Friday, July 15, 2011

2011年7月編號113「科學人」閱讀摘要


第一篇:七大能源奇想

一、核融合觸發分裂

我們現在的核能發電,使用的方式是「原子分裂反應」,這種核分裂反應器運作必需仰賴「連鎖反應」,讓原子分裂產生中子,中子再觸發更多的原子分裂。  而要維持這種連鎖反應,必需使用「鈽」「濃縮鈾」這種能用於製造核子武器的燃料。
這種傳統反應器運作時,上述燃料中只有少量的「原子」真正產生分裂,使用後就必需更換燃料;而下面要談的「融合分裂」反應器運作時,燃料燃燒率可達90%,因此所需的燃料量僅為傳統核分裂反應器的「1/20」

新的核融合反應發想來自「氫彈和太陽」的燃燒過程。現在研究人員已能引發「核融合反應」,方式為讓「氫原子核互相撞擊」,只要力道夠大,原子核就能合併,釋放出中子及能量。(我註:原子核中的中子數量必需維持一定,這樣原子核才能呈現穩定的圓形,否則就會被拉長成為不穩定的橢圓形ㄝ為了恢復穩定,原子核會釋放出中子。) 困難之處為,這個核融合過程釋放的能量必需大於觸發反應所需的能量,這種狀況稱為「起燃」(ignition),最終才能用於發電。

美國國家點燃設施的科學家們,想出了新的點子,利用「雷射脈衝」,在反應室中央引發核融合爆炸,然後放射出中子 ,來撞擊反應室內壁厚厚的鈾包圍或其它燃料襯裡,使原子分裂,產生的能量可使反應室的能量輸出增加為4倍以上。

這種「融合與分裂混合式發電廠」,是藉由核融合爆炸產生中子,再造成核分裂,因此不需要維持「連鎖反應」,這可擴大燃料的使用範圍,包括「非濃縮鈾」「耗乏鈾」(鈾濃縮程序中的大量廢棄物)、核電廠廠使用過的「廢燃料棒」等。

另外,這種核融合分裂反應器的使用年限約為「50年」,而最後「10年」則是「焚化」階段,可使本來要存放「仟年」的核廢料由每「2500公斤」減少到「100公斤」,當然此時發電量也會降低。

另外一種研究人員研究的是使用「磁核融合」的融合分裂方案。2009年,美國德州大學奧斯丁分校提出一款混合式反應器,配有小型「磁核融合觸發器」,這種技術是以「強碰場」侷限並容納核融合反應,與上述第一種的「雷射核融合」是競爭對手。

「核融合丸」十分細小而且精密,必需能以低成本大量生產,同時「起燃率」必需達到「每秒10次」,所以還有幾項搭配的技術尚待驗證。

二、  太陽汽油

這是一種利用太陽光轉換成液態燃料的發想,美國新墨西哥州山迪亞國家實驗室進行的實驗很有趣,用直徑六公尺的碟形反射鏡,將陽光集中在50公分長的圓桶上,反射鏡使陽光穿過圓桶外壁上的開口,聚焦在10多個同心圓環上,這個環每分鐘旋轉一次。圓環邊緣裝有「氧化鐵」(就是鐵鏽)或氧化鈰(氧化鈰呈微黃略帶紅色,還有粉紅色,其性能是做拋光材料,是稀土元素鈰最穩定的氧化物)鋸齒,當鋸齒旋轉到光束中,溫度會提高到1500℃,這樣的高溫可使鐵鏽中的「氧」釋出。 接著把蒸氣二氧化碳送入反應室,當鋸齒旋轉到反應室中比較陰暗且低溫的地方時,會再次吸收蒸氣二氧化碳中所含的「氧」,而留下富含能量的「氫」「一氧化碳」

「氫」「一氧化碳」的混和物稱為「合成氣」,是構成化石燃料、化學製品,甚至是塑膠的基本分子。 過程中吸收的二氧化碳量,與燃燒燃料時排放的量大致相同,所以這類「太陽燃料系統」可說是一石四鳥的解決方案,既可取得「潔淨燃料」、「提高能源安全性」、「降低二氧化碳排放」、「緩和氣候變遷」

三、  量子光電

目前的太陽能電池接收光能後,只有10 ~ 15%的能量轉成電流,發電成本很高,因為單層吸收光能的「矽」,理論上效率限制為31%。 傳統的太陽能電池中,射入的光子撞擊「矽」的電子,使電子自由流動,進入導線,形成電流。但陽光中的光子能量太強,撞擊「矽」時會釋出「熱電子」,因其速度很快,所以在被導線補抓到前就散失熱能,回到初始狀態。

