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絕美保存的「竊蛋龍胚胎」化石問世:孵化姿勢與現代鳥類如出一轍!

TRY_96
・2021/12/28 ・3204字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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恐龍的生殖生物學

恐龍的生殖生物學一直是古生物學家研究的重點之一,不僅僅是因為大眾對於恐龍如何生小孩充滿了好奇外,也因為化石紀錄很難保存這些相關的行為或是軟組織,所以更顯得神秘。過去,古生物學家僅能仰賴與恐龍親緣關係最近、且還存活著的兩個類群——鱷類與鳥類,來推測恐龍的生殖生物學。

竊蛋龍:近70年的誤會

幸運的是,其中有一類恐龍,僅生活在白堊紀時期的東亞地區與北美洲,牠們頭上有冠、沒有牙齒,而且自從1920年代在蒙古被發現第一件標本後,因為在牠們旁邊也發現了一窩被認為是原角龍(Protoceratops)的蛋窩(圖一),因而被命名為竊蛋龍(Oviraptor)。這個名字一路被用到1994年,直到美國自然史博物館的古生物學家發表了一窩來自蒙古國的竊蛋龍胚胎蛋(圖二;參考文獻1),才發現事實上1920年代發現的蛋窩,其實是屬於竊蛋龍自己的,從此竊蛋龍搖身一變,從竊盜的蛋小偷變成呵護寶貝的母親。然而由於生物分類學上命名優先權的規定,竊蛋龍即使被證明不是小偷,牠的名字還是不能變。

圖一:美國自然史博物館前館長Roy Chapman Andrews發現的竊蛋龍骨骼與當時被認為是原角龍的蛋窩(編號AMNH FR 6508),現存於美國自然史博物館。圖/維基百科
圖二:Norell等人於1994年發表的竊蛋龍胚胎,因此古生物學家才認知到這一類長形蛋是屬於竊蛋龍的。(引用自美國自然史博物館蒐藏目錄網站)

竊蛋龍的生殖生物學,介於鱷類與鳥類之間

從上述的簡短歷史,各位讀者可能已經發現了:沒有發現帶胚胎的恐龍蛋之前,其實古生物學家是無法得知是什麼恐龍產下這類恐龍蛋的。當然,也有一些例外,例如在2005年,國立自然科學博物館的程延年博士等人,於 Science 期刊上發表了一件內含成對卵的竊蛋龍骨盆(圖三;參考文獻2),在蛋殼上面並沒有看到受酸侵蝕的痕跡,因此程延年博士等人推論,這兩顆蛋應該是還沒被生下來。

而且根據蛋的體積來看,他們也推論竊蛋龍可能跟鱷類相同,有成對的輸卵管(現生鳥類幾乎都只剩下單邊輸卵管);而一邊輸卵管中僅有一顆蛋,這點則與現生鳥類相同。這件珍貴的標本說明:竊蛋龍的生殖生物學是介於鱷類與鳥類之間的過渡型態。

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然而,即使有如此漂亮的標本,胚胎蛋的發現,仍然是恐龍生殖生物學最直接的證據。過去也有許多胚胎蛋的發現,例如發現自中國河南省的「路易貝貝」(參考文獻 3)、又或者國立自然科學博物館的楊子睿博士曾在2020年發表的三顆呈現出不同的發育程度的竊蛋龍胚胎蛋(參考文獻 4)、以及一隻竊蛋龍成體趴伏於整窩胚胎蛋上(參考文獻5),說明了牠們不同步孵化的生殖行為策略,早在鳥類之前便開始使用了。

圖三:國立自然科學博物館程延年博士等人發表於Science上的一件竊蛋龍骨盆,內含一對蛋(NMNS-VPDINO-2002-0901)。

一件發現自江西的絕美胚胎

12月21日在 iScience 期刊上,國立自然科學博物館的楊子睿博士與多國的古生物學家合作,報導了一件發現自江西贛州,絕美保存的竊蛋龍胚胎(圖四;參考文獻4)該件標本是老鄉於江西贛州地區發現以後,輾轉到了中國福建省的英良石材自然歷史博物館,經過精細的清修才顯現出完美的胚胎骨骼。這件胚胎的保存狀態,遠比以前曾經報導過的所有竊蛋龍胚胎來得完整,且其發育階段更接近孵化的狀態。

