環進行亦另形成一個作用有別的廻路系統。
就核動力商船的特點以言之，首要的優越性在於僅需使用具高能的少量核燃料，便可提供船舶極大的續航力，並且因為是由核燃料經由分解、裂變反應、即由於「核分裂」的作用，導致質量減少並可同時產生巨大的能量，故而不像一般燃燒石化油料或天然氣的動力系統般的，往往必須同步輸送足量的氧氣至烈火雄雄之鍋爐去。核反應爐是核動力系統最重要之組件，該爐體若能安全可靠的運行，則整個系統當可穩定操作而發出忒大的動力（註1）。
前蘇聯（於1990年代解體為俄羅斯等多國）是全球最先應用核能技術建有核動力船舶的國家，係於1950年即開始在聖彼得堡建造核動力破冰船並將該船命名為「列寧號」，之後於1957年下水測試、1959年12月7日進行首航，嗣後即長期在北極圈內執行其破冰船之任務（註2）。就船舶的分類以言，這艘列寧號是被界定為工作船，而非用於航運貿易業界的商船。列寧號長、寬各182公尺、24公尺，滿載排水量為21,800噸，裝置有壓水式核反應爐的動力系統，汽輪機額定功率則為16MW，可以不需更換燃料棒而運轉5年，或謂可一次航行30萬浬的里程，並得以5節的速度破除達2公尺的厚冰（設計之正常航速為20節）。
列寧號破冰船從啟用後，曾使用長達30年的歲月。就列寧號用於任務上的時間以評述堪屬甚為划算，或謂效能足可超逾造船時的投資與例行保養費用之總額；之外，前蘇聯並以列寧號搭配其他的破冰船以組建成破冰船船隊，列寧號形同為船隊的「領頭船」（或稱旗艦）。歷經長期在北極地區服役的實況印證，為核動力破冰船之列寧號，相當適合用以執行破冰任務，並且無論是從技術上或經濟上以衡量均甚具效益，可在核反應爐安全無虞且無需補充燃料的情形下運作多年。1989年，列寧號功成身退而面臨除役拆解，惟因蘇聯各界頻有呼籲，請求讓其保存於世、俾供緬懷，遂幸獲保存於瀕臨巴倫支海的莫曼斯克港邊（地緣已接近芬蘭的莫城，是北極圈內最大的城市，並由於洋流的關係以致港口可終年不凍），轉作為擁具「全世界第一艘核動力船舶」光環的博物館。
這種核動力的船艦，在20世紀後期大都被應用於大型軍艦，特別是必須有龐大動力的航空母艦，並得藉由所宣稱「近乎無限續航」的優勢以威懾對於該國具有威脅性的國家。在特殊用途的破冰船和軍用戰艦之外，於1960～1970年代亦有少數的科技領先國家如美國、前西德、日本和前蘇聯等，曾援用該等核動力技術以建造可用於載運貨物、旅客的商船。但則由於核動力商船未能帶來預期的效益，反倒增加在管制上的多項困擾以致未在後續年代鮮見推廣，並因全部數量甚少故而核商船的蒞世和航運經過甚至已被淡忘。現則因為石化能源終有耗罄之日，且對於航運等交通載具限制排碳的呼聲亦已日漸強烈，因而核動力船舶爰又再受重視，惟是否確能因其特有的優勢與可被克服的顧慮而被推廣應用，或將再如曇花乍現的轉趨停頓，則須視爾後專業技術的發展和市場的需求以定。
不少國際觀察家或評論家認為，美國之所會於1950、1960年代之交，在白宮、國會和民間一股腦兒的支持建造核動力軍艦或商船，應是受到蘇聯率先建成核動力破冰船的刺激，而深惕不能瞠目落乎蘇聯之後、甚且應力求超越的意志激勵下，遂由政府結合民間航運界共同投入建造核動力商船。業者則認為既有官方的鼓勵，則不僅短期內有利可圖，亦必然得有美好的遠景，遂在1950年代晚期開始研發建造核動力商船，旋於完成設計後付諸建造。職是之故，全世界第一艘核動力商船－－美國「薩凡納號」（NS Savannah），爰在數年之後便告順利建成和下水（註3）。
