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新中子成像術

科景_96
・2011/02/10 ・1254字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 620 ・十年級
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Original publish date:Jun 28, 2006

編輯 tslim 報導

在六月二日出版的Physical Review Letters中, 研究人員報告了一個不需要高品質的中子束即得到樣品的3D影像的技術. 研究人員表示, 這個技術將可被用在研究磁性物質的內部結構上.

根據波-粒子的二象性, 中子不但具有粒子的性質, 也同時具有波的性質, 因此可以用類似光學的方法來控制它們. 例如讓中子束通過針孔, 可以增加中子束準直性; 若通過適當的折射晶體–就好像稜鏡可以將不同波長的光分開–可以得到較單一能量(或波長)的中子. 但是這兩種方法都是將不符合條件的中子過濾掉, 也因此大大的減低了中子束的強度, 使得使用這種中子源的中子成像術複雜且費時.

Paul Scherrer Institute in Villigen, Switzerland 的Franz Pfeiffer及其同僚利用了一系列的光柵–不透明的屏幕上刻有很多平行的狹縫–設計一個成像系統. 2公分寬的中子束首先通過一個較粗糙的光柵, 使一個中子束分成數個線中子源. 由於狹縫的間距很寬, 因此每條線中子源可看成是各自具有空間同調性且彼此相互獨立的. 利用這樣的中子源(同時使用數個彼此獨立的線中子源), 中子的強度會比以往只使用一道中子束的方法增加至少一百倍.

接著讓這些具有波性質的中子打到第二個較精細的光柵上, 並分別在第二個光柵後方形成明暗交替的繞射條紋. 如果在第一及第二個光柵間置有待測物體, 則通過的中子束會被偏折, 而造成在第二個光柵後方的繞射條紋產生平移. 然而這些平移量相當的小, 一般的中子偵測器是沒有足夠的解析度可以偵測出這些平移的量. 為了將這些平移的資訊取出, 他們在繞射條紋產生的地方放置了第三個光柵, 這個光柵的狹縫間隔恰與繞射條紋的間隔相同. 然後將第三的光柵沿平行光柵的方向緩緩移動, 並量測通過第三個光柵的中子強度隨光柵移動的變化情形. 很明顯的, 若在第一個與第二個光柵間沒有放置物體, 則繞射條紋與第三個光柵完全吻合, 因此通過的中子強度最強. 若放置了物體, 使得繞射條紋產生平移, 則通過第三個光柵中子的強度將會改變, 移動第三個光柵就可以依照通過的強度隨光柵移動的情況而得出繞射條紋平移的情況. 研究人員使用二維的偵測器陣列記錄物體旋轉時所產生的影像平移狀況, 然後利用數學數值計算重建物體與折射中子有關的三維內部結構. 對中子的折射的量測的好處是可以將兩種對中子有相同吸收率的物質, 例如鈦及鉬, 區分出來. 而且這個技術也對於打在整個物體不同部位上的中子強度的差異不敏感, 因此不需要很均勻理想的中子束.

研究人員展示了6及7釐米寬的鈦, 鉛, 鉬及鎂棒的影像, 以及一個鉛條纏在鈦棒上的3維影像. Pfeiffer希望這個方法將來可以擴展到勘測固態的內部結構, 例如磁性物質的磁疇結構. The National Institute of Standards and Technology in Gaithersburg, Maryland的Muhammad Arif認為這個方法若要得到更高的解析度, 則需要有更高精密的光柵及對光柵的操控, 而這的確是一項相當大的挑戰. 但是這個方法可以更有效率地使用中子, 也確實是這個方法可以讓人有所期待的地方.

參考來源:

本文版權聲明與轉載授權資訊:

  • [Oct 30, 2005] 使用金奈米柱的超靈敏醫學影像技術
  • [Sep 08, 2005] 生物成像術的新”相位”

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    科景_96
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    Sciscape成立於1999年4月,為一非營利的專業科學新聞網站。

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    除了蚯蚓、地震魚和民間達人,那些常見的臺灣地震預測謠言
    鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
    ・2024/02/29 ・2747字 ・閱讀時間約 5 分鐘

    本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

    • 文/陳儀珈

    災害性大地震在臺灣留下無數淚水和難以抹滅的傷痕,921 大地震甚至直接奪走了 2,400 人的生命。既有這等末日級的災難記憶,又位處於板塊交界處的地震帶,「大地震!」三個字,總是能挑動臺灣人最脆弱又敏感的神經。

    因此,當我們發現臺灣被各式各樣的地震傳說壟罩,像是地震魚、地震雲、蚯蚓警兆、下雨地震說,甚至民間地震預測達人,似乎也是合情合理的現象?

