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人手一支的輻射偵測器,是全民科學時代的濫觴,還是另一個奠基在偽科學之上的盲目潮流?

廖英凱
・2014/02/27 ・8363字 ・閱讀時間約 17 分鐘 ・SR值 576 ・九年級

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2011年福島核災以來,許多人開始積極關注核能產業的利弊得失與風險評估,除了有關於核能電廠安全問題的討論以外,也有越來越多人注意到核廢料的處理及其他核能相關設施的核洩漏問題。近年來,民間團體開始自行量測與解讀環境中的輻射,在一些網路購物與集會現場也有相關設備與平台的推廣。如同官方所提出的量測數據應該被驗證而非單純取信,此種民間的量測器材與方法,其正確程度亦值得我們深入討論。本文企圖整理近期輻射量測的相關文獻並對部分爭議與謬誤之處加以釐清。

台灣的輻射監測平台

目前台灣具一定規模的輻射監測單位或團體,筆者整理如下:

行政院原子能委員會輻射監測中心的全國環境監測

原能會自1989年起建置全國性的即時輻射監測系統,全台共計45個測站,全天候採樣並即時更新在網路上,是目前國內規模最大器材最貴的輻射監測平台。

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台灣電力公司的核能設施環境輻射監測

此輻射監測網頁是台電公司在核電廠與蘭嶼儲存場,各選擇廠界上幾個點,架設測站量測輻射即時數值,選在廠界的意義,應該是因為這是一般民眾可接觸到核能設施的最近距離。

台灣環境輻射地圖

此地圖由紀錄片工作者林瑞珠女士及「台灣環境輻射走調團」維護,他們利用三種型號的儀器,總共測量1969個測點,累積大約25000個測值。這些數值可以簡單歸納出例如東北季風不影響監測數值、以及與核能設施較遠的南投雲林高雄反而是輻射強度前三高的區域,有興趣者可以自由下載原始數據並加以研究應用。你也可以在此影片中,看到林女士在2014/01/17輻射地圖APP開發研討會的簡報分享

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公民輻射量測地圖

此地圖由「主婦聯盟環境保護基金會」所規劃,接受所有人自行上傳量測數據、資料與照片截圖。有興趣加入行列上傳數據者,可以在這裡看到相關教學。

公民輻射偵測回報討論區

此相片集由Facebook社群「反核部隊」所收集,由網友自行投稿輻射偵測器與背景圖片,尚未形成地圖形式。

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監測的品質與可信度

進一步觀察上述五項輻射偵測地圖,會發現後三項民間版本的輻射監測,較前兩項原能會與台電的數值,高出一倍有餘。

在過去實際測量的爭議案例中,2012年9月份日本學者中生勝美與加藤洋教授發現蘭嶼數個輻射熱點劑量超過福島警戒區,與原能會和台電的監測數值相差千倍:

而另一方面的論述,財團法人核能資訊中心,也於2012年11月份邀請上述兩位日籍學者共同至蘭嶼勘查測量,並記錄始末。行政院原子能委員會爾後也於2013年7月邀請另外三位日籍學者(石黒秀治、渋谷進、森內茂)至蘭嶼測量,但查無異狀:

對於這樣的議題爭論,除了認為政府的數值是編出來的解釋以外,也有歸因為老朽核電廠或核廢料減容中心的輻射物質外洩與核廢料未妥善管理所致:

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但相關論述至今僅停留在「假設與實驗」階段,尚未有足夠強力的科學證據支持相關論述。在預設政府資訊必須被質疑與檢驗的前提下,以群眾為力量的「公民監測」模式,絕對是個驗證政府資訊正確性的良好方向,但監測方式與器材因攸關到測量數值是否具有可信度,是否能經得起科學方法的考驗更是主事者與「公民科學家」應優先面對的難題

儀器是準的嗎?

在國外的例子中,近年來經營日本各地輻射監測的民間網站「Safecast[1]」即發現,不同廠牌、型號之間的儀器量測數值會有明顯差異,下圖可看到他們在同一環境下,比較四台不同儀器的測量結果。

圖片來源:INFORMATION, MISINFORMATION, DISINFORMATION (OR, “THESE AREN’T THE DROIDS YOU’RE LOOKING FOR.”) PART 2 – SAFECAST (2012)