圖四:發現自中國江西省贛州市晚白堊世地層中的一件竊蛋龍胚胎蛋,現存於福建省南安市英良石材自然歷史博物館(YLSNHM01266)。暱稱為「英良貝貝」。

根據骨骼的接合程度(articulation),我們認為這件標本的狀態大約是發育了75%。最特別的是,隱隱約約地表現出將頭顱擺放在右前肢內(這樣的動作稱為 tucking,見圖五復原圖),有如鳥類睡覺姿態一般。這樣的胚胎姿態在主龍類中(Archosauria,包含翼龍、鱷類、恐龍以及鳥類),之前只有現生鳥類胚胎與中生代的反鳥類胚胎有相關的證據。而恐龍現生的另外一支親戚——鱷類,其胚胎在出生前僅會垂至胸前,與鳥類大不相同(見圖六),其中一個最大的原因就來自於鳥類可收可折的前肢結構,所以也不意外鳥類的祖先們——恐龍的胚胎會有類似的情況。

圖五:竊蛋龍胚胎蛋 「英良貝貝」 復原圖,由 Julius Csotonyi 繪製。

恐龍比鳥類更早知道:孵化前把頭埋進腋窩,順產率更高

鳥類學家研究發現,鳥胚胎在出生前若無法順利的將頭顱摺入右前肢當中,便有很高的機率孵化失敗,胎死「蛋」中。因此,將頭顱摺入右前肢當中的這個行為,是鳥類胚胎成功孵化的重要因素之一,同時也可能就是牠們能夠熬過白堊紀末的大滅絕事件且存活下來的其中一個優勢。

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在Norell 等人1994年的首次報導竊蛋龍胚胎文章中,他們曾經提到過他認為他研究的胚胎姿勢比較像鱷類(圖七)。本次筆者參與的這篇文章便提出不同於 1994 的論點,我們認為其實竊蛋龍也不是那麼像鱷類,因為這件竊蛋龍胚胎的頭看起來幾乎都快要埋進去了。

然而,這同時也是這篇文章的一點缺憾,因為這個胚胎其實也沒有到真正「最後最後」的階段,所以我們很難證明這個胚胎是處在「準備完全把頭塞進去,跟鳥類胚胎一樣」或是「其實就是跟鱷類胚胎差不多」的情形。 不過如何,這樣的標本幫助我們更進一步了解竊蛋龍的胚胎生物學與發育生物學,是很有趣的發現,也期待未來有更多的恐龍胚胎的發現!

參考文獻

  1. Norell, M. A., Clark, J. M., Demberelyin, D., Rinchen, B., Chiappe, L. M., Davidson, A. R., McKenna, M. C., Altangerel, P., Novacek, M. J. 1994. A theropod dinosaur embryo and the affinities of the flaming cliffs dinosaur eggs. Science 266:779-782.
  2. Sato, T., Cheng, Y.-N., Wu, X., Zelenitsky, D. K., Hsiao, Y.-F. 2005. A pair of shelled eggs inside a female dinosaur. Science 308: 375.
  3. Pu, H., Zelenitsky, D. K., Lü, J., Currie, P, J., Carpenter, K., Xu, L., Koppelhus, E. B., Jia, S., Xiao, L., Chuang, H., Li, T., Kundrát, M., Shen, C. 2017. Perinate and eggs of a giant caenagnathid dinosaur from the Late Cretaceous of central China. Nature Communication 8:14952.
  4. Yang, T.-R., Engler, T., Lallensack, J. N., Samathi, A. Makowska, M., Schillinger, B. 2021. Hatching asynchrony in oviraptorid dinosaurs sheds light on their unique nesting biology. Integrative Organismal Biology 1:obz030.
  5. Bi, S., Amiot, R., de Fabrègues, C. P., Pittman, N., Lamanna, M. C., Yu, Y, Yu, C., Yang, T.-R., Zhang, S., Zhao, Q., Xu, X. 2021. An oviraptorid preserved atop an embryo-bearing egg clutch sheds light on the reproductive biology of non-avialan theropod dinosaurs. Science Bulletin 66:947-954.
  6. Xing, L., Niu, K., Ma, W., Zelenitsky, D. K., Yang, T.-R., Brusatte, S. L. 2021. An exquisitely preserved in-ovo theropod dinosaur embryo sheds light on avian-like prehatching postures. iScience (in press)

