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輻射其實離我們很近—輻射與生活

科學月刊_96
・2011/07/10 ・5310字 ・閱讀時間約 11 分鐘 ・SR值 576 ・九年級

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在今日,輻射普遍被應用在各式現代化設備,若能夠對它有正確的認知,注意安全防護,我們便可以安心享受其所帶來的各種便利。

 

張仕康、門立中

輻射在我們生活周遭無所不在,舉凡太陽光、燈光、X射線、γ射線(伽瑪射線)、微波、雷達、電視與調頻無線電波、手機用低頻通訊電波、地殼輻射、氡氣或人體內「鉀–40」元素所產生的輻射均屬之。因此若我們能夠對輻射有正確的認知、因勢利導,便能利用它增進生活利益,並避免身體健康的損害。

什麼是輻射?

輻射是一種能量傳遞的形式。通常依能量高低,可區分為游離輻射(>10 keV)與非游離輻射(<10 keV)兩大類。其中游離輻射又可分為不具質量的電磁輻射(如γ射線、X射線)與帶有質量的粒子輻射(如α粒子、β粒子、中子、高速電子、高速質子及其他粒子)兩種;非游離輻射則是紫外線、可見光、紅外線、微波、雷達波、電視,以及廣播電台所使用調頻(FM)無線電波、調幅(AM)無線電波、長波無線電波等。一般人所常接觸到的各類輻射如圖一所示。

圖一:電磁波能譜圖。

以來源來說,輻射可區分為天然輻射(如宇宙射線、地殼輻射、氡氣、人體輻射),與人造輻射(如醫療輻射、核能發電、核爆落塵、加速器製造之核種)。天然的宇宙射線,源自天體各恆星不斷進行核融合,像是一座座活的核反應爐,不斷反應,放出光、熱以及各種放射線;地殼射線來自地球礦區含有鈾、釷系列等放射性元素,進行連鎖反應而釋出各種放射線;人體輻射則是因飲食間,攝入含放射性同位素「鉀–40」累積在體內造成的。

游離輻射產物種類及性質

因為核輻射的能量在百萬電子伏特(MeV)的範圍;原子輻射的能量在千電子伏特(keV)的範圍。這些游離輻射可游離物質之分子,產生正負離子對,照射生物體時,與細胞中的重要分子(如DNA)作用,可使分子鍵斷裂,干擾生物體內結構,引起生物效應,直接危害人體健康。游離輻射隨時隨地都存在,但因我們察覺不到,所以沒有警覺,等到身體受害,可能已為時過晚。因此在輻射領域內可說是最危險的部分,故有必要了解它們是什麼,以及有何性質。

游離輻射產物大致來說可分為α射線(阿法射線)、β射線(貝他射線)、γ射線、X光及中子。α射線為鈍氣氦(He)的原子核,帶2個正電,它對其它原子游離能力最強,但穿透力最弱,一張紙就可阻擋;β射線即電子,帶一個負電,以鋁板可阻擋;γ射線或X光均為光的形式釋放的一種能量,穿透力最強,需要混凝土或數公釐厚鉛板才可阻擋。這些射線都由很小的粒子構成,看不見、摸不到、嗅不到,需藉助輻射偵檢儀器才可知道它們的存在(圖二)。

圖二:三種游離輻射的穿透性。α粒子可被紙所阻擋,β粒子可被鋁箔所阻擋,γ射線則具有高度穿透性。

輻射的單位及單位換算

「劑量」是用來表示人體接受輻射多寡的量;一般常用「等效劑量」表示不同種類的輻射對人體產生相同之生物效應。過去常被使用的單位是「侖目」(rem),但近來已被新的國際單位是「西弗」(Sv)所取代(1西弗=100侖目=1000毫西弗=1000000微西弗)。

「活度」是放射性同位素在單位時間內衰變的次數,活度愈大放射性愈強。活度的國際專用單位為「貝克」(Bq,即1次衰變),另一常用的舊單位為居禮(Ci),(1居禮=37億貝克)。上述單位除侖目外,西弗(Sievert)、居禮(Curie)、貝克(Becquerel)均為人名借用,以茲紀念他們對輻射研究的偉大貢獻。