該一長181公尺、寬24公尺、載重量和滿載排水量各為21,850噸和21,000噸的商船，建於1960年並於1962年8月進行初次航行，動力裝置為由Babcock & Wilcox公司製造的1座74MW核反應爐（nuclear reactor）和2座De Laval蒸汽推進渦輪機（steam propulsion turbine）組成者，以驅動船舶的螺旋槳。薩凡納號的最大速度可達24節（正常使用航速為21節），在一次裝上32條燃料棒的情況下得有逾30萬浬之續航力，號稱可於無需重再填裝燃料棒之下，為商船提供近乎源源無絕的動力。
由於薩凡納號是首見於世的核動力商船，致與同樣尺寸的常規動力商船作比較的話，這座擁有7個貨艙的薩凡納號，載貨量實則僅為一般商船的1/4～1/5，但是製造和營運成本卻遠較其他商船為高，尤其是必須施作多層的厚重防護罩以確保乘客和機組人員的安全，而被認為缺乏經濟效益（註4）；之後，德（當時為西德）、日2國亦步武美國之後，各皆建有核動力商船，但是就核動力商船的綜合效益而論，在當時係乏善可陳兼且舉世不少的港口，並不樂見核動力船舶駛入靠泊而屢駁回其入港之申請，因而在一陣子的風潮過後，美德日諸國已未再有繼續建造核動力商船之事例（註5）。
1964年5月起，薩凡納號商船曾秉持雄心壯志以展開遠程巡行，並藉此展示核能動力船舶之優點，它先後造訪過多個美國東部沿海港城，並且又曾駛赴十數個歐洲商港，在多次穿越大西洋和航行近達10萬浬之期間，無庸如同一般船舶似的必須靠港補充燃料。在政府、媒體大力宣揚下，薩凡納號船自啟航後的2年內狀若頗極為風光，每當駛入一處新港口時幾皆會有大批人潮前去迎臨觀睹，且僅第一年內即有140萬人排隊等候進船參觀。緊跟著，繼續建造其他核動力商船之聲浪不停的湧現於美國，亦有頗多的船員爭欲接受相關培訓，冀盼未來可在核動力船舶上任職。
只是，倒如「物極必反」、「泰極否來」者然，對於核動力商船不利的評析也逐漸浮現，耗支的高額成本難以回收自然是最直接的因素。另則縱有光鮮亮麗的名聲，卻無以掩飾其幕下的暗淡困頓，如薩凡納號每次的申請進入各國（或各地）港區，必須要提前數個月進行聲報以便於取得特別許可而得以進入目的港，惟卻也常被港務機關批駁以致無從達標（註6），連欲航經蘇伊士運河、巴拿馬運河和不少的海峽、水道，亦被主權國家禁止通行其間。這些事由，屢因未被披露而致社會大眾無從知悉其個中之難堪。
薩凡納號商船還曾於營運期間的1967年7月6日駛進台灣基隆港，當時的基隆港務局基於實務關連與安全考量，准其停靠於基隆港西33號的危險品碼頭為期3日。時任之副總統嚴家淦先生特別登上該船參訪，船長柯許曼先生則向嚴副總統暨多位併同登臨的港埠、航運界人士，說明薩凡納號船的核動力航行原理，並帶領眾貴賓參觀最重要的核子反應爐室（反應爐室設於船身中央）和駕駛指揮台、舵艙等艙室。因為薩凡納號船舶是以核棒為燃料來產生動力，而非以燃燒油料來生成者，故而不會產生廢氣，船身爰為無煙囪之設計，並且因為是客貨兩用船舶，所以航行時兼可搭載60名的旅客。
只是，這艘美造的薩凡納號商船，竟在造訪基隆港而返美後，即甚少再出港並於1971年退役，倏即遭到拆除。其整個存世的時間不過9年左右的光景，真正曾翱駛於海洋的時間則僅6年左右，而美國擬將核能作為商船動力系統的計畫亦被迫中止。此艘薩凡納號船舶原係風采十足的問世，卻在短暫時日下落得淒涼慘淡的下場，這和世人擔心其肇致核災害自然有密切的關係，另其定位為半客、半貨的用途，以及採行客貨兩用之設計亦不無關係，蓋在此等情況下必須配置更多的船員人數，使得船舶無法作最有效的利用。多項不利的因素，勢將令其提早被航運市場淘汰。