    今日,我們就要來破解這些常見的地震預測謠言。

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    漁民捕獲罕見的深海皇帶魚,恐有大地震?

    說到在坊間訛傳的地震謠言,許多人第一個想到的,可能是盛行於日本、臺灣的「地震魚」傳說。

    在亞熱帶海域中,漁民將「皇帶魚」暱稱為地震魚,由於皇帶魚身型較為扁平,生活於深海中,魚形特殊且捕獲量稀少,因此流傳著,是因為海底的地形改變,才驚擾了棲息在深海的皇帶魚,並因此游上淺水讓人們得以看見。

    皇帶魚。圖/wikimedia

    因此,民間盛傳,若漁民捕撈到這種極為稀罕的深海魚類,就是大型地震即將發生的警兆。

    然而,日本科學家認真蒐集了目擊深海魚類的相關新聞和學術報告,他們想知道,這種看似異常的動物行為,究竟有沒有機會拿來當作災前的預警,抑或只是無稽之談?

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    可惜的是,科學家認為,地震魚與地震並沒有明顯的關聯。當日本媒體報導捕撈深海魚的 10 天內,均沒有發生規模大於 6 的地震,規模 7 的地震前後,甚至完全沒有深海魚出現的紀錄!

    所以,在科學家眼中,地震魚僅僅是一種流傳於民間的「迷信」(superstition)。

    透過動物來推斷地震消息的風俗並不新穎,美國地質調查局(USGS)指出,早在西元前 373 年的古希臘,就有透過動物異常行為來猜測地震的紀錄!

    人們普遍認為,比起遲鈍的人類,敏感的動物可以偵測到更多來自大自然的訊號,因此在大地震來臨前,會「舉家遷徙」逃離原本的棲息地。

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    當臺灣 1999 年發生集集大地震前後,由於部分地區出現了大量蚯蚓,因此,臺灣也盛傳著「蚯蚓」是地震警訊的說法。

    20101023 聯合報 B2 版 南投竹山竄出蚯蚓群爬滿路上。

    新聞年年報的「蚯蚓」上街,真的是地震警訊嗎?

    ​當街道上出現一大群蚯蚓時,密密麻麻的畫面,不只讓人嚇一跳,也往往讓人感到困惑:為何牠們接連地湧向地表?難道,這真的是動物們在向我們預警天災嗎?動物們看似不尋常的行為,總是能引發人們的好奇與不安情緒。

    如此怵目驚心的畫面,也經常成為新聞界的熱門素材,每年幾乎都會看到類似的標題:「蚯蚓大軍又出沒 網友憂:要地震了嗎」,甚至直接將蚯蚓與剛發生的地震連結起來,發布成快訊「昨突竄大量蚯蚓!台東今早地牛翻身…最大震度4級」,讓人留下蚯蚓預言成功的錯覺。

    然而,這些蚯蚓大軍,真的與即將來臨的天災有直接關聯嗎?

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    蚯蚓與地震有關的傳聞,被學者認為起源於 1999 年的 921 大地震後,在此前,臺灣少有流傳地震與蚯蚓之間的相關報導。

    雖然曾有日本學者研究模擬出,與地震相關的電流有機會刺激蚯蚓離開洞穴,但在現實環境中,有太多因素都會影響蚯蚓的行為了,而造成蚯蚓大軍浮現地表的原因,往往都是氣象因素,像是溫度、濕度、日照時間、氣壓等等,都可能促使蚯蚓爬出地表。

    大家不妨觀察看看,白日蚯蚓大軍的新聞,比較常出現在天氣剛轉涼的秋季。

    因此,下次若再看到蚯蚓大軍湧現地表的現象,請先別慌張呀!

