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重磅登場!令人聞之色變的Little Boy原子彈——《跟著怪咖物理學家一起闖入核子實驗室》

聯經出版_96
・2019/01/14 ・1527字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 576 ・九年級

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

特殊槍管式構造:牽一「管」而動全身

要了解原子彈的構造,得從最單純的槍管式構造開始說起。

槍管式構造使用在史上第一顆實戰原子彈 Mk-1,代號:小男孩 Little Boy,也就是投在廣島的那顆原子彈。它準備了超過臨界質量的鈾 235 核心,並且將核心分成兩份。當兩份核心單獨分處於兩端時,兩端的質量分別都在臨界質量以下。直到起爆的時候,才一鼓作氣地將兩份核心合為一體,使質量超越臨界質量。

內部的砲管構造,兩端的核心分別配置。圖/聯經出版社提供

基於這種裝置辦法,它的內部採用類似砲管的構造,在砲管的兩端分別配置分割成兩份的核心。然後,在其中一份核心裝設使用一般炸藥(稱為推進劑)的起爆裝置,待推進劑爆炸,即可促使同一端的核心在砲管中朝反方向移動。

啟動物也是,分割成釙與鈹,分別裝設在兩份核心。在說明啟動物時曾提到,釙與鈹只要在空氣中相隔 4 公分以上,就能超越 α 射線的射程,啟動物也就不會啟動。

推進劑起爆,核心加啟動物那一端在砲管中往對向移動,核心的總量於是在合體的瞬間超越臨界質量,同時間,啟動物啟動,釋放中子,促成超臨界狀態──發生核爆。

欠缺失效安全模式,投彈前一刻才裝上起爆裝置

槍管式的優點是構造單純,不過也存在重大的問題。首先,

槍管式的核心只使用鈾製作。

至於不使用鈽的原因,請容我留待稍後說明。濃縮數十公斤的鈾異常艱辛,為了節省試驗消耗的鈾,這枚並未經過試驗,就被直接投入實戰。

槍管式的另一項重大問題是:

安全性。

如同前述說明,只要單方面的核心往管中央移動,就能引發核反應。不僅構造單純,就連啟動也簡單。一般而言,一失控就會造成慘重災情的機械或裝置,會被限定在所有條件都順利到位的情況才能啟動。換句話說,我們會希望,只要有任何一項非在意料之中的不適當情況出現,它就無法作動。這稱為失效安全(fail-safe)模式。然而,槍管式原子彈並不存在失效安全模式。

所以美國對廣島投彈的實況是:在缺乏起爆相關裝置的狀態下出擊,直到投彈前一刻才裝上起爆裝置。所以當時,能組裝起爆裝置的技術人員必須隨機待命。正因為它如此欠缺安全性,在處理上尤須謹慎。

小男孩的核心所使用的鈾 235 僅僅 50 kg,其中真正發生核分裂反應的量卻只有 1 kg。也就是說,費盡千辛萬苦濃縮精煉得來的鈾的絕大部分都沒有發生反應。而且其餘的鈾,也因為受到最初發生核分裂反應的部分爆炸之影響,而飛散至四處。

總而言之,小男孩的效率一點也稱不上好。

小男孩採用槍管式構造,體型細長。圖/聯經出版社提供

不容小覷的超級男孩:個頭小巧、威力無窮

儘管如此,小男孩的威力還是一般炸彈(化學反應型的炸彈)所無法比擬。小男孩的能量高達 60 TJ。一般而言,核武器的威力以「相當於幾公噸的 TNT 爆炸所產生的能量」的表現方法呈現。TNT(三硝基甲苯,俗稱黃色炸藥)為一般炸藥,它的爆炸能量定義為:每 t(公噸)4•184 GJ(十億焦耳)。小男孩的爆炸威力是 60 TJ,經過換算則相當於 15 kt 的 TNT。

核爆造成的蕈狀雲。圖/Wikipedia

換句話說,相當於引爆 15000 t 的 TNT。而 15000 t 又相當於重巡洋艦的重量。請各位想像一艘全部用火藥建造的重巡洋艦,這樣應該就不難想像它的威力—簡直誇張到荒謬的程度。而那麼龐大的威力,竟然只消一枚原子彈就能實現!只需要一架轟炸機,就能運載 15000 t 的爆炸當量。看在這樣的報酬率,當然是哪個國家都會拚了命地去開發原子彈吶。