蘇聯倒是也曾自1980年代起，次第建造過數艘核動力貨船，未久卻在轍諾比核電廠災害影響下備受國際排斥，相繼被宣告停用並即遭拆除，未如前述之列寧號破冰船那般的迭收成效。本（21）世紀初以來，全世界僅有的可營運核動力商船，僅餘俄羅斯的「NS Sevmorput」號，該艘船是在前蘇聯瓦解前由烏克蘭的札立夫造船廠（Zaliv Shipyard）建造，裝置有1部輸出功率為135MW的「KLT-40」型核分裂反應爐，並在1988年建成交付業主。
Sevmorput號總長260.3公尺、寬32.2公尺、吃水11.8公尺，航速20.8節，載重量約莫3.4萬噸，可裝載1,328TEU的貨櫃。2012年，NS Sevmorput號曾進入莫曼斯克的Atomflot修造廠大修，再於2016年重新投入營運，主要是肩負運載俄羅斯北極軍事基地需用貨物及人員的使命，亦即是航行於北極圈且是以運送軍需用品為主、兼可載送軍職旅客的貨櫃船，但亦可使用於特殊的運載任務。例如2021年11月3日，NS Sevmorput號便曾從俄羅斯聖彼得堡港口啟航，裝載著1,400噸、用以建造孟加拉「魯普爾核電站」所需的輜重，在北極航道經過25天的航行後抵臨海參崴港，並在海參崴港卸載上述的設備，再由港埠工作人員將設備裝運到另外的貨船上，從西太平洋、東海及南海……，運往孟加拉去。倘若不計論核動力軍艦於內，則這艘Sevmorput號貨櫃船正是現前全球僅存的核動力商船。
（待續）
附註
1、以鈾為主的核能燃料，於裂解反應時會跳脫「質量不滅定律」（亦稱物質守恆定律）而致質量減少，並按狹義《相對論》所提的「質能轉換」算式（E＝MC2，E為能量，M為質量，C為光速）以產生巨大能量。所以，只要於裂解反應中減少1公克的質量，就可以換得2.151×1013卡之熱量，可使21萬5,100公噸的水從0℃上升到100℃，倘欲以燃燒煤炭來獲得與此同等之能量，必須燃燒近約3,000噸煤炭方可達成。若令核燃料產生融合，同樣會因質量減少而產生巨大能量。
在核能發展過程，藉由粒子撞擊以造成裂解的核分裂技術，係早於核融合技術之應世。核融合是指將2個原子核經由融合過程，形成1個較重的核和1個極輕的核之一種核反應。在此過程中，物質同樣未再遵循質量不滅定律，而使得生成物的總質量較反應物的總質量為少，並且有一部分正在融合的原子核內物質被轉化為光子，核融合又是令「活躍的」或「主序的」恆星產生能量的重大作用。至於「光子」（Photon）乃是一種基本粒子（particle），亦是電磁輻射的量子（quantum），在《量子場論》則是可傳遞電磁力的載子（carrier）。光子的靜止質量為零，而且可移動很遠的距離，在真空中是以光速來傳播。光子具有「波粒二象性」，亦即得展現出波動性與粒子性，例如它能在「雙縫實驗」中會顯示出波動性，亦能在「光電效應」實驗中展示出粒子性。
2、「列寧號」核動力破冰船，比美國第一艘核動力水面艦艇「長灘號」（CGN-9，為飛彈巡洋艦）早了2年餘的時光展開首航。長灘號巡洋艦是在1957年開工起造、1960年下水測試，1961年9月正式服役。
全球首艘核動力航空母艦－－企業號（USS Enterprise，CVN-65），是由美國在1958年開始建造、1960年下水，1961年服役，未久企業號便在古巴飛彈危機中奉命封鎖古巴海域，後則在大西洋及地中海執行任務，並曾在未補充燃料的情況下環繞地球航行一圈。1965年，企業號由大西洋調往太平洋地區，計有7次介入越戰，並在越戰落幕前投入西貢市「常風行動」的撤僑行動，後又航蹤遍布全球。2017年，核航母企業號正式被美國海軍除籍，復由美軍按《國防授權法案》（National Defense Authorization Act）編列經費將其拆除。