2010年,美國德州大學奧斯丁分校化學家朱曉陽(音譯)以數千個原子組成量子點,將「硒化鉛」微點沉積在二氧化鈦導電層上,用光線照射,使熱電子散熱時間延長1000倍,如此可減慢「熱電子」冷卻速度,讓「熱電子」較易被補獲。

四、 熱引擎

在美國,60%的能量在車輛和發電廠中化成熱能散失了。通用汽車的科學家想使用「形狀記憶合金」「熱能」轉為「機械能」,再轉為「電力」。目標是回收汽車排氣系統內的「熱能」,轉成「電力」供給空調系統或音響,以減輕引擎的工作。

方式是用平行的鎳鈦合金細線製成帶狀繞過三個滑輪,形成一個三角形,其中一角接近高溫的排氣系統,另一角則距排氣系統較遠,溫度較低。 高溫的一角會收縮,低溫的一角會澎脹,因此這條帶子會自動運轉,使滑輪轉動。滑輪帶動桿子,再帶動發電機,溫差越大,帶子轉速越快,提供的能量也越大。

這種技術可在10年內擴大規模並上市,而且要移轉到家電或發電廠冷卻塔等設備,完全沒有問題。

通用汽車的設計很簡單也可行,但「形狀記憶合金會因金屬疲勞而變脆,而且細線不容易結合成帶子,所以研究者打算改變「線徑」「帶子形狀」「加熱與冷卻帶子」等方式來讓這個設計可行。

五、 震波引擎

「活塞引擎」一直是汽車動力來源,目前美國密西根州立大學正開發一種「震波引擎」,完全不需要活塞,如果成功,未來油電混合車的燃油效率將可提高五倍。

這款引擎設計很小巧,體積和湯鍋相仿,不需活塞、連桿和汽缸體,機械裝置比活塞引擎少,可減少30%的生產成本。 因為重量輕、燃料放率高,在提供等量燃料的情況下,行駛里程將提升為五倍,並減少二氧化碳的排放量。

這種設計的原型是一種叫「波浪碟」的發電機,是以轉動的「渦輪」產生動力。它很像一部平躲的桌上型電風扇,燃料與空氣混合物經過加壓加熱,由中心轉軸進入葉片之間。 高壓混合物點燃時,燃燒的氣體在狹小空間內膨脹,形成震波,壓縮剩餘空間中的空氣,接著震波在殼內四處反射,進一步壓縮並加熱空氣,最後空氣透過外殼排出。 加壓氣體施加在彎曲葉片上的力,加上逸出氣體噴流施加的力,推動轉子旋轉,進而使曲軸轉動。

六、 磁鐵空調機

空調機、電冰箱和冷凍櫃家用電器品,佔美國家庭用電量的1/3。 美國航太公司正在開發一款用「磁鐵」取代壓縮機的製冷裝置。 磁性材料處於磁場中時,溫度會提高,而磁場消失時會冷卻,這種現象稱為「磁熱效應」。熱以振動方式儲存在原子內,磁場方向使金屬中的電子整齊排列,同時使電子無法自由移動,進而使金屬原子振動加據,因此溫度提高,碰場消失時,溫度才會下降。

1997年,美國能源部材料科學家開發出由「釓、矽、鍺」組成的合金,在室溫下即具有相當大的「熱磁效應」

這個設計的原型元件為以記憶合金製成多孔楔形片,再組成小型平面圓盤,圓盤會旋轉通過一塊永久磁鐵的溝槽,這個溝槽會提供「磁熱效應」所需的磁場,讓楔形片通過溝槽時,溫度提高,而遠離溝槽時,溫度降低。 楔形片旋轉時,在系統內循環的流體也會跟著加熱和冷卻,冷卻的流體(就是水)可移出房間的熱。(我註:火山爆炸時,溫度驟然升高,會加強磁場效應,所以可能對電子裝置例如電子鐘等產生影響,所以義大利「Mount Etna」火山爆發時,會讓時鐘快15分鐘。)

七、 更乾淨的媒

煤是最廉價、產量最豐富的能源,也是碳排放的大宗,以及氣候變遷的主因。 美國聖母大學能源中心,採用一種叫「離子液體」的新材料,它是一種「鹽類」,吸收二氧化碳的能力是其他材料的二倍,相當類似「碳吸收劑」。而這種「鹽類」吸收二氧化碳時,會由固態轉變成液態,這個相變的過程會釋放出熱能,可回收協助取出液體中的「碳」,最後再處理液體。

這種方式的運用是希望在燃媒發電廠的「廢氣」排入大氣中前,先除去二氧化碳。但即使可行,也必需想好如何將「二氧化碳」儲存起來,目前可行的構想是將「二氧化碳」注入地下多孔岩層,或將「二氧化碳」矽酸鹽混合,模仿自然界中「二氧化碳」碳酸岩結合的過程,使其變成石灰岩,不再具有活性。