 

 

 

本文摘自《跟著怪咖物理學家一起闖入核子實驗室》,2018 年 6 月,聯經出版。

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聯經出版公司創立於1974年5月4日,是一個綜合性的出版公司,為聯合報系關係企業之一。 三十多年來已經累積了近六千餘種圖書, 範圍包括人文、社會科學、科技以及小說、藝術、傳記、商業、工具書、保健、旅遊、兒童讀物等。

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七十多年前轟炸日本的原子彈,直到現在都還影響著臺灣的我們
科學大抖宅_96
・2022/12/15 ・6053字 ・閱讀時間約 12 分鐘

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

1945年,美國分別在日本的廣島和長崎投下原子彈,造成約二十萬人死亡,也終結了第二次世界大戰。當時的臺灣,尚在日本統治之下,自然地,原子彈爆炸(原爆)的犧牲者中,也有在日本本土生活的臺灣人。然而,原子彈對臺灣的影響,並不僅止於此,也不只是促成臺灣統治權的更替而已。在那之後,原子彈的巨大威力,和對人類文明的衝擊,以多樣的形式留存於臺灣社會;直到現在,我們還是可以看見其痕跡。

其一:跨越七十多年的遺物

國立臺灣歷史博物館的收藏品,就記述著因原爆喪生的臺灣人歷史。

1921年生的新竹人蘇百齡,從新竹州立新竹中學校(今國立新竹高級中學)畢業後,前往日本就讀長崎醫科大學附屬藥學專門部,並於1942年繼續就讀長崎醫科大學。

蘇百齡就讀長崎醫科大學附屬藥學專門部時照片(照片來源:國家文化記憶庫
蘇百齡長崎醫科大學入學許可通知(照片來源:國家文化記憶庫

1945年,原本打算隔年學成回臺的蘇百齡,卻在即將畢業前夕,因為長崎原爆而身亡;一位原本大有可為的醫生,生命就這麼永遠停留於24歲。

當然,蘇百齡不是唯一因原爆犧牲的臺灣人,但要感謝其家族後人細心保存遺物,並將之捐贈,我們才得以一窺當時罹難者的部分生活面貌。

長崎警察署發放之蘇百齡死亡證明書(照片來源:國家文化記憶庫

而在喪失性命的人之外,也有一些臺灣人不但親身經歷原爆,還能對後世講述親眼所見,如出生於高雄美濃的陳新賜醫師(1914~2016),和出身嘉義的王文其醫師(1918~2015)。當時二人均在距離原爆中心僅700公尺的長崎醫科大學附屬醫院服務,雖然也在爆炸中受傷,但奇蹟似地存活下來。這段故事,由李展平撰寫成《長崎原爆:台灣醫生陳新賜.王文其歷險記》,於2012年出版。

原爆後的長崎醫科大學附屬醫院(相片來源:長崎原爆資料館

曾經參選1996年中華民國總統選舉的彭明敏(1923~2022),在長崎原爆當下也正於長崎的長兄家療養:其不久前才因為搭乘的船隻受美軍轟炸,被送往長崎醫科大學附屬醫院治療,並接受截肢手術;陳新賜醫師即為手術醫師之一。

在彭明敏所著《自由的滋味》裡,是這麼描述長崎原爆:

我在室內看報紙,聽到頭頂飛機嗡嗡之聲。突然間,有炫目的亮光,好像房裡按下巨大的鎂光燈。差不多同時,有金屬性的巨響,彷彿整個地球被一把巨大的鎚子擊中了。房子劇烈地搖動。……有些水泥建築物仍屹立著,但是,裡面所有木料和其他易燃物都在頃刻間化為烏有。

據說在學校教室內,從整齊排列的白灰燼所在可以看出在死亡瞬間正坐在書桌旁的每一個學生。熱度竟有那樣強烈。大部分的醫科學生都罹難,其中包括四位曾經慷慨輸血給我的台灣留學生。他們有用的生命被消滅,我卻仍活著,這真是悲劇的命運。

……不久這座死亡的城市散發出令人不能忍受的臭氣。善後工作,對於當事人是一種異常的考驗。……幾天之內,又有新的恐怖發生。許多生存者忽然開始由口鼻出血,毛髮脫落,不久便死亡了。