註:筆者曾有機會能見過幾款非官方組織及個人所擁有的輻射偵測設備,在同一環境中亦有數值相異甚大的狀況。以下列兩圖為例,左圖為日本暢銷品牌Air Counter,價格親民操作容易,當時在室內量測到0.12 μSv/hr。而右圖則為手持放射性同位素識別分析儀identiFINDER 2,據聞該款分析儀要價50萬元,量測範圍與誤差都遠優於前者,除可偵測輻射強度外,更可以分析辨別放射性核種;但同時同地所量測到的數值卻僅有0.066 μSv/hr。兩儀器測量結果仍有不可忽視的差距。

對於非官方版本的輻射監測平台來說,除了林瑞珠女士所維護的台灣環境輻射地圖有部分地圖是用同一型號之設備量測,其餘平台因開放民眾自行上傳測量結果,使數據多來自數款不同廠牌與型號的偵測器。考量到在上述國內外例子中,不同款式的偵測器測量結果差異甚大,若利用多種偵測器且又未能控管實驗步驟一致性的數據收集方法,其結果難以具有科學研究或科學普及的參考價值。

而在同廠牌型號的偵測器中,以兩個非官方版地圖所使用的另一款儀器Inspector Alert為例,也曾發現在量測CRT螢幕時數值會飆高,由於該款偵測器被設計可測量α、β、γ和X射線,故量到高數值應該是因CRT螢幕內的陰極射線管在發射高速電子掃描螢幕時會產生X光的緣故[2][3],但該款儀器無法分辨所量測到的游離輻射種類為何,從而提高了環境中輻射值的判讀的難度。(不過,如果量到那麼高,就趕快逃走或是不要抱著螢幕就好XD)

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註:有一台烏克蘭製「СИНТЭКС ДБГБ-01С Д03ИMETP БbITOBOИ」筆者因為連這是哪國文字都搞不清楚… 沒有辦法查到技術文件,若您知道非常歡迎補充給我…

再以日本熱門銷售的Air Counter_S為例,其測量範圍為0.05~9.99 μSv/hr,該廠牌與型號因為售價便宜且操作簡單、讀取容易,不乏公眾人物所使用(例:反核!蔡康永要求全面廢核 現量輻射值嚇壞人 – NOWNEWS),也在上述三個民間版本的輻射偵測地圖中都可見其身影。

但是,該款偵測器的技術規格載明其誤差為±20%(以單價來看這樣的誤差表現其實蠻不錯的),原理為利用矽半導體來量測輻射劑量。以半導體量測輻射劑量的優點是因為半導體要產生一個離子對所需的能量(W值)為3.6eV(Si),相較之下氣體中的相應數字約為30eV,因而有更好的能量解析度(energy resolution),也因半導體體積小,近年來開始被運用於個人用電子劑量計(silicon diode personal electronic)。但是,半導體敏感的優點也讓他特別容易受到微波、溫度等環境影響,反而不利於偵測環境中些微的輻射變化。

在實際量測的部分,林瑞珠女士也發現該款偵測器容易受到電磁波影響,測量時手機與電腦等電器需放置於兩公尺以外,且人潮聚集與廣播喇叭處均會受到干擾 [4]。在日本也有人針對該廠牌的輻射偵測器做電磁波與振動影響的實驗評比

下圖為林瑞珠女士比較同一房間不同位置的測量結果,可看出三台儀器的量測數值有明顯差距。筆者推測造成這樣的差異,原因可能有房屋內建材成分、偵測器與建材距離、偵測器品質與誤差、電磁波干擾等眾多原因所致。因此該類儀器的適合使用時機,應較適用於輻射屋與輻射物質的初步確認或是有較大規模核洩漏時警告用,若利用該類型的「入門款」儀器的數值作為判讀環境輻射的工具,應優先考量此類儀器的誤差過大且在測量範圍下限區域時易受干擾之限制。

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註:若要判斷核能設施是否有洩漏,除了以劑量來考慮以外,由於核電廠的核分裂產物以鈷-60、錳-54、碘-131、氙-133為主,和天然背景輻射的來源核種鉀-40、鈾-238、釷-232、銣-87及氡氣等截然不同,因此利用上述有提到的核種分析儀器會是恰當的作法。

圖片來源:2013台灣環境輻射地圖剪報 – 林瑞珠

每小時超過0.11μSv,就超標有危險嗎!?

