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格網電腦系統失效模式

科景_96
・2011/02/09 ・1001字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 540 ・八年級
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Original publish date:Aug 12, 2004

編輯 HCC 報導

美國國家標準與技術局(NIST)啟動一個新計劃,以了解格網電腦(computer grid)系統對瞬息萬變環境的影響,確定系統容易失效的程度,同時找出能迅速偵測失效並且修復問題的方法。

1998年美國加州柏克萊大學發起的SETI@home的計畫,全世界計有超過2300萬台的個人電腦透過網際網路連接,構成一個虛擬的龐大運算資源,利用個別電腦的閒置時間運算天文數據。此即為格網計算(grid computing)應用範例,類似的格網計算應用尚包括愛滋病研究計劃、蛋白質折疊問題分析、癌症研究分析等。

格網計算技術藉著網際網路將成千上萬的電腦連接在一起,進行一個單一運算,電腦科學家得以進行以往所不能運算的問題,對基因體、工程設計與金融服務此些領域的問題能提供快速的答案。

格網初期的研發目的是進行超電腦的連結,用以計算類似氣候模擬此種極度複雜的問題,隨後格網計算的商業應用遽增。有些投資公司已經使用格網電腦進行金融市場的即時變化分析,製藥公司也開始應用格網電腦克服新藥研發所遇到的計算能力挑戰。

格網電腦系統與平行運算電腦系統有很大的差異,平行運算電腦系統的電腦叢集於單一場所,例如集中在一個實驗室裡,使用一個相同的軟體,任何時刻只進行相同的工作,所有的電腦同時開機,同時參予運算。而格網電腦系統的電腦分散於所有可能的位置,電腦的可使用時間也隨時而異,不過此舉可充費利用龐大且閒散的電腦資源。當然後者若要更有效率的完成工作,需要更好的管理。

格網電腦系統比平行電腦或超級電腦為脆弱,更容易失效。例如遭受電腦病毒的攻擊、工作負荷的突然改變、拒絕服務網路攻擊、網路中斷等等。由於商業應用的成長,所以格網系統的保護以及可靠度的保證將更為重要。

美國美國國家標準與技術局為了更清楚格網電腦系統對瞬息萬變環境的影響,確定系統容易失效的程度,同時找出能迅速偵測失效並且修復問題的方法。於2004年成立了一個新的研究計劃,將研發一套電腦模式以確認格網電腦系統容易失效的程度,並期望於明年年初即能完成此套模式。

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科景_96
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如何 3D 列印不會崩壞的蛋糕?
胡中行_96
・2023/03/30 ・1892字 ・閱讀時間約 3 分鐘

「那無疑是我從沒嚐過的味道」,論文的第一兼通訊作者 Jonathan David Blutinger 回想起初期的失敗,委婉地承認:「其實不難吃,只是與眾不同。我們畢竟不是米其林大廚。」[1]所幸皇天不負苦心人,在多次修正後,美國哥倫比亞大學的團隊,終於做出原料一樣,但是不再坍塌的蛋糕,並於 2023 年 3 月的《npj 食品科學》(npj Science of Food)期刊上分享食譜。[2]

3D列 印蛋糕的失敗百態。圖/參考資料 2,Supplementary Figure 1(CC BY 4.0)

3D 列印蛋糕的食譜

研究團隊的終極目標,是希望將來任何人均能用簡單的軟體烹飪,3D 列印再雷射加熱,創造經濟、健康且美味的餐點。他們選擇的食材相當普遍,全部都從美國紐約的 Appletree Market 超商購買。[2]

材料

Skippy 花生醬、J.M. Smucker 草莓果醬、Nutella 榛果巧克力醬、Betty Crocker 糖霜、Krasdale櫻桃淋醬、拿叉子搗爛的香蕉泥;以及用食物調理機攪 2 分鐘製成的全麥餅乾糊(8 塊全麥餅乾、2 湯匙的牛油和 4 茶匙的水)。[2]

步驟

(1)冷藏材料,使其變得濃稠,以穩定結構。[2]

(2)把各種材料灌入分別的 7 支針筒(30ml;14 gauge)。[2]

(圖/參考資料 2,Supplementary Figure 3(CC BY 4.0))

(3)將針筒裝進特製的 3D 食物印表機。[2]

(圖/參考資料 2,Supplementary Figure 2(CC BY 4.0))