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    事實上,除了地震魚和蚯蚓外,鳥類、老鼠、黃鼠狼、蛇、蜈蚣、昆蟲、貓咪到我們最熟悉的小狗,都曾經被流傳為地震預測的動物專家。

    但可惜的是,會影響動物行為的因素實在是太多了,科學家仍然沒有找到動物異常行為和地震之間的關聯或機制。

    遍地開花的地震預測粉專和社團

    這座每天發生超過 100 次地震的小島上,擁有破萬成員的地震討論臉書社團、隨處可見的地震預測粉專或 IG 帳號,似乎並不奇怪。

    國內有許多「憂國憂民」的神通大師,這些號稱能夠預測地震的奇妙人士,有些人會用身體感應,有人熱愛分析雲層畫面,有的人甚至號稱自行建製科學儀器,購買到比氣象署更精密的機械,偵測到更準確的地震。

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    然而,若認真想一想就會發現,臺灣地震頻率極高,約 2 天多就會發生 1 次規模 4.0 至 5.0 的地震, 2 星期多就可能出現一次規模 5.0 至 6.0 的地震,若是有心想要捏造地震預言,真的不難。 

    在學界,一個真正的地震預測必須包含地震三要素:明確的時間、 地點和規模,預測結果也必須來自學界認可的觀測資料。然而這些坊間貼文的預測資訊不僅空泛,也並未交代統計數據或訊號來源。

    作為閱聽者,看到如此毫無科學根據的預測言論,請先冷靜下來,不要留言也不要分享,不妨先上網搜尋相關資料和事實查核。切勿輕信,更不要隨意散播,以免造成社會大眾的不安。

    此外,大家也千萬不要隨意發表地震預測、觀測的資訊,若號稱有科學根據或使用相關資料,不僅違反氣象法,也有違反社會秩序之相關法令之虞唷!

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    ​地震預測行不行?還差得遠呢!

    由於地底的環境太過複雜未知,即使科學家們已經致力於研究地震前兆和地震之間的關聯,目前地球科學界,仍然無法發展出成熟的地震預測技術。

    與其奢望能提前 3 天知道地震的預告,不如日常就做好各種地震災害的防範,購買符合防震規範的家宅、固定好家具,做好防震防災演練。在國家級警報響起來時,熟練地執行避震保命三步驟「趴下、掩護、穩住」,才是身為臺灣人最關鍵的保命之策。

    延伸閱讀

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    鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
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    充滿能量的泛科學品牌合作帳號!相關行銷合作請洽:contact@pansci.asia

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    備審卡關、筆記好難整理?國高中生必學,一個 prompt 讓 AI 幫你做科系探索!
    泛科學院_96
    ・2024/04/13 ・450字 ・閱讀時間少於 1 分鐘

    這集來分享學生必學的 AI 工具與操作!

    本來是想做寫作業的 AI prompt,但肯定會被罵翻……因此這次聚焦在如何用 AI 協助整理筆記、職涯探索、製作歷程檔案等事情上。

    廢話不多說,讓我們開始吧 !

    最後,附上本支影片的學習懶人包:

    如果你有更多想要學習的操作技巧,歡迎在下面留言跟我們敲碗~有其他想要看的 AI 測試或相關問題,也可以留言分享喔!

    更多、更完整的內容,歡迎上科學院的 youtube 頻道觀看完整影片,並開啟訂閱獲得更多有趣的資訊!

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    泛科學院_96
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    我是泛科學院的AJ,有15年的軟體測試與電腦教育經驗,善於協助偏鄉NPO提升資訊能力,以Maker角度用發明解決身邊大小問題。與你分享人工智慧相關應用,每週更新兩集,讓我們帶你進入科技與創新的奇妙世界,為未來開啟無限可能!

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    心房顫動提高中風風險?心房顫動有哪些警訊?如何治療?
    careonline_96
    ・2024/04/12 ・2546字 ・閱讀時間約 5 分鐘

    「有一位 40 歲的男士,因為左腰痛來到急診室。」新竹馬偕醫院心臟內科林柏霖醫師表示,「檢查發現,居然是心房顫動造成的血栓流到腎動脈,而造成腎臟中風。」

    經過醫療團隊緊急手術,取出左腎動脈裡的血栓,成功保住了腎臟。林柏霖醫師說,為了避免心房顫動持續形成血栓導致嚴重併發症,建議患者要積極處理。該患者選擇接受冷凍導管消融術,順利恢復正常心律,也預計未來再度中風的風險會降低。

    心房顫動為臨床常見的一種心律不整,好發在 65 歲以上的中老年人身上,因此隨著台灣人口老化的趨勢,患病人口的比例也越來越高。林柏霖醫師說,高血壓、高血脂、糖尿病、心肌梗塞、心臟衰竭等皆是引起心房顫動的危險因子。另外,像是甲狀腺亢進、肥胖、睡眠呼吸中止症也會增加心房顫動的風險。