無論如何,雖然原爆說不上是臺灣人的集體經歷,但確實為日治時期的部分臺灣家族或個人,帶來難以抹滅的深刻記憶。

臺灣客籍女詩人杜潘芳格(1927~2016)為長崎原爆犧牲者著作哀悼之詩(圖片來源:文化部典藏網

其二:臺灣的原子彈部署

臺灣這塊土地跟原子彈的連結並未因第二次世界大戰的結束而終止。戰後,臺灣統治權被移交給中華民國政府,其於1949年又因為內戰失利撤退到臺灣。自此,中華民國政權和中華人民共和國政權分別位於臺灣海峽兩岸,處於敵對緊張關係。

1958年8月23日,中國人民解放軍開始隔海砲擊金門,引發第二次臺灣海峽危機,史稱八二三砲戰。在短短約一個半月的時間內,金門遭受了數十萬發的砲彈打擊。而中華人民共和國對金門的砲擊行動,斷斷續續了21年,直到1979年中華人民共和國和美國建交為止。

在這樣嚴峻的大環境下,當時仍協防臺灣的美國軍方,從1958年到1962年,於臺南機場部署了配備核彈頭的屠牛士(Matador)地對地巡弋飛彈。此外,從1960年1月到1974年7月,亦於臺南機場布置了可搭載在戰鬥機上的戰術型核彈。

根據美國於2008年解密的文件,當金門砲戰最慘烈的時候,美國軍方曾考慮在廈門投擲原子彈,以阻止中國人民解放軍的攻勢。雖然這件事沒有成真,但無論如何,在臺灣的核彈部署,讓臺灣和關島、南韓、日本沖繩並列,成為當時西太平洋的核武基地。

1959年,美國空軍第868戰術導彈中隊於臺南空軍基地試射可搭載核彈頭的屠牛士TM-61C飛彈(相片來源:wiki

其三:中華民國的原子彈研發計畫

鑑於原子彈的超凡威力,不少國家均力圖發展相關技術。暨美國之後,蘇聯於1949年首度成功試爆原子彈,英國和法國也相繼研發成功。中華人民共和國同樣是野心勃勃,並於1964年在新疆測試了第一顆原子彈。毛澤東曾表示:「不但要有更多的飛機和大炮,而且還要有原子彈。在今天的世界上,我們要不受人家欺負,就不能沒有這個東西。」

至於臺灣的中華民國政府, 自然也明白核武的重要性。1963年,當時的蔣介石總統,和以色列核武計畫之父伯格曼(Ernst David Bergmann)私下會面,表達研發核武的決心。在伯格曼的支持與建議下,1968年「新竹計畫」啟動,以清華大學為中心,重點工作項目在培養人才,並建立研發原子彈所需的相關硬體設施。只不過,包括當時國家科學委員會主委吳大猷,以及曾參與美國曼哈頓計畫的女性核物理學家吳健雄,都對臺灣發展核武表達反對意見。在各方壓力之下,蔣介石最後不得不將新竹計畫束之高閣。

1950年代末期至1960年代初期,蔣介石以茶會款待海外回國學人,右四即為吳健雄(照片來源:國家文化記憶庫

然而,臺灣的核武研發並未因此中止。蔣介石政府在吸取新竹計畫的教訓之後,規劃了以和平研究用途做包裝的「桃園計畫」。1969年,中山科學研究院正式成立,原子能委員會則與加拿大簽約,在桃園龍潭的中科院核能研究所興建重水式核子反應爐,稱為台灣研究用反應器(Taiwan Research Reactor,簡稱TRR)。

在鈾元素中,約有99.264%都是屬於鈾-238,而核能發電常用到的鈾-235只佔了0.72%。提煉出來的鈾元素,必須先經過處理,將鈾-235的濃度提升到3%~5%,才能在商業核能發電使用。如果要製造原子彈,則必須將鈾-235的濃度提高到90%以上。因為事涉敏感,鈾濃縮相關技術與活動都受到監管,非核武國家若要靠自行研發,獲得武器級的高濃縮鈾相當不容易。