(4)把壓克力餐盤擺在 3D 印表機下,盛接針筒擠出的條狀物。其直徑約 1.5 毫米,會逐漸累積出蛋糕的半成品。[2]

(5)論文有寫到運用藍光和紅外線,為蛋糕加熱。不過,實驗方法的段落,僅提及 3D 印表機附設的藍光雷射二極體(blue laser diode),也就是下圖中黑色的長方體。[2]

圖/參考資料 2,Supplementary Figure 4(Left;CC BY 4.0)
3D 列印蛋糕從失敗到成功的各個版本。影/參考資料 2,Supplementary Video 1(CC BY 4.0)

從上面的影片,可見早期幾個版本的蛋糕,非常容易崩垮。[2]研究團隊於是依據物質受力變形時,展現的黏性和彈性特質,即黏彈性(viscoelasticity),將食材分為「結構」與「填料」兩類,並在軟體中改變設計:[2, 3]用結構性強的全麥餅乾糊,作為蛋糕各層的形狀基礎,又以花生醬和榛果巧克力醬輔助支撐,再填入其他相對柔軟的原料。最後,他們調整 3D 印表機的針筒高度,並減緩列印的速度。如此擠出來的流體,尾端便不會蜷曲。能避免繩捲效應(coiling effect或rope-coil effect),破壞蛋糕表面的平整。要不然有時會出現本文開頭的圖組中,最末一塊蛋糕那種毛躁的外貌。[2]

a. 列印成功的蛋糕;b. 切開看內餡;c. 蛋糕設計;d. (1)全麥餅乾糊、(2)花生醬、(3)草莓果醬、(4)榛果巧克力醬、(5)香蕉泥、(6)櫻桃淋醬和(7)糖霜。圖/參考資料 2,Figure 1(CC BY 4.0)

3D 列印食品的推廣

目前 3D 列印食物尚未普及,此蛋糕的成形有如曇花一現。這一方面是基於科技新穎,懂得操作的人還少;另方面則因為這種印表機索價不菲,不是誰都玩得起。如果要商業化,研究團隊認為得採取 Gillette 刮鬍刀和 Nespresso 咖啡機的經營模式:壓低主要產品本身的價格,後續再從耗材獲利。換句話說,廠商賣出廉價的 3D 食物印表機,之後消費者就會以零買或長期訂購的模式,購買列印用的食譜和食物匣。食物匣的內容物,發展空間多元。除了碎肉和花生醬等泥狀物;也能推出醬油、橄欖油等液體;食鹽與胡椒之類的顆粒;還有百里香或香芹這類碎片等,任何可食用的東西。[2]

此外,在薄利多銷和產品開發的同時,也要提升大眾的接受度。偏好天然食材,或是不信任食品產業,都是對 3D 食物列印存有疑慮的原因。研究團隊提出的解方,是宣傳它的好處,例如:精準調配營養,不浪費材料;降低能源耗損;以及客製化的食譜等。[2]當然,似乎也就避而不談犧牲纖維質,以求列印順暢等問題。[1]總之,他們描繪出科技烹飪的美好願景,並且排除萬難,要讓飲食邁向全新時代。倘若有天上述的市場成熟,產品賣相比論文中的蛋糕誘人,您會願意品嚐嗎?

  

致謝

特別感謝許凱勝先生協助確認技術細節。

參考資料

  1. Sample I. (22 MAR 2023) ‘Have your cake and print it: the 3D culinary revolution is coming’. The Guardian.
  2. Blutinger, J.D., Cooper, C.C., Karthik, S. et al. (2023) ‘The future of software-controlled cooking’. npj Science of Food, 7, 6.
  3. Gan H, LAM Y. (2008). ‘Viscoelasticity’. In: Li, D. (eds) Encyclopedia of Microfluidics and Nanofluidics. Springer, Boston, MA.
胡中行_96
99 篇文章 ・ 33 位粉絲
曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。邀稿請洽臉書「荒誕遊牧」,謝謝。

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高血壓常無症狀,帶來的身體變化及併發症
careonline_96
・2023/03/30 ・2936字 ・閱讀時間約 6 分鐘

「醫生,我最近頭暈暈的,痛痛的。」喬老闆說。

「平常在家會量血壓嗎?」醫師問:「你剛剛到院的時候,血壓量起來很高呢!有 192/118 毫米汞柱。」

「平常我都沒有不舒服,怎麼可能會沒事量血壓?」喬老闆疑惑地問著。

高血壓常常沒有症狀

首先我們先來認識一下血壓,血壓代表著血液流動時,血管所承受的壓力。大家看到血壓的數值會有兩個,例如 127/83 毫米汞柱這樣的紀錄法;前面那個數字代表「收縮壓」,後一個數字是「舒張壓」。