輻射的劑量及限值

在日常生活中,人類常接觸到各種輻射,不同的輻射劑量對人體也會造成不同的影響。流行病學調查指出,當短期內所接觸到的輻射劑量低於100毫西弗時,對人體沒有危害,而任何個人多年累積的微量輻射劑量(低於100毫西弗),也不至造成負面的健康效應。各種活動所接觸之輻射劑量及限值如圖三所示。法規對從事輻射相關的從業人員訂定50000微西弗(即50毫西弗)年劑量的上限,一般民眾更低到5000微西弗,以玆保護大眾不受輻射傷害。電腦斷層掃描則視掃瞄區域多寡,自2000至1萬6000微西弗不等,而癌症放射治療一次更高達200萬微西弗,因治病所接受的劑量不在管制範圍內,但不必要的斷層掃描能免則免,避免遭到輻射傷害。

輻射防護方法

輻射防護可區分為體內及體外防護;體內防護方法為避免放射性物質經由呼吸、飲食或經由皮膚滲入體內,所以可視作業場所需要穿著防護衣、戴防護手套、戴呼吸防護面具、工作區禁止吸菸及飲食、工作後吃東西前要洗手等;體外防護採取遠離輻射源(輻射劑量與距離平方成反比)、減少輻射照射時間與增加屏蔽阻擋輻射等三種方法遂行輻射防護。

輻射在生活中的應用

圖三:輻射劑量限值圖。具「限值」名稱之項目為政府制定的上限標準,其它項目為從事各該活動所接受的劑量近似值。

不同頻率、來源的輻射,所造成的效應不盡相同,因此也有不一樣的用途,在此介紹在生活上常接觸的各式輻射應用,使讀者能夠了解輻射在我們身邊所扮演的角色。

煙霧偵檢器:現代建築物中使用最廣泛的消防設備,裡面含有低放射活度的鋂–241(Am-241)射源,鋂–241放出α粒子而游離煙霧偵檢器內的空氣,使空氣具導電性,任何進入偵檢器內的煙霧微粒會抑低電流而啟動警報,告知火警。

手錶及時鐘:舊式手錶和時鐘用鐳–226當夜光的光源,當要維修這些鐘錶時,鐳–226可能會被碰觸或攝入體內,造成輻射傷害,現代則改用氚(H-3,一種氫的同位素)或鉅–147(Pm-147, Promethium)。

陶瓷器:包含磁磚、陶器等,一些陶瓷器為了美觀,添加含有鈾、釷、鉀等放射線的釉料,可燒出色彩艷麗的產品,這種產品避免當食器使用,以免攝入放射性物質。

玻璃:含鈾的玻璃可製成黃色或綠色的古董器皿,它在黑暗中會發出吸引人的光;甚至普通玻璃亦包含足夠高的鉀–40或釷–232,能被偵測器量到輻射;早期60年代照相機鏡頭經常使用釷–232塗裝以改變其折射率。

電銲條:電銲使用的銲條中釷元素約占2%,約含30微居禮的放射活度,添加釷的原因是增加交流電流的運送容量及減少電極的腐蝕。

肥料:商業肥料被設計為含有各種氮、磷、鉀等特殊用途的配比,實際上當中含有放射性成分。被量到含放射性主要有兩個原因:一、鉀是天然的放射性元素;二、磷是從已提高鈾濃度的磷礦中開採而得。

手機與基地台:手機是傳送和接收微波的低功率無線電元件,頻率一般介於900~1800兆赫(MHz)之間。國際間對無線電波輻射的負面健康效應有一致的共識,手機發射的無線電波能量,有一部分會被使用者頭部吸收,大多屬表皮組織。英國國家放射防護局建議而被英國政府所採行的頭部防護標準為0.1瓦∕10克組織(六分鐘平均值),此計算值是基於,即使延長使用手機,所造成的頭部最大溫度上升值必須小於1℃。英國實務經驗指出這類似於人們正常每天身體溫度的變化值範圍內,且如此小的熱負載變化被認為太低而不致造成負面的健康效應。民眾正常由基地台天線接觸到的輻射,是全身性的均勻曝露,全身質量的能量平均限值是0.4瓦∕公斤質量(15分鐘平均值),使用手機傳送器所產生的無線電波是如此微弱,所以只有在一個人直接在天線正前方幾公尺範圍內才有可能接受到超過這輻射參考指引的值。離基地台天線距離愈遠輻射強度隨著距離的平方成比例下降,無線電波並沒有足夠的能量來傷害細胞內的基因物質(染色體DNA),所以不會致癌。