基於上述原因,製造核武的替代方案,是利用以低濃縮鈾當燃料的重水反應爐;在其中,鈾-238會吸收鈾-235分裂後產出的中子,成為鈾-239,然後再衰變成鈽-239,而鈽-239也能拿來製作原子彈。這樣的方式,在技術門檻和成本上,比製造高濃縮鈾要低得多。

原子彈「胖子」在長崎市上空503公尺爆炸後所造成的蘑菇雲。該原子彈即為使用鈽-239製作。(照片來源:wiki

在1975年蔣介石去世後,桃園計畫雖仍持續進行,但此時美國抱持聯中制俄戰略,已與中華人民共和國洽談建交多年,以中華民國制衡中華人民共和國的想法也慢慢轉變,反對臺灣發展核武的態度益發明顯。在美國壓力下,臺灣的原子彈研發計畫在繼任的蔣經國總統支持下,轉以更機密的方式運作。

1973年中央社報導。已經可見美國和中華人民共和國的關係正常化正進行中。(圖片來源:國史館檔案史料文物查詢系統

到了1988年,臺灣的核武計畫已經接近成功邊緣,預估再要不了多久即可製造出原子彈。只不過,時任中科院核能研究所副所長的張憲義早已被中情局吸收,臺灣的核武發展進度一切都在美國掌握之中。1月9日,張憲義使用假護照投奔美國,對整個計畫帶來毀滅性打擊,而生命已到末期的蔣經國,也在數天後去世。沒過幾天,美國和國際原子能總署的官員,直接帶領水泥攪拌車進入中科院,將重水式核子反應爐封存,再用水泥灌入重要設施和實驗室,以確保臺灣再也無法重啟爐灶。另一方面,新上任的李登輝總統也不支持相關研究。臺灣的核武研發,戛然而止。

至於張憲義,儘管一度被通緝,但至2000年已期滿撤銷。他的行為,究竟是讓臺灣少了重要的戰略武器,還是避免了潛在的核戰呢?是功是過,只能留給後人評價。

其四:桃園的輻射外洩事件

在台灣的核武研究中斷後,核能研究所內放置的核燃料棒也被要求運回美國。然而,燃料棒護套因年久劣化,導致水氣進入並與燃料棒作用,產生氫氣。於是,從 1988 年到 1991 年間,當所內人員嘗試把燃料棒從乾式貯存槽取出時,曾多次引起氫氣爆炸,最後一次更發生火災。

遺憾的是,事件發生當下,並沒有什麼人多加留意輻射外洩的可能。要等到 1992 年,核研所從事例行偵測時,才發現事態嚴重,不但核研所排水口附近的泥土,放射性強度大幅超標,下游的土地也受到污染。這起事件是在 6 月 25 日提報原能會,所以被定名為「核研所六二五輻射汙染事件」。

因為氫氣爆炸而污染了乾式貯存場的放射性物質,據推測,很可能就是在工作人員沖水清理以及滅火的過程中,隨著水流進入集水池,再經由排水口被釋放到環境之中,也就是鄰近的大漢溪和下游的國有地。

事後,國有財產局將2.3公頃的污染區用圍籬圍住,依原能會規定將土地挖除2公尺,再覆蓋新土。在1997年清理完畢後,當地輻射已恢復到正常範圍。而挖除的一萬四千立方公尺污染土壤,則跟一萬多桶低階核廢料,和破損的數十支高階核廢料等等,一同放置於核研所。

這起臺灣有史以來最嚴重的輻射外洩事件,至今已30年,造成了多大影響難以切實評估,卻是臺灣與原子彈的連結中,無法迴避的一段過往,也是對妥善管理核廢料的安全性提醒。

其五:原子與我們同在

原子彈不只威力驚人,其對社會文化的衝擊亦不在話下。因為原子彈在第二次世界大戰中的運用,許多人才首度聽到「原子」這個詞彙。一時之間,原子一詞蔚為風尚,成了時髦的代表、新科技的代稱;許多新發明、新事物,便這麼被冠上「原子」二字,類似現代一堆有著「量子」稱號,但其實跟量子力學沾不上邊的商品。

出生於台北艋舺的著名女畫家謝招治(1929~2014),創作過一幅名為《原子燙》的畫作。她曾表示:

「以前婦女燙頭髮是用電來燙,後來臺灣光復後才用化學藥劑來燙頭髮,大家也不知道該叫什麼燙,就叫它原子燙吧!『原子』這兩個字是由日本廣島遭美國的原子彈轟炸後第一次聽到的新名詞,在當時是很時髦的形容詞,還有現在的絲襪以前也叫原子襪呢。」

謝招治《原子燙》,直幅、水彩畫,繪於1997年10月29日。(圖片來源:國家文化記憶庫

而謝招治對自己的另一幅作品《補襪》,是這麼解說的:

「玻璃絲襪在光復後才出現,是大家之前都沒見過的新玩意兒,當時常常把沒看過的東西全都加一個「原子」來叫它,所以就叫它『原子絲襪』了。這一種襪子是由船員走私進口,或有親友從國外偷偷帶回來才有的。

我的姑姑出國二十幾年,第一次由日本回臺探親的時候,雙腳套了十幾雙玻璃絲襪,回來送給親友的,我看她一雙雙的脫下來送給我們的時候,覺得很感動,又好笑。在市面上原子襪有人賣,但是價錢很貴,它是新的產品,品質很差,大家穿破了捨不得丟,就拿去給補絲襪的補一補再拿來穿的。」

謝招治《補襪》,直幅、水彩畫,繪於2005年7月(圖片來源:國家文化記憶庫

除了原子燙、原子襪這兩個現在已不怎麼使用的名詞之外,我們常會用到的「原子筆」,其名稱來由的說法之一,就是廠商把原子筆引進香港時,因為尚無中文名稱,故使用「原子」這樣有高科技意象的名詞稱之。雖然原子筆跟原子彈並沒有任何關係,但無論如何,「原子筆」從此成為臺灣人廣泛運用的詞彙,流傳至今。

總結

自1945年原子彈出現在戰場之後,其巨大的威力撼動了全世界,也震懾了人心。從此,原子彈就跟全球政經局勢和個別國家的發展野心脫離不了關係。儘管當年轟炸日本的原子彈和台灣這塊土地並沒有直接關連,但其影響力仍以各樣的方式,留存在臺灣、或臺灣人的歷史和文化裡。不論我們如何看待它,正面或負面,這些連結與時代的記憶都將不會消逝。

參考資料:

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科學大抖宅_96
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在此先聲明,這是本名。小時動漫宅,長大科學宅,故稱大抖宅。物理系博士後研究員,大學兼任助理教授。人文社會議題鍵盤鄉民。人生格言:「我要成為阿宅王!」科普工作相關邀約請至 https://otakuphysics.blogspot.com/

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戰爭的遺毒該如何排除?基轉植物或可分解 RDX 炸藥的有毒物質
科技大觀園_96
・2021/11/27 ・2647字 ・閱讀時間約 5 分鐘

一般說到炸藥,大家可能都會想到化學課聽過的「黃色炸藥 TNT 」,而同樣有硝基的常見爆炸物 RDX(Research Department explosive),爆炸強度是 TNT 的 1.5 倍,是目前美國軍事上製造炸藥必須的化學藥品,然而,這些爆炸物容易造成令人頭痛的環境污染,目前許多研究試圖尋找降解此種污染的方法,但一直沒有找到有效經濟又可以持續使用的辦法。今年發表於《Nature Biotechology》的一篇新研究發現,一種在北美草原上常見的植物,透過基因轉殖後可以吸收和分解 RDX!

第二次世界大戰中使用的空襲炸彈,鋼瓶上印有RDX/TNT的字樣,為RDX與TNT混合物。圖/wikipedia

到底是怎麼做到的呢?在了解這個新穎的解決方案之前,我們先來聊聊 RDX 到底是什麼?又是怎麼造成環境污染的?

RDX 的化學式是 (CH2NNO2)3 ,環三亞甲基三硝胺,中文別稱黑索金、海掃更、T4炸藥、炫風炸藥等。如前面所說,RDX 廣用於軍事用途,是二次世界大戰時最常被使用的爆炸物,目前軍用市場上有超過 4000 種彈藥都含有 RDX,通常和其他物質混合作為軍事彈藥,但事實上,RDX 在一開始並不是被用來作為武器,西元 1899 年德國化學家首次合成 RDX 並申請專利,當時主要描述的是 RDX 的醫藥用途,後來,隨著二次大戰開打,由於 RDX 的爆炸力比第一次世界大戰的 TNT 還強,RDX 被雙方軍隊注意到,便被廣泛作為炸藥的材料。

RDX分子模型。圖/wikipedia

那 RDX 會對我們造成什麼影響呢?