「收縮壓」代表心臟收縮時血管承受的壓力;「舒張壓」代表心臟放鬆時血管承受的壓力;因為心臟收縮的時候血管會承受高一點的壓力,因此收縮壓會高於舒張壓。在 127/83 毫米汞柱這樣的紀錄法下,我們可知收縮壓為 127 毫米汞柱,舒張壓為 83 毫米汞柱。

健康成人的血壓應該是 120/80 毫米汞柱以內,平常應該要定期測量自己的血壓,因為當高血壓的時候,通常不會有什麼症狀。可是,長期的高血壓會帶來許多身體危害,因為這代表著血液在血管裡流動的時候,力道是過強的,不斷衝擊著血管管壁,血管就會愈來愈不健康。一個人患有高血壓的時間愈久,無論是不知情,或是不想理,總之當從來沒有控制血壓,就會愈危險,帶來愈多的併發症。

接下來我們就來看看高血壓帶來的身體危害。

  • 血流不足缺血

原本我們的血管應該是強壯並具有彈性的。然而當血壓大的時候,血管壁持續受到愈高的壓力衝擊,血管壁可能出現微小的撕裂傷,而這些撕裂傷容易引起膽固醇的聚集,當愈來愈多膽固醇卡在血管,血管的通道就變窄,讓血液通行受阻。

血管被卡住的地方愈多,血液愈難無法進入到組織或器官。若這件事情發生在供應心臟的冠狀動脈,會引發心絞痛、心律不整,這就是一般我們講到的「心肌梗塞」,指冠狀動脈被阻塞了,於是血流無法進入到心臟肌肉,心臟肌肉無法收縮做工。

全身上下有許多大大小小的血管,在高血壓的時候,不是只有心臟的血管會被破壞,全身到處的血管都可能被破壞到。像是負責性器官的血管出現阻塞,患者就會有性功能障礙。

延伸閱讀:
心肌梗塞超危急!搶通血路、預防再發,心臟科醫師圖文講解

  • 心臟衰竭

血壓高,造成血管壁微小撕裂傷,導致膽固醇聚集阻塞,血管通道變窄,血液行受阻。血液通行受阻的時候,很難將血液送往各個組織與器官,心臟可能就會更費力地工作,不過效率依舊不好,左心室得要賣了老命地用力收縮,想再把血打出去一些,左心室工作這麼累,時間一久就會心臟衰竭,患者很容易喘、容易累,還有水腫情形。

延伸閱讀:
心臟衰竭問題多,8 個迷思要破解!

  •  血管瘤

血管持續被高血壓衝擊的時候,血管壁變得弱化,可能就膨出變成一個血管瘤,就像是被撐出一小包氣球的樣貌。當然,這樣的血管瘤本身來說就是個不夠強健的組織,因此當持續的高血壓繼續衝擊著血管壁,會讓血管瘤愈來愈大,有朝一日甚至因為撐得血管壁太薄、撐得太大而破裂,造成致命的內出血問題。

血管瘤的狀況可能出現在身體各處,例如腦部的血管瘤破裂時,會讓人頭部劇烈疼痛,失去意識;在身體腹部的主動脈瘤,則可能讓人摸到一個有脈搏跳動的腫塊,萬一破裂,同樣會造成腹部劇痛並很可能奪人性命。

延伸閱讀:
爆炸性頭痛、頸部很僵硬,當心腦動脈瘤破裂!神經外科醫師圖文詳解

延伸閱讀:
對付困難腹主動脈瘤,血管內固定錨釘很關鍵,心臟血管外科主任圖解說明

  • 腎臟功能變差

我們一直說到,高血壓會造成的問題是讓血管承受過高的壓力,導致血管愈來愈不健康,因此血管密集的區域一定會遭受高血壓帶來的破壞,而腎臟就是一個血流豐富的區域,很容易受到高血壓的影響。

腎臟的功能是移除血液中的廢物、調解血量與壓力,製做尿液將廢物排出體外;為了達成這麼繁重的任務,腎臟裡面有密集的小型血管負責各樣工作,於是血壓高會讓負責過濾廢物的血管硬化、受傷,腎臟無法有效率地過濾廢物,工作更形艱困,最後會讓腎臟失能衰竭,喪失過濾廢物的能力。