楊子睿博士於科博館的網站

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在中部某間有恐龍的博物館默默打雜的古生物學家 > <

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人與 AI 的關係是什麼?走進「2024 未來媒體藝術節」,透過藝術創作尋找解答
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/10/24 ・3176字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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本文與財團法人臺灣生活美學基金會合作。 

AI 有可能造成人們失業嗎?還是 AI 會成為個人專屬的超級助理?

隨著人工智慧技術的快速發展,AI 與人類之間的關係,成為社會大眾目前最熱烈討論的話題之一,究竟,AI 會成為人類的取代者或是協作者?決定關鍵就在於人們對 AI 的了解和運用能力,唯有人們清楚了解如何使用 AI,才能化 AI 為助力,提高自身的工作效率與生活品質。

有鑑於此,目前正於臺灣當代文化實驗場 C-LAB 展出的「2024 未來媒體藝術節」,特別將展覽主題定調為奇異點(Singularity),透過多重視角探討人工智慧與人類的共生關係。

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C-LAB 策展人吳達坤進一步說明,本次展覽規劃了 4 大章節,共集結來自 9 個國家 23 組藝術家團隊的 26 件作品,帶領觀眾從了解 AI 發展歷史開始,到欣賞各種結合科技的藝術創作,再到與藝術一同探索 AI 未來發展,希望觀眾能從中感受科技如何重塑藝術的創造範式,進而更清楚未來該如何與科技共生與共創。

從歷史看未來:AI 技術發展的 3 個高峰

其中,展覽第一章「流動的錨點」邀請了自牧文化 2 名研究者李佳霖和蔡侑霖,從軟體與演算法發展、硬體發展與世界史、文化與藝術三條軸線,平行梳理 AI 技術發展過程。

圖一、1956 年達特茅斯會議提出「人工智慧」一詞

藉由李佳霖和蔡侑霖長達近半年的調查研究,觀眾對 AI 發展有了清楚的輪廓。自 1956 年達特茅斯會議提出「人工智慧(Artificial Intelligence))」一詞,並明確定出 AI 的任務,例如:自然語言處理、神經網路、計算學理論、隨機性與創造性等,就開啟了全球 AI 研究浪潮,至今將近 70 年的過程間,共迎來三波發展高峰。

第一波技術爆發期確立了自然語言與機器語言的轉換機制,科學家將任務文字化、建立推理規則,再換成機器語言讓機器執行,然而受到演算法及硬體資源限制,使得 AI 只能解決小問題,也因此進入了第一次發展寒冬。

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圖二、1957-1970 年迎來 AI 第一次爆發

之後隨著專家系統的興起,讓 AI 突破技術瓶頸,進入第二次發展高峰期。專家系統是由邏輯推理系統、資料庫、操作介面三者共載而成,由於部份應用領域的邏輯推理方式是相似的,因此只要搭載不同資料庫,就能解決各種問題,克服過去規則設定無窮盡的挑戰。此外,機器學習、類神經網路等技術也在同一時期誕生,雖然是 AI 技術上的一大創新突破,但最終同樣受到硬體限制、技術成熟度等因素影響,導致 AI 再次進入發展寒冬。