變電所:電場由電壓產生,一般家用兩孔插座的電壓為110伏特,電器設備則無論使用與否,只要在待機狀態其周圍便有電場,常用單位是千伏特∕公尺(KV/m),磁場是由電流產生,電器設備在使用時即有電流流通,其周圍就會產生磁場,常用單位為毫高斯;電磁場是一種非游離且無熱效應的輻射,能量很弱,遠比會產生溫度效應的微波或光為低。所謂電磁場包含「電場」及「磁場」,電場很容易被金屬外殼或鋼筋混凝土牆所隔絕,一般家電及電力設備,因有金屬外殼存在,故外表幾乎沒有電場。磁場卻很難隔絕,但如方向相反、大小相同的電流所產生的磁場可相互抵消,所以三相輸電的電力線比單相電力線所產生的磁場會小很多;台電公司的輸電線均為三相線路,故其產生磁場經相互抵消後,實際已甚低。

依國內外資訊與文獻報導,磁場與人體健康的關聯性目前尚無定論,且關聯性未必表示有因果關係。目前先進國家或機構對於電力磁場之限制,在此提出推薦值供參考,例如國際輻射防護協會對於一般民眾全天候曝露於磁場限制之推薦值為1000毫高斯,此為世界各國中最嚴格的建議參考值。另外,家電產品中的吹風機及電鬍刀有上萬毫高斯的磁場值得注意,使用時間越短越好。

紫外線:人類曝露的紫外線主要來自陽光,依其波長及生物效應,分為近紫外線(UVA)、中紫外線(UVB)及遠紫外線(UVC)三類。其中UVA是到達地球表面最多的紫外線,它對皮膚極少有效應,但其可誘發光的毒害,如誘發狼瘡;UVB只占到達地球表面的10%,但其確具1000倍於UVA對日曬及相關皮膚的傷害,且會增加皮膚癌症的風險;UVC使用於殺菌燈,因其對皮膚的低穿透性所以幾乎不會有傷害。大氣臭氧層於清晨及下午過濾紫外光最有效,從上午十時至下午四時紫外光穿透量最大,UVB強度於海拔每升高300公尺便增加約3%,其跟光一樣會從各種物體表面反射,但水蒸氣不但不會吸附也不會反射很多的UVB,所以即使多雲的天氣也不會提供對UVB任何防護。

醫療輻射:在人造輻射中,醫療輻射占主要來源,包括X光檢查、核磁共振檢查、電腦斷層掃描及癌症放射治療等。醫療性輻射曝露所接受的劑量不計入法規限值。

核爆落塵:核武爆炸產生的落塵會隨氣流飄落世界各地,對人類影響最大,放射性物質不論降至水中或土壤,都經由食物鏈進入人體,造成永久性傷害。

民生應用:農業上利用輻射照射改變基因,改良農作物,增加收成產量或使花卉植株矮化照樣開花,也可照射害蟲後使喪失生殖能力後野放,如果蠅即是;木材經照射後結構轉強,用於製造槍托;普通玉石經照射後顏色增艷提高價值;農產品照射後可以延長保存期限,如馬鈴薯、大蒜不會發芽屬之;醫療器材照射後達到消毒滅菌效果;考古學利用輻射進行年代測定,如碳–14定年法;工業上利用輻射進行非破壞檢測,例如飛機機身裂縫檢測、輪船水櫃或油櫃存量檢測等。

核能發電:核能電廠採行的是「深度防禦」的輻射安全防護設計,有多重可靠的工程屏蔽設計,加上管制上應用距離平方反比與時間的控制,在鄰近廠區周邊的輻射背景值均在自然輻射背景值的變動範圍內。

職業輻射:核能民生、工業及醫療應用從業人員,例如核能電廠員工、非破壞檢驗人員及X光機操作人員等,一方面其出於志願且經專業訓練合格或持有專業證照,所以會較一般人接受到輻射的機會與劑量較多,唯仍均合乎各國政府授權管制機構及國際放射防護委員會建議的安全值範圍內。