事實上,在彈藥發射、丟棄槍械,或是製造彈藥的過程中都可能會釋放 RDX 至周圍環境,例如軍事基地、手榴彈丟擲場、彈藥工廠等場所,受污染較嚴重的以土壤和地下水為主,當 RDX 被釋放到土壤後,會進一步滲透至地下水系統,也就是說,RDX 的影響可能會蔓延到日常飲用水,而且因為 RDX 流動性高又不易降解,不僅會對土壤生態造成影響,若人類攝入過量會有暈眩、嘔吐等症狀,也可能會引起癲癇發作。

此外,RDX 也是一種可能的致癌物,在美國大約有一萬公頃的射擊場用地已經被 RDX 滲透,因此被美國環境保護署 (Environmental Protection Agency,EPA) 列為飲用水污染物之一,並設立飲用水中的含量標準。

在西元 2012 年時,台灣也增修了環境標準管制草案,因火炸藥屬於管制用品,通常只有軍事用地能夠生產及銷毀,而根據環保署過去的調查計畫也顯示,台灣多處軍事場址內確實有火炸藥類物質的污染,若未來軍事用地轉為公共用途後,使用者受到危害的可能性將會提高。環保署逐年檢測國有地、軍事用地土壤與地下水的相關污染。為了避免 RDX 污染造成環境及健康的威脅,探討 RDX 在土壤及地下水中的特性、機制,並找到整治的方法,便成為研究的一大重點,例如,國內曾有研究利用表面改質奈米零價鐵顆粒,處理受 TNT、RDX 的污染地下水體。

而這次由美國約克大學研究團隊發表的研究,是利用基因轉殖,讓植物能夠降解並吸收 RDX,前面有提過,美國受 RDX 的土地面積非常大,若利用傳統方法,像是填埋、焚燒、氧化等,較適合用於高污染但面積小的土地,根據美國國防部的估計,成本效益不符比例。

事實上,研究團隊在先前就已經分離出一種具有降解 RDX 能力的細菌 Rhodococcus rhodochrous 11Y,能夠在有氧及無氧條件下催化 RDX 還原脫硝,然而,細菌分解的速度不夠快,沒辦法防止 RDX 滲入地下水層。因此,科學家將清除污染的責任放到植物身上,使用植物有許多好處,例如破壞性較小、能幫助土地恢復生機,社會層面上則是具有美感、大眾接受程度也較高,且長期而言,維護植物的生長所需成本較低。

Rhodococcus 屬細菌於光學顯微鏡(左)與電子顯微鏡(右)下的成像。圖/microbewiki

但是,植物並不具備降解 RDX 的能力,因此,科學家便將與降解能力有關的細菌基因,轉殖至植物的基因裡。在之前的實驗中,他們發現被轉殖過的阿拉伯芥 Arabidopsis thaliana 能夠將 RDX 分解,然後被植物吸收並代謝,不需要收割植物便可以清除污染物。

在實驗室裡成功後,能否在真實環境實行這個方法才是接下來的重頭戲,但這並不是一件容易的事,首先,只有少數幾種適合的植物可以進行基因轉殖,再來,種植基因轉殖作物需要申請大量的文件許可,並且,大面積種植可能需要花上好幾年的時間,而且野外實驗容易受到天氣因素影響,大規模的實驗可能會耗費昂貴的成本及時間,最可怕的是,仍然無法保證會有明確的結果。

後來研究團隊選用一種叫做「柳枝稷」(學名 Panicum virgatum )的植物進行基因轉殖,這是北美洲原生種、多年生的草本植物,接著團隊在紐約洲的一個軍事訓練場進行野外實驗。他們將 27 塊含有 RDX的土地分成三組不同的種植條件,分別為:沒有植物、未轉殖基因的柳枝稷、已轉殖基因的柳枝稷,三年之後,結果顯示,種植轉殖基因柳枝稷的土地流出的水有較低濃度的 RDX,此外,和未轉殖基因的柳枝稷相比,已進行基因轉殖的植物組織內幾乎沒有 RDX,代表這些植物正在吸收和代謝這種化學物質。