走出第二次寒冬的關鍵在於,IBM 超級電腦深藍(Deep Blue)戰勝了西洋棋世界冠軍 Garry Kasparov,加上美國學者 Geoffrey Hinton 推出了新的類神經網路算法,並使用 GPU 進行模型訓練,不只奠定了 NVIDIA 在 AI 中的地位, 自此之後的 AI 研究也大多聚焦在類神經網路上,不斷的追求創新和突破。

圖三、1980 年專家系統的興起,進入第二次高峰

從現在看未來:AI 不僅是工具,也是創作者

隨著時間軸繼續向前推進,如今的 AI 技術不僅深植於類神經網路應用中,更在藝術、創意和日常生活中發揮重要作用,而「2024 未來媒體藝術節」第二章「創造力的轉變」及第三章「創作者的洞見」,便邀請各國藝術家展出運用 AI 與科技的作品。

圖四、2010 年發展至今,高性能電腦與大數據助力讓 AI 技術應用更強

例如,超現代映畫展出的作品《無限共作 3.0》,乃是由來自創意科技、建築師、動畫與互動媒體等不同領域的藝術家,運用 AI 和新科技共同創作的作品。「人們來到此展區,就像走進一間新科技的實驗室,」吳達坤形容,觀眾在此不僅是被動的觀察者,更是主動的參與者,可以親身感受創作方式的轉移,以及 AI 如何幫助藝術家創作。

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圖五、「2024 未來媒體藝術節——奇異點」展出現場,圖為超現代映畫的作品《無限共作3.0》。圖/C-LAB 提供

而第四章「未完的篇章」則邀請觀眾一起思考未來與 AI 共生的方式。臺灣新媒體創作團隊貳進 2ENTER 展出的作品《虛擬尋根-臺灣》,將 AI 人物化,採用與 AI 對話記錄的方法,探討網路發展的歷史和哲學,並專注於臺灣和全球兩個場景。又如國際非營利創作組織戰略技術展出的作品《無時無刻,無所不在》,則是一套協助青少年數位排毒、數位識毒的方法論,使其更清楚在面對網路資訊時,該如何識別何者為真何者為假,更自信地穿梭在數位世界裡。

透過歷史解析引起共鳴

在「2024 未來媒體藝術節」規劃的 4 大章節裡,第一章回顧 AI 發展史的內容設計,可說是臺灣近年來科技或 AI 相關展覽的一大創舉。

過去,這些展覽多半以藝術家的創作為展出重點,很少看到結合 AI 發展歷程、大眾文明演變及流行文化三大領域的展出內容,但李佳霖和蔡侑霖從大量資料中篩選出重點內容並儘可能完整呈現,讓「2024 未來媒體藝術節」觀眾可以清楚 AI 技術於不同階段的演進變化,及各發展階段背後的全球政治經濟與文化狀態,才能在接下來欣賞展區其他藝術創作時有更多共鳴。

圖六、「2024 未來媒體藝術節——奇異點」分成四個章節探究 AI 人工智慧時代的演變與社會議題,圖為第一章「流動的錨點」由自牧文化整理 AI 發展歷程的年表。圖/C-LAB 提供

「畢竟展區空間有限,而科技發展史的資訊量又很龐大,在評估哪些事件適合放入展區時,我們常常在心中上演拉鋸戰,」李佳霖笑著分享進行史料研究時的心路歷程。除了從技術的重要性及代表性去評估應該呈現哪些事件,還要兼顧詞條不能太長、資料量不能太多、確保內容正確性及讓觀眾有感等原則,「不過,歷史事件與展覽主題的關聯性,還是最主要的決定因素,」蔡侑霖補充指出。

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舉例來說,Google 旗下人工智慧實驗室(DeepMind)開發出的 AI 軟體「AlphaFold」,可以準確預測蛋白質的 3D 立體結構,解決科學家長達 50 年都無法突破的難題,雖然是製藥或疾病學領域相當大的技術突破,但因為與本次展覽主題的關聯性較低,故最終沒有列入此次展出內容中。