結 語

自1895年物理學家侖琴(Wilhelm Rontgen)發現X光後,輻射就逐漸被人們應用在生活相關的事物上。在醫療方面可用於診斷疾病,以更明確了解病情,使醫生更能對症下藥,同時也可用來殺死癌細胞以治療癌症患者,提昇疾病的療效。在農業方面,可以利用輻射從事農作物品種改良,食品照射使食物保存更久,減少採收後的損失;在工業上可利用輻射進行各種非破壞檢測及有關厚度、密度、液位等品質控制,這些都是輻射帶給我們的利益。雖然不可否認,濫用輻射的確可能會對人體造成不同程度的傷害,但只要正確的使用輻射,導致這些傷害的機率都是極低的。因此,實際上輻射就像水、火、瓦斯一般,在提昇人類生活品質方面扮演著重要的角色,只要能了解輻射的特性,注意輻射安全防護,我們就可以安心享受輻射帶給人類的福祉。

參考資料

1. 鄭琨琮,《漫談生活中的輻射》,中華民國核能學會,2004年。
2. 行政院原子能委員會,《輻射知多少》,行政院原子能委員會,2009年。
張仕康、門立中:
任職行政院原子能委員會核能研究所

名詞解釋

keV:其定義為1千電子伏特,為能量單位。1電子伏特為1個電子經過1伏特的電位差所需的能量。

游離輻射:游離輻射是指可以把電子游離出來的輻射。原子由原子核及外圍環繞的電子組成,而原子核對外圍電子具有束縛能,牽引對方不使逸出正常運行的軌道,但當電子自外界獲得的能量大於原子核對該電子的束縛能量,則該電子會脫離原子而射出,使原先呈中性的原子,變成一帶正電,一帶負電的離子對。此種作用過程,即稱為「游離」。造成游離作用的輻射,就稱之為「游離輻射」。

非游離輻射:若電子自外界獲得的能量不足,僅能造成電子在原位置振動,或離開原位能階暫跳到較高能階上,則稱之為「激發」。而僅促成激發的輻射,或因能量過低,不足以造成任何反應的輻射,統稱之為「非游離輻射」。

電磁輻射:γ射線或X射線是種帶有高能量的光,本身不具質量,其前進時依賴電磁波方式進行,是為電磁輻射。

粒子輻射:α粒子、中子、電子、質子等都是具有質量的有形粒子,它前進時係以直線方式進行,是為粒子輻射。

鉀–40︰金屬鉀存在於天然環境中,主要以「鉀–39」、「鉀–40」、「鉀–41」等三種同位素同時存在,其含量百分率分別為93.2518、0.0117與6.7302。此三種同位素具相似之物理與化學性質,互為一體密不可分。其中只有鉀–40為不穩定態,會放出1460 keV之γ射線,它的半衰期(損失一半質量所需之時間)為1.25×109年。

一般人主要食物如米、蔬菜、水果中均有這種放射性物質存在。人類經由食物鏈吃進體內,並累積為一天然輻射源,然此微量之放射性早為人體接納,人體新陳代謝功能足以調節鉀的需求量,不致危害健康。

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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/11/01 ・2113字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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世代正義下的最終選擇——人們真能理解選擇背後的代價嗎?
研之有物│中央研究院_96
・2022/11/20 ・3769字 ・閱讀時間約 7 分鐘

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本文轉載自中央研究院研之有物,泛科學為宣傳推廣執行單位。

你願意當未來世代的守護者嗎?

如何維護世代正義,正逐漸受到世界各國的矚目。臺灣也不例外,過去幾年,我們面臨核能去留、藻礁保育、淨零轉型、18 歲公民權等關乎未來環境與國家發展的議題。要不要守護未來世代?多數人都會說要!但如果守護的代價必須犧牲部分利益呢?中央研究院「研之有物」專訪院內政治學研究所冷則剛研究員、淡江大學公共行政學系黃寄倫副教授,從多國設立未來委員會與相關制度的經驗,分析世代正義的政策意涵,更為臺灣找出化解問題癥結的關鍵。

「世代正義」是什麼?

誰是世代正義要守護的未來世代?
圖|iStock

什麼是「世代正義」?世界環境與發展委員會(WCED)於 1987 年發布的《布蘭特報告》(Brundtland Report)中,有關永續發展的定義即提出對世代正義的關懷:

人類的發展能夠滿足當代的需求,且不致危及後代子孫滿足其需求的能力。

換而言之,世代正義要守護的未來世代,主要是尚未出生的未來人類。中研院政治所研究員冷則剛指出關鍵的衝突點。由於未來世代尚不存在,很難為沒有主體的群體主張權利。然而未來世代的命運會受到當代人群的影響,是不爭的事實,因此多數國家就此主張:我們有守護後代子孫永續長存的義務。