第二篇:治療妥瑞氏症(Tourette Syndrome):

1885年由法國妥瑞醫生(Gilles de la Tourette )提出。這種症狀是一種神經生理問題而非精神疾病,目前有許多證據指向此症狀是源於腦基底核多巴(Dopamine)的高反應性,因而導致慢性且反覆不斷出現不自在的動作及發聲上的「tic」-一個接一個的簡單動作。最常見的為快速而短暫的眨眼睛、嘴巴、扮鬼臉、聳肩膀、口出穢言以及搖頭晃腦等。

這些神經迴路除了部分和掌管運動功能的腦皮質相接才有「tic」的產生外,也和掌管行為或情緒的邊緣系統相接,才會出現強迫症、易分心、及過度活動的問題。神經影像學也有多項證據支持此症是基底核和額葉皮質下之間的聯繫出了問題。

依據美國妥瑞症協會(The Tourette Syndrome Association)的歸納整理,此遺傳應是由帶有此基因的父母親傳給下一代,而男性罹患的機率明顯的比女性多了3-4倍

2010年,研究人員找到了一個與妥瑞氏症有關的新基因突變,這個基因負責製造「腦內組織胺」(與發炎反應有關的分子),如果變短突變的話,會造成「組織胺濃度偏低,引起抽動症狀。

實驗顯示,服用增加組織胺的藥物,可以減少小鼠類似的抽動行為。抗組織胺藥與過敏反應有關,且會導致夜間失眠,但它也是「神經傳遞物質」,在腦部各個區域都能找到,包括與妥瑞氏症有關的腦基底核區。 這項發現,產生了一個可取代使用精神藥物治療的新療法。

腦基底核多巴(Dopamine)
精神藥物的治療法是抑制「多巴胺」(dopamine)的產生,當它的濃度降低時,組織胺的濃度就升高。但這會有許多副作用,例如體重增加和運動障礙等。  所以研究人員想不阻斷「多巴胺」(dopamine)的產生,而直接增加組織胺的濃度,也許能有同樣的效果(增加注意力及減少過動症),而避免使用精神藥物的許多副作用。





第三篇:培養皿裡的人造肉


2005年「Willem van Eelen」與同伴說服荷蘭經濟部投資200萬歐元(約8000萬台幣),進行人造肉研究,這是目前為止,政府對這類研究最大的資助金。

這個資助金,由「Willem van Eelen」和荷蘭烏特列茲大學的「H. P. Haagsman」規劃使用,他們成立一個協會,目標是使牲畜的幹細胞能夠生長,並誘導成骨骼肌細胞。這個團隊還包括「Meester Stegeman BV」肉品公司(後被歐洲 Sara Lee Corporation 集團併購)的一位代表,和荷蘭三所大學的科學家。其中阿姆斯特丹大學著重在研究有效的「生長液」;烏特列茲大學從事「幹細胞分離」,讓它們分裂並誘導成為「肌肉細胞」;愛因荷芬科技大學則企圖「訓練」這些肌肉細胞長的更大。

研究人員如何製造人造肉 ? 第一步從健康的豬、牛或雞隻身上取得「胚胎」「成體幹細胞」,來自「胚胎」的幹細胞較易增生,但較難誘導成「肌肉細胞」;相對的,來自肌肉組織的「成體幹細胞」較難養成,但是容易轉變成「肌肉細胞」。-> 第二步科學家利用細菌製作成「生長液」,幹細胞多次分裂,接著誘導「胚胎」細胞轉化為「肌肉細胞」。-> 第三步讓「肌肉細胞」生長在「化學骨架」上而形成「肌肉纖維」,讓肌肉變大(方式為利用電脈衝刺激肌肉組織,類似運動,讓肌肉細胞增大;另外一種方式為使用乙醯膽鹼來刺激肌肉成長)。-> 第四步取出「肌肉纖維」薄片,目前這種纖維薄片只能加工製成「香腸」「牛絞肉」,仍無法製成整塊的肉排

聯合國推估,到了2050年,世界人口近90億,目前到2011年10/31日止是70億。 畜牧業現在使用了地球上30%的土地面績,每年生產2.28億噸的肉品,但聯合國「糧食及農業組織」(Food and Agriculture Organization)估計,到了2050年,全球的肉品需求量必須倍增至4.63億噸才夠。

聯合國2006年的報告中指出,畜牧業貢獻了溫室效應中氣體總排放量的18%,主要來源為動物排泄物中的甲烷,及因為了取得更多牧場而伐林,森林減少後,自然無法吸收更多的二氧化碳