除了內容篩選外,在呈現方式上,2位研究者也儘量使用淺顯易懂的方式來呈現某些較為深奧難懂的技術內容,蔡侑霖舉例說明,像某些比較艱深的 AI 概念,便改以視覺化的方式來呈現,為此上網搜尋很多與 AI 相關的影片或圖解內容,從中找尋靈感,最後製作成簡單易懂的動畫,希望幫助觀眾輕鬆快速的理解新科技。

吳達坤最後指出,「2024 未來媒體藝術節」除了展出藝術創作,也跟上國際展會發展趨勢,於展覽期間規劃共 10 幾場不同形式的活動,包括藝術家座談、講座、工作坊及專家導覽,例如:由策展人與專家進行現場導覽、邀請臺灣 AI 實驗室創辦人杜奕瑾以「人工智慧與未來藝術」為題舉辦講座,希望透過帶狀活動創造更多話題,也讓展覽效益不斷發酵,讓更多觀眾都能前來體驗由 AI 驅動的未來創新世界,展望 AI 在藝術與生活中的無限潛力。

展覽資訊:「未來媒體藝術節——奇異點」2024 Future Media FEST-Singularity 
展期 ▎2024.10.04 ( Fri. ) – 12.15 ( Sun. ) 週二至週日12:00-19:00,週一休館
地點 ▎臺灣當代文化實驗場圖書館展演空間、北草坪、聯合餐廳展演空間、通信分隊展演空間
指導單位 ▎文化部
主辦單位 ▎臺灣當代文化實驗場

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台灣有恐龍嗎?化石學家帶你探索島嶼的古老秘密——《好久・不見》
麥田出版_96
・2024/11/02 ・2579字 ・閱讀時間約 5 分鐘

台灣的地理位置與化石形成

台灣也有化石嗎?台灣也有恐龍嗎?

世界地圖攤開一看,台灣陸地上的面積看來是不大,但其面對的太平洋,不只在我的想像中、在我多年搭著飛機到世界各地檢視相關的標本,試著拼湊出鯨魚們在數千萬年間演化歷程的經驗中,我知道也相信台灣的地底下,必定蘊涵著能跟我們講出帶有全球視野的化石標本。

同時,台灣除了被海洋包圍之外,那平均深度只有六、七十公尺深的台灣海峽,也清楚的意味著,當更新世的冰河時期讓海平面下降幅度來到或超過這個臨界點時,台灣就會成為歐亞大陸最東南邊的一角。

相信在台灣的不少人都常聽過,台灣在冰河時期會和中國大陸連在一起,但我在跟大家解釋這樣的環境變遷與古生物演化時,總是會特別強調我不想泛政治化,但世界地圖清楚的標示出台灣的地理位置應該是可以、也該要放在更大的版圖:歐亞大陸的板塊底下來討論,而不是只有限縮在與中國大陸連結的關係。

畢竟,當我們像是讚嘆著非洲地區的陸生大型哺乳動物,能在以年為單位的時間軸來進行長距離的移動時,基本上是用「萬年」以上的尺度來探討生物演化、移動的古生物學,處於歐亞大陸東岸的台灣上的大型脊椎動物,要橫跨歐亞大陸到西邊、或是反方向的來到台灣,大概都會是稀鬆平常的移動距離。

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建立起這樣的思維模式後,當然就是需要有最直接的化石證據來驗證這樣的想法,或深入討論其化石標本的背後,隱藏了怎樣的大尺度演化事件。

大型脊椎動物跨越歐亞大陸到台灣,在古生物學的長時尺度下是平常現象。圖/envato

早坂一郎的開創性研究與犀牛化石

二○一八年一月底從日本的筑波搬到台北後,一邊重新改造所接手的退休丘臺生教授的實驗室、一邊開始準備新學期的上課內容;除此之外,很重要、也是主要的工作內容,就是要開始到野外和各個單位的收藏庫裡尋找、檢視相關的化石標本,試著解讀其背後所帶有的古生物學、演化學上的意義。