3、建造薩凡納號商船之構想，是1955年時的美國總統艾森豪，亟思藉由建造核子動力商船以展現核能可廣泛應用於和平用途，而不只是運用於軍事核武上，並因事關重大遂送由國會批准，再由喬治夏普公司承建船舶，核反應爐則由專業的Babcock & Wilcox公司製造。
4、薩凡納號亦曾就最極端的「船舶沈沒入海」情況預作綢繆，遂將其反應爐設計為可自動關閉，一旦海水淹沒防護罩，反應爐即會停止工作，防止放射性物質外洩。然而，即使附設有此一安全機制，當時仍有專家秉持最高的安全標準而認為依然不值得發展核動力商船，蓋將似如讓一座核反應爐飄動於大海上，日後究竟會遭逢何等的凶險，任誰亦難可萬全的掌握。
5、就蒞世年分論計，德國的Otto Hahn號亦是世界上名列前茅的核動力糧產暨礦石運輸船，它是由一座38MW的核反應爐所驅動，長172公尺、寬23.4公尺，排水量和總噸數各25,790噸和14,040噸，1963年在HDW公司開工安放建造龍骨，1968年完工後先進行為期2年的試驗性航海，以測試核反應爐的性能及收集各種運行參數，再於1970年投入營運，航速15.8節。直至1979年期間，共計曾航赴至22個國家的33個商港，並且還曾遠赴至位於非洲和南美洲的商港；後來，Otto Hahn號卻被改造成為常規的柴油動力機組船舶，並再改造為貨櫃船以投入營運。1983年起，原Otto Hahn號曾先後因為轉賣易主而更名為「獎盃號」（Trophy）等數個名稱，還曾在1989～1998年間改由中國遠洋運輸集團、即「中遠集團」購有，至2009年在印度被拆解。
繼Otto Hahn號之後而現世的核動力商船，是日本於1972年建成的「陸奧丸」（Mutsu Maru）核動力散裝貨船，惟亦未如預期的達到效果，竟在首次試航期間即由於出現微量放射線洩漏事故，而頻遭日本反核民眾的聚集抗議，旋即入廠檢修接著又塵封多年，致使該船從未裝真正載運貨物以作商業航駛。1991年，陸奧丸在完成改裝之後，重再進行具測試性的長途航行試驗，順利繞著地球航行2周以展現核動力商船的優勢和日本領先多國的核能技術。惟就在次年（1992年）陸奧丸便停用除役，在其核反應爐被拆除後順勢改裝成為常規動力海洋探測船「未來丸」（Mirai Maru）。
前所提及的「陸奧丸」，是日本用以紀念簽署《日英通商航海條約》，並成功廢止西方國家在德川幕府時期與日本共同簽訂「不平等條約」、「治外法權」的政治人物－－陸奧宗光。陸奧是明治維新前後期間，日本國內熟悉海洋、海運與外交的大臣，中日甲午戰爭前陸奧宗光又是力提與大清交戰、俾可掠取利益的「鷹奪」策略，1895年4月其與伊藤博文膺任日方代表，與大清政府派出的李鴻章簽署《馬關條約》。
學者認為，雖然德國與日本的核動力商船應用成果未致理想，但則對於兩國開發核動力商船得累積豐厚的經驗與長足的技術，在在俱可產生一定程度的推展作用，同時亦得為世界各國研造核動力商船，創立有重要的參酌範例。
6、「薩凡納」號即曾被澳洲與紐西蘭等國的港口當局宣告「禁入」，此得具體反映出當時部分國家，對於核動力商船存有若干程度上的排斥，乃至萌生有杯葛、牴觸之意氣，力行反核的紐、澳等國，當為個中尤告強烈者。
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