冷則剛進一步指出,如果我們用廣義的角度來看,或許將已出生、但還不具備公民權的兒少也納入未來世代,是較能說服人們的說法。

以核能去留問題為例,我們可從中體會現今政策對未來世代的深遠影響。核能發電帶來穩定的電力、低廉的電價,卻也產生核廢料處置及核電廠工程風險評估問題,成為未來世代需一肩扛起的重擔。但是未來世代無法為自己表達意見,有賴當代公民為其做出適當的選擇。

淡江大學公行系副教授黃寄倫表示,世代正義是放諸多國皆有的問題,因民主制度本身與世代權益存在根本矛盾。當代人群對於保護未來世代的「誘因」不足,雖然守護未來世代在道德上很合理,但政治人物會為了「選票」而優先處理當前問題,形成為人詬病的政治短視缺陷。

那麼,我們能否設計出因應此缺陷的監督機制?來看看其他國家如何在體制內設計守護未來世代的機制。

未來世代的守護者——各國的選擇

聯合國環境與發展會議(UNCED)早在 1992 年就提出「未來世代監察員」(Ombudsperson for future generations)與「未來世代守護者」(Guardian for future generations)的運作架構,用來監督會影響未來世代福祉的政策制定、決策及執行狀況。接著,開始有國家在體制內設立「未來委員會」(Future commission),針對相關議題提供充分且易懂的資訊,並改善民眾與政府的溝通管道,讓大眾在做決策時有參考依據。

未來世代守護者的運作架構
圖|研之有物(資料來源|Göpel, 2010)

在設立未來委員會的國家當中,芬蘭、以色列是較為先進的代表,而鄰近臺灣的日本、韓國雖未設立未來委員會,但在國家政策中已開始關心未來世代的權益。

● 芬蘭未來委員會:跨部會的諮詢智庫

芬蘭議會從 1993 年開始運作未來委員會,由 17 名議員組成諮詢智庫,主要職責為與政府部門溝通協商會影響未來世代的政策,包含:能源發展、人口變遷、基因改造作物、資訊科技對高齡者影響等政策。此外,委員會需研擬新政府 4 年任期內的「未來遠景報告」,針對未來經濟、社會、科技發展策略提出建言,檢視與分析各項政策的合理性與正當性。

 以色列未來委員會:擁有審議權的監督機關

以色列則在 2001 年成立未來委員會,每 5 年為一屆委員會的運作週期,關注自然資源、教育、健康、科技等政策。特別的是,委員會不只是提供諮詢服務的智庫,還能提出法案、調查或調解爭議案件,對於立法者更擁有議案否決權。不過,以色列政府在 2011 年宣布,因經費因素,決議終止委員會的任務。此一委員會短短 10 年即走入歷史。

● 日本的做法:世代正義納入法律保障

日本並未設立未來委員會,而是將未來世代的權益納入法律保障。日本憲法明確規定:「憲法所保障的人民基本人權,應是賦予人民與『未來世代』擁有永恆且不可侵犯的權利。」2015 年,日本政府更通過《國民投票法》修正案,將投票年齡從 20 歲下修至 18 歲,賦予更多年輕世代參與公共事務、謀取未來福祉的權利。

各國世代正義監督機制的共通點為:在功能上,多是跨領域的智庫,形成超越黨派、跨部會的協商平台;在組織上,多在國會中設立,能監督政府施政、與社會大眾溝通。

臺灣的政黨鬥爭:核能公投帶給我們的反思

在討論臺灣如何守護世代正義之前,我們先來釐清臺灣的政治現況。從核四公投即可發現,政黨之爭是導致未來政策懸宕不前的原因之一。各陣營通常只從對自己有利的角度來闡釋意見,最後演變成訴諸政治意識形態的衝突。事實上,擁核或廢核各有其立論基礎,關鍵在政府應該去創造一個讓人民能理性討論的空間,充分了解選擇或放棄核能的優缺點為何?要付出什麼代價?