有趣、但不令人意外的是,知道我開始要在台灣從事大型脊椎動物化石研究的人,第一個反應通常都會是:台灣也有化石嗎?台灣也有恐龍嗎?這樣之類的疑問。

要回答台灣有沒有化石紀錄的出現,我在日本的工作經驗,和剛好不小心娶了日本太太,讓我能從搬到日本工作前還不會五十音的狀態,到現在能有一定用日文溝通和閱讀日文文獻的基礎能力,幫了很大的忙。

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因為,台灣的古生物研究歷史,基本上就是從日治時期展開並奠下根基。也因此,有一定的日文能力和在日本古生物學界中遊走的經驗,確實是對於一些細微的狀況,更能推敲或掌握。

舉例來說,我目前所服務的台灣大學於一九二八年創立時的前身:日治時期的台北帝國大學,一開始創校時就加入的早坂一郎教授,可以說就是在研究台灣大型脊椎動物化石的先驅,也就不意外為什麼一九八四年在台灣所發現、並被命名為一個新亞種的犀牛化石,會以早坂為名(犀牛的故事書寫在第四話)。

延伸閱讀:從放牛學生到震驚世界:左鎮犀牛化石背後的傳奇——《好久・不見》

台灣有化石的出沒,對生物多樣性、生命演化等議題有些敏感度的人來說,大概不會太意外。但台灣有沒有令許多人為之瘋狂的恐龍,聽起來就是一個棘手許多的疑問。

或許出乎大多數人的意外,台灣不只有貨真價實的恐龍,還有台灣才有的特有種恐龍!

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一九九三年上映的《侏羅紀公園》(Jurassic Park),可以說是徹底的激發了全世界對於恐龍的狂熱與追逐。即使到了二○二四年的今天,恐龍的形象,對於大多數的人來說,似乎就是古生物學研究的全部了。

《侏羅紀公園》激發全球恐龍熱潮,至今在大眾心中恐龍仍象徵著古生物學。圖/wikimedia

但恐龍有如此的代表性,可不是只有形象般的讓人摸不著邊際,而是有全世界各地的古生物學家用一生的精力,和政府、私人所挹注的大量資源,來試著一點一滴揭開恐龍那引人入勝的演化歷程。

舉一個比較可以讓大多數人理解到我們對於恐龍知識是如何持續的累積、建構起來的例子:我正在書寫這段文字的當下是二○二○年的五月中旬,這年從一月一日到這個時間點,已經有二十種,先前完全未知、生存於中生代的恐龍們被古生物學家發現,並且正式的命名為新物種、發表在國際間相關的古生物學研究期刊中—平均不到一個禮拜,全世界就又會多了一種中生代的恐龍在我們的知識體系中!

台灣的鳥類恐龍故事:恐龍演化新視角

藉由這樣的研究能量,我們現在不只清楚的知道所有現生鳥類都是貨真價實的恐龍,連我上課在談論恐龍演化所使用的教科書,所提到恐龍定義裡的其中一個主角,即有我們幾乎每天都會見到面的麻雀:

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恐龍包含了滅絕的三角龍和現生的麻雀最近的共同祖先,以及從這共同祖先開始的所有後代,都是恐龍。沒有被包含在三角龍和麻雀最近的共同祖先裡的後代,都不是恐龍。

大部分隨口問我台灣到底有沒有恐龍的人,我基本上都很難有足夠的時間用上述簡短的內容來說明,因為可以感覺得出來,大部分的人,真的都只是隨口問問,大概也沒有打算真的想要了解恐龍、或是古生物學的研究工作到底是怎麼一回事,背後又有什麼重要的意涵。所以我一般都只會簡短的回應著像是,台灣當然有恐龍,因為所有的鳥類都是恐龍,不只如此,我們每天也都在吃著貨真價實的恐龍肉!