柳枝稷 Panicum virgatum 。圖/wikipedia

研究者表示,受較高污染的土地可能需要花幾年種植,但污染較少的地方可以恢復的比較快,與先前的方法相比,使用基因轉殖作物整治的方式經濟實惠許多。當然,在將這個方法運用在土地之前,需要先進行生物安全檢測,確認基因轉殖作物會如何影響當地的植物。最近,研究團隊試著將基因轉殖到另一種原產於美國許多地區的小麥草 Pascopyrum smithii ,希望未來這項技術能用於更多不同地區的受污染土地。

參考文獻

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  • Urbanski, T., Laverton, S., & Ornaf, W. (1964). Chemistry and technology of explosives (Vol. 1, p. 635). New York, NY: pergamon press.
  • 國家環境毒物研究中心
  • USEPA. (2014). Technical Fact Sheet–Hexahydro‐1, 3, 5‐trinitro‐1, 3, 5‐triazine (RDX).
  • 軍事爆炸物在土壤及底泥之宿命及生態毒理研究
  • 黃昱恆, 郭驊, 曾逸洲, & 林錕松. (2015). 利用表面改質奈米零價鐵還原降解高能火炸藥 TNT, RDX 及 HMX 污染地下水整治工程技術之研發及評估. 土壤及地下水污染整治, 2(4), 253-270.
  • Rylott, E. L. & Bruce, N. C. Right on target: using plants and microbes to remediate explosives. Int. J. Phytoremediation 21, 1051–1064 (2019).
科技大觀園_96
82 篇文章 ・ 1109 位粉絲
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原子彈的發明原理,從一個被說荒謬的假設開始(下)——《科學大師的失誤》
時報出版_96
・2021/05/02 ・2501字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 480 ・五年級

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

  • 作者 / 楊建鄴

本文接續上一篇:原子彈的發明原理,從一個被說荒謬的假設開始(上)——《科學大師的失誤》

上一篇文章中,雖然諾達克與伊雷娜皆提出 93 號元素可分裂的假設,但當時的分析化學權威哈恩與大部分的科學家都認為,費米真的發現新元素,可再分裂是個「謬論」。哈恩更以私人名義寫了一封信給伊雷娜,但伊雷娜沒有聽他的勸告,讓哈恩氣說再也不會閱讀伊雷娜的文章。

哈恩的話說過了頭,因為幾個月以後,他不得不仔細讀這位「法國太太」的文章。

過了幾個月,秋天來了。這時,哈恩的親密夥伴邁特納女士逃出了德國,因為她是一個猶太人。當希特勒開始迫害猶太人時,邁特納因為是奧地利人,所以一時還不會受到迫害。但到 1938 年希特勒吞併了奧地利以後,邁特納馬上陷入了危險之中,她甚至連一份出國簽證都弄不到。幸虧同事想辦法,她才裝扮成外國的旅行者逃到丹麥。

邁特納在同事的幫忙下才裝扮成外國的旅行者逃到丹麥。圖/Pexels

邁特納一走,哈恩失去了一個有力的幫手,心中非常煩惱,脾氣也大了許多。有一天,哈恩正在辦公室抽雪茄,忽然斯特拉斯曼激動地跑進辦公室,對哈恩大聲說:「你一定要讀這篇報告。」

哈恩一時給弄糊塗了:「什麼報告呀?」

斯特拉斯曼把一份刊物遞給哈恩:「伊雷娜教授又發表了第三篇文章,肯定了她前兩篇文章的結果……」

哈恩不耐煩地打斷斯特拉斯曼的話:「我對這位法國太太最近寫的東西,一點兒也不感興趣!」

斯特拉斯曼毫不退讓,說:「我可以肯定,她沒有犯任何錯誤,是我們錯啦!」

「不可能的!」哈恩生氣地大聲說。

「你耐心點,聽我講;如果你聽完了再發脾氣,我就不作聲了,行吧?」

哈恩只好耐著性子聽。聽著聽著,哈恩震驚了。斯特拉斯曼說對了,伊雷娜沒錯,是自己堅持錯誤好幾年!