以南韓的核電廠公民審議為例,時任總統的文在寅於 2017 年上任後,原先承諾停建的核電廠新古里 5、6 號機組,因工程只進行三成就花費高達 1.6 兆韓元(新臺幣約 367 億),決定推動公民審議,交由全民決議是否停建核電廠。在三個月內,南韓政府在全國進行隨機電訪,最終抽出 500 位公民代表,並經歷數場諮詢委員會、公開座談會、電視討論會,以及公民代表與未來世代(高中生)的討論會等。最後,進行三天兩夜的最終綜合討論會,得出公民審議結果。

在充分討論後,最終有 59.5% 公民代表決議恢復核能機組的建設計畫,但也有 5 成民眾希望逐步降低核能發電比例。因此南韓政府決定續建核電廠,也強調未來會朝階段性減核目標邁進,並提出能源轉型路徑。

南韓沒有公投法,只能由政府發起公民審議。反觀臺灣,我們有發起公投的機制,但理性且務實地決議未來政策卻相對不足。冷則剛認為,臺灣的公投問題出在科學論述不足,優缺點未正反並陳,政黨之爭模糊了議案焦點。他提出質疑,難道年輕人真的都反核嗎?高齡者真的都擁核嗎?不同世代的意見應該是多元並進,而不是彼此敵視。如何從立場爭執、世代衝突,轉而共同為未來發展理性討論?是臺灣社會需反思的課題。

2021 年 12 月 18 日,臺灣舉辦核四商轉公投,因有效同意票未達投票權人總額四分之一以上,結果為不通過。
圖|Wikimedia

納入兒少意見:18歲青少年的公民權

如果將 18 歲以下、未取得公民權的兒少視為廣義的未來世代,怎麼在公民表決時納入兒少意見,成為少子化時代下尊重未來主人翁、落實世代正義的關鍵。目前已有多國選擇下修公民投票年齡,讓更多年輕世代參與公共事務。

在亞洲國家中,日本在 2015 年通過《國民投票法》修正案,南韓也在 2020 年依據《公職選舉法》,紛紛將投票年齡下修到 18 歲。尼加拉瓜、奧地利、曼島等部分國家甚至將投票年齡下修到 16 歲。

臺灣在行政院與各縣市設有青年諮詢委員會,但都著重在意見諮詢,決策上並無強制力。直到 2022 年 3 月 25 日,立法院才通過 18 歲公民權修憲案,明定國民年滿 18 歲者,有依法選舉、罷免、創制、複決及參加公民投票之權。此案將在同年 11 月 26 日舉行公民複決,這也是我國史上首次交付公民複決的修憲案。

對於下修公民權年齡,冷則剛舉雙手贊成,青少年也是廣義的未來世代,他們的想法應該被重視,而這也是臺灣處理世代問題的具體展現。黃寄倫則認為這是一個很好的契機,可以將世代正義的理念推廣出去,讓政治人物嗅到民意的新風向,進而提出更多有益世代正義的政策。

臺灣青年民主協會等民間團體 2022 年 3 月 23 日在立法院召開記者會,呼籲朝野各黨放下歧見,一同走入議場投下 18 歲公民權修憲同意票。
圖|中央社記者郭日曉攝影

台灣的未來:公民意識的覺醒

面對世代正義問題,借鏡國外經驗,臺灣還可以怎麼做?冷則剛、黃寄倫建議在立法院內成立「世代正義與永續發展委員會」,其最重要的功能是,喚醒全民與執政者守護未來世代的意識,進而監督與協調各部會的施政,撰寫白皮書建議長遠的政策方向。同時,成立與人民共享的資訊傳遞平台,交流並觸發更多有建設性的想法。

世代正義議題不是未來式,而是當務之急,有賴觀念、文化與制度的相互配合。冷則剛認為,在實踐世代正義之前,必須先培養三項民主素養:

公民意識覺醒、科學理性討論、世代之間共學

如果公民沒有意識到問題癥結,也沒有多元且充足的參考資訊,可能會被政治力量影響判斷,演變成世代之間的意識形態衝突。世代之間如何相互學習、尊重、攜手守護未來世代?我們還有一段路要走。

世代正義啟發我們反思:世代之間如何相互學習、尊重、攜手守護未來世代。
圖|Unsplash
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核物理學家看核能議題:理性判斷、不要盲目──《林清凉回憶錄》
天下文化_96
・2022/06/05 ・2075字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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  • 作者/歐柏昇
    原載國立臺灣大學物理學系《時空》雜誌34期「物理人如『核』面對社會議題?」
  • 編者/陳丕燊