——本文摘自《好久・不見:露脊鯨、劍齒虎、古菱齒象、鱷魚公主、鳥類恐龍⋯⋯跟著「古生物偵探」重返遠古台灣,尋訪神祕化石,訴說在地生命的演化故事》,2024 年 9 月,麥田出版,未經同意請勿轉載。

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麥田出版_96
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1992,麥田裡播下了種籽…… 耕耘多年,麥田在摸索中成長,然後努力使自己成為一個以人文精神為主軸的出版體。從第一本文學小說到人文、歷史、軍事、生活。麥田繼續生存、繼續成長,希圖得到眾多讀者對麥田出版的堅持認同,並成為讀者閱讀生活裡的一個重要部分。

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比爾蓋茲的第四代核能發電廠終於開始建設!核能的春天真的來了嗎?
PanSci_96
・2024/08/31 ・1230字 ・閱讀時間約 2 分鐘

比爾蓋茲在美國懷俄明州興建的 Natrium 反應爐,標誌著第四代核能技術的新篇章。這座核電廠使用鈉冷快中子技術,不僅挑戰了過去鈉冷反應爐屢屢失敗的歷史,其關鍵技術還能應用於太陽能發電,解決可再生能源的不穩定性。Natrium 是否真的能成為第四代核電廠的突破口?然而,質疑聲也不容忽視,這座反應爐真的能達到第四代核電廠的安全標準,並減少核廢料的生成嗎?

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比爾蓋茲的能源革命:Natrium 反應爐的誕生

比爾蓋茲對核能的投入並非首次嘗試。2008 年,他創立了 TerraPower 公司,並在 2015 年與中國核工業集團公司合作研發「行波反應爐」。這種反應爐的設計目的是利用高階核廢料作為燃料,減少核廢料的總量。然而,隨著美中關係惡化,這項合作最終在 2019 年終止。

蓋茲並未因此止步,他轉向美國市場,與巴菲特旗下的太平洋電力公司合作,在懷俄明州啟動Natrium 1 號鈉冷快中子反應爐的建設計畫,預計 2030 年完工。這個 Natrium 與傳統核反應爐有何不同?

冷卻劑革命:液態金屬鈉的優勢

Natrium 反應爐與傳統核電廠的最大不同點在於它的冷卻劑。傳統核反應爐使用水作為冷卻劑,而 Natrium 則使用液態金屬鈉。這種設計具有幾個優勢。首先,鈉的沸點高,能在更高的溫度下運行,提升反應效率。其次,鈉具有極高的導熱率,熱交換效率是水的 100 倍。此外,鈉冷快中子反應爐還能進行「滋生反應」,將核廢料轉化為新的核燃料,提高燃料的使用效率。

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更重要的是,Natrium 的設計還包含了一個能量儲存系統。利用液態鈉加熱熔鹽,能量可以長時間儲存,隨時用於發電,這種技術被稱為熱能儲存(TES)。這使得 Natrium 能夠根據需求調節發電量,甚至在用電高峰時提供穩定的電力。

然而,Natrium 的技術優勢也伴隨著安全隱患。鈉的化學活性非常高,遇水易爆,且易與空氣中的氧氣反應,導致腐蝕性問題。歷史上,鈉冷快中子反應爐多次因冷卻系統故障而引發事故。

Natrium 反應爐與傳統核電廠的最大不同點在於它的冷卻劑,Natrium 反應爐用的鈉冷卻劑雖然效率高,但卻具有安全隱患。圖/envato

鈉冷技術與核擴散的潛在威脅

除安全隱患外,Natrium 反應爐還面臨核武擴散的風險。快中子反應爐需要使用高濃度的鈾燃料,而滋生反應會生成鈽 239,這是製造核武器的重要原料。因此,如何管理核材料,防止核擴散,成為快中子反應爐必須面對的難題。

Natrium 反應爐的建設標誌著第四代核電廠技術的一大進步,然而它的發展也伴隨著重大的挑戰。隨著技術的進步,我們或許能期待更安全、更高效的核能技術的實現,但在此之前,對於安全性和核武擴散問題的解決,將是推動這一技術進一步發展的關鍵。

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