哈恩拉發現伊倫娜沒錯,是自己堅持錯誤好幾年!圖/GIPHY

斯特拉斯曼還沒說完,哈恩大叫一聲:「走,快到實驗室去!」

雖然這消息對哈恩猶如晴天霹靂,但哈恩終於不愧是優秀的科學家,他一旦明白自己錯了,就會馬上承認,並盡一切力量弄明白自己為什麼錯了。這就是一個偉大科學家所應該具備的品質。也正是由於他承認了錯誤,才接著取得了偉大的成就。

經過幾天艱苦的實驗,哈恩不得不承認,伊雷娜的實驗報告完全正確,用中子轟擊鈾以後,在反應產物中的確多了一種比鈾輕得多的元素。但到底是什麼元素呢?伊雷娜沒有最終確定,只是說大概是什麼。哈恩決心弄個一清二楚,他是歐洲最有名氣的化學分析能手,這個艱巨的任務,真是非他莫屬了!

哈恩到底是真正的權威,他很快就明確指出,伊雷娜沒弄清楚的神祕產物是鋇 (Ba)。鋇的原子量是 137 多一點,而鈾的原子量是 238 多一點,這就是說鋇的原子量只是鈾的一半左右。鈾原子核真的被中子撞得「分裂」了!這真是讓人們無法想像的事情。哈恩不禁非常慚愧,諾達克幾年前提出過這種設想,而自己一口否定,還嘲笑過她!

哈恩完全相信,在化學分析上他絕對不會錯,可是在物理解釋上,他可是一點把握都沒有。如果邁特納沒有走,那就馬上可以問她,可惜她走了。儘管如此,哈恩知道他們做出了偉大發現,必須一方面寫信徵求邁特納的意見,一方面儘快把自己的發現發表出去。他急忙告訴《自然》雜誌的主編,請他務必留一個空白版面,「我有重要發現要發表」。主編同意,但「12 月 22 日以前必須將稿件寄來」。

12 月 22 日,哈恩終於把文章寫好,寄給了《自然》。寄走之後,哈恩又有點後悔,邁特納還沒回信,還不知道物理上能否說得過去。如果物理上毫無可能實現這種「分裂反應」,那怎麼辦?也許……後來,哈恩曾對人說:當文章送往郵局之後,我又覺得分裂反應完全不可能,以致想把文章從信箱裡取回來。

再說邁特納。她收到哈恩的信以後,開始她也不相信。她還記得前幾年諾達克的假設,當時她也堅決拒絕接受諾達克的假設,並勸人們把這種「荒謬的假設扔到廢紙簍裡去」。現在,哈恩卻不可置疑地證明了諾達克的假設是對的,這怎麼不使她感到震驚和不解呢?但她相信哈恩一定不會錯。

經過緊張的思考和計算,她終於發現,對於很重的原子核(例如鈾),中子是可以把它們撞成兩半,分裂開來。邁特納是怎樣思考和計算的呢?這兒不多講,她只是很快計算得出這一反應完全符合愛因斯坦的質能守恆方程式 E=mc2。這就足夠了!

邁特納計算得出這一反應完全符合愛因斯坦的質能守恆方程式 E=mc2。圖/Pexels

邁特納很快回信給哈恩,信上寫道:我們已經詳細地讀過你的大作,並認為從能量角度上看,像鈾這樣的重核是有可能分裂的。

偉大的波耳不久也知道了邁特納的證明,他立即用手敲他自己前額,喊叫道:「啊,我們過去都是一群笨蛋!肯定是這樣,真是太妙了!」

不久,哈恩的偉大發現震動了全世界。當時正值希特勒發動第二次世界大戰的時期,科學家馬上意識到,哈恩的發現可以使希特勒生產一種威力極為巨大的爆炸武器──原子彈。如果這個戰爭瘋子有了原子彈,那整個世界就會陷入毀滅性災難!於是一群由德國、奧地利、義大利等歐洲國家逃亡到美國的科學家,積極呼籲:「美國必須搶先研製出原子彈,否則希特勒會讓原子彈在美國爆炸。」

羅斯福總統接受了製造原子彈的建議。經過 3 年多的努力,原子彈終於在美國製造出來。1945 年 8 月 6 日,人類製出的第一顆原子彈,在日本廣島上空爆炸。

——本文摘自《科學大師的失誤》,2021年4月,時報出版。
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