  • 認知障礙、失智、中風

高血壓久了,血管不夠健康,腦部獲取到的血流變少,腦細胞沒法獲取到足量的氧氣、養分,腦細胞死亡速度變快,導致讓人的專注力下降、記憶力變差、很難好好思考,認知功能出現障礙,更嚴重一些會到血管型失智的程度。所以啦,請記得,血管要顧好,腦部才會健康

假使是動脈粥狀硬化嚴重,血流直接被阻斷,患者有更多腦部功能區失能,就是平常我們說的「腦中風(梗塞型)」;萬一是高血壓導致了腦血管瘤破裂,則會出現出血性的腦中風。無論哪一種,腦部功能都會下降,即使沒有喪命,可能還是會帶來認知障礙及失智的長期問題。

延伸閱讀:
做好這四項,減少失智風險

  • 破壞視力與視神經

眼睛構造內有許多細緻精密的血管。眼睛後方的視網膜區負責感光,當這附近的血管因高血壓受損,可能會造成視網膜出血,患者視力變得模糊,甚至完全看不到。而高血壓也會影響供應視神經的血管,讓患者視力變得更差。

別等高血壓造成症狀

高血壓的初期常常沒有症狀,讓人不會特別去注意。然而我們還是要盡量好好控制血壓,畢竟長期失控的血壓會導致身體多重器官受損,最後容易死在相關併發症。想要避免這些併發症,還是要早早從飲食、運動、和藥物做起,並定期測量血壓,了解自己的身體狀況。

血壓多少才OK?有什麼症狀?高血壓最基礎知識(圖解懶人包)

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核二退場,核廢料還要放 20 年!又該何去何從?
PanSci_96
・2023/03/28 ・2619字 ・閱讀時間約 5 分鐘

核二廠已經在 3 月 14 日正式退役,完成 40 年的發電任務;但你知道嗎?還得要再花 25 年,才能完成全部的退役工作。

而高階核廢料 -9620 束的核燃料棒,依照國際原子能總署(IAEA)建議,需要在遠離人類的地方儲存 20 萬年,然而它們至今仍留存在核二廠內,無處可去。

核廢料該何去何從? 安全嗎?其他國家又是怎麼處理的呢?再者,難道核廢料不能再利用嗎?

核廢料該去何處

相比於其他發電方式,核能發電要退場可不簡單;未來 25 年的旅程中,包含 8 年的停機觀察、12 年的拆除,以及 5 年的觀察及復原階段。在漫長的退役過程中,除了審慎評估核污染的狀況以外,衍生出的核廢料去留,更是大家最關心的事情。

核能發電過程中,所產生的放射性廢棄物主要分兩種:半衰期長,以鈾、鈽、超鈾元素為主的燃料棒,屬於高階核廢料;其餘的核廢料,都屬於低階核廢料,像是發電廠使用的機具和產生的廢液,廠區內受污染的衣物、手套、紙張等。

而存放在蘭嶼「低放射性核廢料貯存場」的,並非是那些處理起來最棘手的燃料棒。實際上,不論是核一廠還是核二廠,真正的高階核廢料現在都正躺在燃料池內。當然,那裡不會是高階核廢料最後該待的地方,只是因為種種因素,導致下一階段的乾式儲存場遲遲未能啟用;核二廠甚至在 1991 年和 2003 年調整、擴充核電廠內的燃料池,才勉強塞進所有燃料棒。現在燃料池內擁擠的情況,一號機最後一批燃料棒甚至因為燃料池空間不足,至今仍卡在反應爐內,無法退出。

蘭嶼貯存場是臺灣唯一的核廢料貯存場。圖/維基百科

雖然不會爆炸,但是放在地表的核燃料棒,真的沒有輻射的風險嗎?在討論輻射量時,除了半衰期外,還要考慮不同元素在衰變時產生的能量大小。高階核廢料中,大約有 95% 是輻射量低,半衰期 45 億年的鈾 -238 與鈾 -235,而在剩餘材料中輻射較強的,是大部分不存在於自然界,因為核反應才誕生的人工產品超鈾元素。例如錼 -237、鈽 -239、鋂 -243 與鋦 -247,這些超鈾元素衰變時產生的輻射能量較大,半衰期也較長,是比較需要警戒的對象。