正當我們苦惱著核能議題的訪問對象時,忽然靈光一閃,想到近在咫尺之處,系館四樓的會客室旁,就有一位核物理專家。那就是經常深夜還在系館工作的退休教授林清凉。

教授聽到我要訪問關於核能的問題時,即大呼我問對人了。環視教授的辦公室,整齊堆放的書籍、手寫的字帖之間,牆上則張貼著一幅原子衰變圖,保存著二十世紀物理光輝的風範。

身為核物理學家,林清凉教授對於核能的社會議題感觸相當深刻,說得慷慨激昂。當外界眾人議論紛紛的時候,教授很清楚地告訴我們:「物理系學生應該瞭解什麼是核能!」教授不斷強調,我們學物理的,具有一些關於原子核、E = mc2 的基本知識,並懂得理性判斷,講話不要盲目跟著別人。

面對核能議題,眾人議論紛紛之時,更應該理性地判斷。圖/envato

核物理與核能技術的發展背景

林清凉教授向我們介紹,量子力學在1928年就差不多定案了,開始應用到各個領域。以原子核物理來說,在1935年到1938年完成核分裂的理論。從1938 年到現在,技術已經發展得很成熟,而且可以控制得很好。關於詳細的發展史,可參考林清凉教授著作的《近代物理II》

所謂的「核分裂」,是原子核 (nucleus) 的分裂。新聞中經常寫錯為核子 (nucleon) 的分裂,但事實上核子是不會分裂的。核分裂最令人擔心的是放射 (emission) ,尤其是屬於強子、不帶電的中子 (neutron) ,碰到東西就會把它的「質」改變。(教授補充說明,放射帶有靜止質量,不同於「輻射」。)

林清凉:《近代物理II—原子核物理學簡介、基本粒子物理學簡介》,臺北市: 五南圖書出版,2010年。
(引自國立臺灣大學物理學系《時空》雜誌34期)

【核能發電】根據林清凉教授的著作,原子能的利用,要符合兩項條件:「能連續地產生能量」、「能依所需而有效地取出能量」。要達到以上條件,必須能有效控制核分裂的連鎖反應。由於入射中子能En 與捕獲中子的截面積 \( \sigma \)有此關係式:

\begin{equation} \sigma =\frac{1}{\sqrt{En}}\end{equation}

且截面積愈大則核分裂概率愈高,所以把快速中子減速為熱中子是重要的課題。一般原子爐的冷卻系統使用水,一面減速中子,一面吸收熱能拿去發電。此外,為維持穩定的連鎖反應,利用棒狀的鎘吸收多餘的中子。因此原子爐有兩大機能:「有控制中子數能力」、「能迅速運走核反應時產生的龐大能量」。核能發電裝置的冷卻系統將熱能運到爐外來旋轉發電機渦輪。

核能的非和平與和平用途

林清凉教授要我們釐清核能的用途。目前使用的核分裂,如果用在非和平用途,拿來打仗,就是製作原子彈。二次大戰之後,愛因斯坦為首的一些物理學家,呼籲將核能轉為和平用途。

針對核能的和平與否,教授批判美國的立場:「你不准別人製造原子彈,怎麼會指使日本人這麼做?」她質疑日本三一一大地震核災的實情:「你大概沒有注意到日本大地震之後,美國軍艦馬上送來重水,我是研究原子核的,看到這個馬上就疑問—這是在製造原子炸彈嗎?」她說,果然有一本書提到這件事。

核能的和平用途則造福了人類的生活,那就是核能發電。因為能量是守恆的,可將核分裂的能量轉為電能。它很便宜,現在也可以控制得很好,所以很多國家都在使用。核能發電最厲害的是法國,法國有75%的電力都來自核能,「那他們國家為什麼老百姓不會吵?也沒有發生核能發電廠引起的害?」

法國電力供應分布。 圖/wikipedia
臺灣電力供應分布。 圖/wikipedia

核能發電完善運作的三個要點

林清凉教授認為,一個國家核能發電的完善運作,必須有三件事情配合:

  • 第一,按照專業方法來蓋核電廠。核能發電廠的技術相當成熟,而關鍵在於人們是否按照這些規範去做。
  • 第二,選擇安全的地點。選的地點是不是好的地帶、地震地帶?就算在地震帶附近,有沒有比較好的地方?沒有斷層經過的地方?
  • 第三,給予專業人才充分的待遇。必須給他們足夠高的薪水,讓他們沒有後顧之憂,保障他們生活沒有顧慮,他們才能專心守護我們的核電廠。

——本文摘自《不廢江河萬古流:林清凉回憶錄》,2022 年 4 月,天下文化

天下文化_96
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