第四篇:拒絕塑化人生


這篇文章我先從頭看到尾一遍,才決定是否摘其文要來儲存。 看完後,我有一個感覺,就是台灣政府、學界及醫界等早就知道「塑化劑」對於我們孩子及環境的危害,但卻一直默不吭聲,直到事情爆開來為止。

這是一個什麼樣的社會? 政商勾串到令人髮指的狀態,好像別人家的囝仔死抹了的心態。 30年不是一個很短的歲月,難怪台灣洗腎病患多到世界第一。 年輕女性的乳房、卵巢癌及子宮內膜異位癌好發率愈來愈高,且年齡層愈來愈低,如果再加上性早熟及不孕,好像所有難以理解的現像都得到了答案。

但問題仍回到原點,台灣的政府無論藍綠出了什麼狀況,可以容忍這種天理不容的事存在30年? 就算他們的孩子不吃這些東西,能擔保娶進來的媳婦不吃,半子女婿不吃嗎? 自己的兒孫輩不吃嗎? 現在的小孩是不會理會你的警告的,同儕都吃,他們怎麼可能不吃? 如果你的孩子們一定會吃到,為何可以泯滅天良到這種地步?

馬總統說吳揆有大慈大悲的心? 是否指的就是揭發塑化劑食品添加劑這件事? 如果是,那就表示原本馬總統不想揭發,想混過去,是被吳揆「感動勸說」才爆開來的嗎? 如果是,這又是一個什麼樣雙重人格個性的總統呢?

塑化劑的學名為「鄰苯二甲酸酯類」,許多塑膠製品中都會添加,以增加「彈性、柔軟度、延展性」;它也是優良的「溶劑、膠合劑」,可作為香水、化妝品及沐浴用品、清潔劑等之「定香劑」,讓香味持久不散。

「鄰苯二甲酸酯類」是一種環境荷爾蒙,作用類似雌激素(Estrogen),除了上述對女性的影響外,也會降低男性體內的「雄性素」(androgen)濃度,影響男童的生殖器官發育,進而影響成年男子的生殖能力。 它的其它副作用還有造成「兒童過敏」(氣喘、過敏性鼻炎、發炎反應)「成人代謝症候群」(肥胖)「肝癌」,甚至進而對「心、肝、腎」都可能造成傷害(實驗都以動物進行,再用電腦模擬到人體身上,所以無法肯定對人體的確實影響)。

學術論文說,「DEHP 、MEHP、 DBP 、BBzP、 MBP」總共會和「249」個基因或蛋白質發生作用。2011年1月美國「FDA」及喬治華盛頓大學共同發表了一篇論文指出,「DEHP」會造成大鼠心律不整。 另外的實驗發現,長期接觸「DEHP」的大鼠的腎臟結構及功能會發生改變,而且這種改變與長期洗腎病人情況類似。

台灣成功大學醫學研究團隊發現「鄰苯二甲酸酯類」會與人體內的「雌性素受體」結合,干擾雌激素(Estrogen)的訊息傳遞,造成大腦神經中樞吻肽(kisspeptin」的分泌量異常,容易使女童的第二性徵提早發育,導致性早熟。

「塑化劑」是如何進入人體的? 除了直接添加到食品中的外,我們週遭環境中處處都是。成大研究團隊發展,台灣戶灰塵中所含有的塑化劑以「DEHP」最多,佔了90%以上。 但性早熟女童尿液中,以「 DBP」的代謝濃度最高,「DEHP」的代謝物次之。顯示台灣的居家環境中,除了灰塵所沾附的塑化劑以外,另有「鄰苯二甲酸酯類」來源。目前研究結果,顯示問題可能出在木頭地板的「防水層、亮光漆或地板蠟」中添加的「塑化劑」;而另一個重要來源是電線的「PVC」外皮,當電線通電造成溫度上升時,「PVC」外皮中所含的塑化劑逸散量會大幅上升;其餘的是「保鮮膜」及便利商店的塑膠微波便當盒,其中含有五種塑化劑會在微波時被釋放出來。

如何避免塑化劑的威脅? 第一是飲食前一定要洗手,這樣才不會吃入灰塵中的塑化劑;第二是家中定期打掃,除去沾了塑化劑的灰塵;第三是把不用的電器品插頭拔掉,避免通電高溫下電線「PVC」外皮釋放出塑化劑;第四香味太濃的沐浴乳、洗手乳等少用第五便利商店的塑膠微波便當盒、保鮮膜、裝飲料的塑膠杯或裝牛奶的紙盒(內層有塑膠膜),都會有塑化劑溶出,特別是裝熱食或是含有油脂的食物時,溶出量更高。避免的方式為塑膠杯只裝冷飲,便當倒進碗盤中微波、牛奶倒進瓷杯或玻璃杯中加熱。

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