    心房顫動是心房受到異常電訊號刺激而出現快速且不規則收縮,在台灣的盛行率大概是 1% 至 2%。林柏霖醫師表示,心房顫動發作時大約 20% 的病人沒有明顯症狀,所以完全不曉得自己的心律有問題。由於心室收縮的速率可能忽快忽慢,患者可能出現心悸、胸悶、頭暈、虛弱無力、呼吸急促等症狀。

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    同時心房顫動可能導致血液滯留,而漸漸形成血塊。林柏霖醫師解釋,當血塊脫落,隨著血液流出心臟,就會造成嚴重併發症。比如血塊流入冠狀動脈,會造成心肌梗塞;血塊流入腦部,會造成腦中風;血塊流入腎臟,會造成腎中風;血塊流入腸系膜,會造成腸中風;血塊流入四肢,會造成肢體中風。這些併發症都相當棘手,可能導致失能,甚至危及性命。

    林柏霖醫師強調:「心房顫動會大幅提高中風的風險,最好能早期發現,早期介入治療!」

    民眾可以透過例行性健檢中的心電圖診斷心房顫動,不過尚有部分患者屬於陣發性心房顫動,偶而發作後過一陣子又恢復正常心律。林柏霖醫師說,若必要時可使用 24 小時連續心電圖或是植入式心律監測器,長時間紀錄心律,才能夠正確診斷。目前則有些智慧型穿戴裝置亦提供測量心電圖的功能,若發現心律異常的狀況,務必盡快就醫,由心臟科醫師進行判讀。

    積極治療心房顫動,才能降低中風風險

    心房顫動的治療方式,可以用 ABC 口訣來說明。林柏霖醫師說,A 是 Anticoagulant(使用抗凝血劑);B 是 Better Rhythm Control(積極控制心律);C 是 Comorbidity(治療共病症),針對心房顫動患者,必須同時治療各種共病症,例如高血壓、高血脂、糖尿病等。

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    使用抗凝血劑,能夠避免形成血液形成血栓。林柏霖醫師說,在控制心律方面可以用藥物或手術的方式來治療心律不整,手術方式包含傳統電氣燒灼術與新式冷凍導管消融術。

    心房顫動手術治療是以心導管的方式進行。林柏霖醫師說明:在接受半身麻醉後,醫師會從患者鼠蹊部的股靜脈穿刺,放入導管延伸到右心房,再從右心房穿刺進入左心房。

    由於導致心房顫動的異常電訊號大多來自肺靜脈,所以手術目的就是阻隔異常電訊號的傳遞。林柏霖醫師解釋,傳統電氣燒灼術是在肺靜脈周圍進行點狀燒灼,而冷凍消融術是使用冷凍球囊,利用低溫造成連續性電訊號的破壞。

    「傳統電氣燒灼術是以導管前端,沿著肺靜脈開口周圍,一點一點地進行燒灼。利用熱能讓局部組織發生凝固性壞死,阻斷電訊號。」林柏霖醫師說,「新式冷凍導管消融術,是將一個球囊放入肺靜脈,接著注入液態的冷凍劑,讓球囊的溫度下降到攝氏零下 30 度至 50 度,造成一圈連續性的冷凍損傷阻隔異常電訊號。冷凍導管消融術的優勢在於手術時間約可縮短一半,大約兩個小時左右。因為手術時間短,安全性就會提高,也可以降低病人在手術過程中,因為時間過久而感到不適的發生。但還是提醒,若病患面臨術式的選擇,必須根據自身狀況和醫師討論,才能選擇最適合患者的方案!」

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    「針對心房顫動,一定要及早發現、及早治療。」林柏霖醫師說。

    年紀較大、具有危險因子的民眾要注意自己的心律是否規則,定期檢查才能及早發現問題。一旦發現有心房顫動,特別是陣發性心房顫動或者已經造成症狀的心房顫動,都要積極介入治療,利用藥物或手術的方式,將心房顫動的問題根除。

    貼心小提醒


    心房顫動發作時可能沒有明顯症狀,但是心房顫動會造成 5 倍以上的中風機率,是個非常需要重視的疾病。林柏霖醫師叮嚀,建議大家平時要好好控制血壓、血脂、血糖,維持規律運動及正常作息,避免抽菸、喝酒。

    如果出現心悸、頭暈、胸悶、無力、呼吸急促等症狀,便要盡快就醫。早期發現、早期治療心房顫動才能降低中風的機會!

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