那這些高階核廢料究竟該到哪呢?根據國際原子能總署(IAEA)對於核廢棄物的管理規範,儲存核廢料時不只應考慮到對人類,還要同時考慮對環境的影響,盡可能減少廢棄物的總量,並確保最終處置場所的安全性。

台灣參考其他國家作法,燃料棒首先會在燃料池內以濕式儲存的方式繼續待數年,確定降溫、反應下降後,轉移到能讓核廢料存放超過 40 年的「乾式儲存場」,再來則是要能建立一個遠離所有生物生存環境的「最終處置場」。

乾式儲存場與最終處置場

這邊我們要先搞清楚,在反應爐中,鈾 235 是因為吸收中子才變得不穩定,進而引發一系列的連鎖反應;當我們拿掉這些亂源中子,鈾 235 是相對穩定的,半衰期甚至長達 7 億年,這也是為什麼鈾 235 能在大自然中存在,至今而沒有因為衰變而消失。

在核廢料儲存階段,還會通過放置大量的中子吸收材料在燃料棒之間,確保高階核廢料產生的中子不會引發連鎖反應。實際上,到了乾式儲存階段,僅有微弱的連鎖反應和自身衰變產生的過程會產生熱量,產生熱的速度光靠空氣的自然流動就能維持穩定。

整個乾式儲存場的設計,在經過層層阻絕後,廠區邊界的輻射標準值為每年 0.05 毫西弗。台灣人平均每年接受的背景輻射劑量約為 1.6 毫西弗,扣掉背景輻射,每年因為醫療、搭飛機所接受的背景輻射建議值建議不超過 1 毫西弗;以乾式儲存場的設計標準來說,其實不需要恐慌。另外,美國核能設備和系統供應商 Holtec 甚至做過時速 965 公里的火箭撞擊試驗,證實自家乾式儲存槽的安全性。

即便如此,有人還是會擔心天災等意外產生不可預期的後果。為了安心,我們是否能找個遠離人類的地方,永遠將這些核廢料藏起來,眼不見為淨呢?

目前國際上普遍認為,核廢料的最終去處將採用深層地質處置;將核廢料埋進 300 公尺以上的深度,數萬年甚至數十萬年。

從 1980 年代就開始,就有不少的地下示範場域進行相關研究;直到現在,預計於明年啟用、位於芬蘭地底 430 公尺的深層地質處置場 Onkalo(芬蘭語中的意思為空腔之意),最有望成為大家參考的對象。為了減少容器的腐蝕現象,核廢料會被裝在含硼的鋼罐中,外面再套一層銅膠囊,並使用膨潤土妥善密封;整座如蟻穴般的儲存場預計可以收納上方核電廠 100 年份的核廢料,並在被塞滿後,將剩餘的通道與設施重新填平。

核二廠還得要再花 25 年,才能完成全部的退役工作。圖/維基百科

至於台灣核廢料的最終處置場該設在哪呢?專家評估,核一、核二廠靠近第二類斷層山腳斷層,不適合作為核廢料的最終儲存場所;目前原能會還在調查適合的地點,預計 2038 年才會選定最終場所。

第四代核反應爐

核廢料這個棘手問題,除了封存以外,我們有沒有從根本解決,減少「量」的方法呢?可能還真的有,比爾蓋茲投資開發的第四代核反應爐——行波反應爐有可能可以解決這個問題。

為有效解決核廢料問題,在這個反應爐中,將過去無法作為發電原料的鈾 238 與其他核廢料作為原料。這對核分裂發電廠來說絕對是個好消息!現在的核燃料棒中能參與反應的鈾 235 僅佔 3~5%,其他 95% 都是鮮少參與反應的鈾 238,在自然界中鈾 238 的占比更高達 99.3%,如果行波反應爐可使用鈾 238 作為原料,絕對能大幅減少核廢料與需開採的鈾原料。

除了行波反應爐外,還有許多不需要持續添加核燃料、能循環發電的第四代核反應爐也正在研發當中,像是熔鹽反應爐,以及鈉冷快中子反應爐。

芬蘭深層地質處置場 Onkalo 也引出不同的聲音,畢竟如果未來第四代核電廠真的能將高階核廢料循環再使用,我們現在真的應該將之徹底封死嗎?

最後,我們還是要強調,台灣核一、核二、核三廠最後留下總計約 5000 噸的高階核廢料問題,仍不會改變。但將核廢料埋起來眼不見為淨,真的是最好的辦法嗎?你覺得這些高階核廢料又該如何處理呢?

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