進一步討論量測讀數的意義。近來開始聽到有人主張「根據國際輻射防護協會的標準,一般人每年累積輻射不能超過1毫西弗」 – 周振元或是「即使忍受容許基準的1毫西弗/年,台灣兩千萬人每年仍有1千人是因為擁有核電而致癌死亡。」- 劉黎兒

這樣的論點乍看之下是正確的,各國法規與許多研究指出致癌率與輻射劑量有正相關,且為簡化危險評估與防護判斷而採用無劑量低限值的假設模型(線性無閾值模型 LNT: linear non- threshold theory,關於進一步資訊,建議參考:輻射到底有多毒? – 三分鐘科學):以車諾比事件來說,白俄羅斯各地區居民在核災後的甲狀腺致癌比率有顯著提升 [5];一篇針對低劑量游離輻射與致癌風險的經典研究文獻指出,在日本原爆倖存者中,接受低劑量(5~125 mSv、平均34 mSv)輻射暴露者,會明顯增加癌症發生率(EER for group ≃ 0.025) [6];日本研究團隊也將小鼠長期(400天)曝露於低劑量(1.1 mGy/day)的γ射線,發現小鼠會因多種原發性腫瘤的產生而死亡 [7]。但是,相關研究所使用輻射劑量與所定義的「低劑量」輻射,仍至少數百倍於1 mSv/yr為標準的觀點。

而從國內外的法規與建議來看,我國的法規「游離輻射防護安全標準」第12條即規定:「輻射作業造成一般人之年劑量限度,依下列規定:一、有效劑量不得超過一毫西弗。[8]」而美國環保署(USEPA)也規範了一般大眾每年可接受的人工輻射為100 mRem(100 mRem = 1 mSv) [9],國際輻射防護委員會(ICRP)同時建議一般大眾每人每年的額外接受輻射劑量為1 mSv [10]。美國國家輻射防護和度量委員會(NCRP)亦建議,在有連續或頻繁曝露輻射的狀況下,每人每年的額外劑量限度為1 mSv,背景輻射與放射線醫療則不在此限。但若並非連續或頻繁曝露,則劑量限度可提高為每年5 mSv [11]。(註:有說法指出,以上研究文獻與建議有可能因核能相關產業龐大而左右研究成果,讀者需自行斟酌判斷,亦可參見STS領域的討論。)

以1 mSv/yr的標準來看,即為平均0.114 μSv/hr。似乎略低於上列民間組織在各地的輻射量測數值。也是「每小時0.11微西弗累積1年,就超標」這樣論點的主要依據。但仔細留意這樣的規定和建議,會發現這是對於人工輻射的限制,自然背景輻射、放射醫療其實並不在此限。

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先考慮自然背景輻射,由聯合國原子輻射效應科學委員會(UNSCEAR)與EPA的報告指出,全球天然輻射的有效劑量平均值為2.4 mSv/yr [12][13],換算為0.27 μSv/hr。而台灣地區的天然輻射值為1.62 mSv/yr [14],換算為平均0.18 μSv/hr。

圖表來源:台灣地區天然背景輻射介紹 – 陳清江「物理雙月刊」 (2001)

再進一步分析天然輻射的組成,亦有論點指出天然輻射應區分體內曝露與體外曝露,而在體外曝露的部分「超過0.07微西弗/時就是超標了」。分析天然輻射的組成,由下表可看出天然輻射劑量來自於宇宙射線、地表體外曝露、地表體內核種曝露、氡氣吸入與攝入的總和。若僅考量體外輻射曝露部分,則應採計前兩項的總和,因此可量測到的有效劑量應為 0.9 mSv/yr (全球平均0.85 mSv/yr),換算為平均0.103 μSv/hr (全球平均0.097 μSv/hr)。

但除了天然輻射以外,我們的環境中仍有人工造成的輻射物質(註:猜猜看人類引爆過多少顆核彈?),根據輻射偵測中心自民國81年至民國87年的報告指出,我國國民輻射劑量總值為平均2.44 mSv/yr [15] (全球平均 3.1 mSv/yr [16]、美國6.24 mSv/yr [17]、日本3.83 mSv/yr [18]),此數值為天然輻射與人造輻射的總和。而人造輻射又可細分為醫用輻射、放射性落塵、職業曝露、雜項射源及核子設施共五項。其中醫療用輻射比重最大,平均每人為0.81 mSv/yr,其餘四項總和則為0.01 mSv/yr [15],換算為0.001 μSv/hr,數值過小仍不足以影響結果。

圖片來源:輻射防護簡訊34 – 財團法人輻射防護協會 (1998)

因此,在忽略前文所提及之實驗儀器與測量方式的缺陷,而假設數據一定有效的前提下,以量測到「每小時0.11微西弗累積1年,就超標」這樣的論述做為輻射防護的安全標準,是對原始文獻有嚴重的錯誤解讀,更與大自然現狀相悖。

如果想進一步了解不同劑量的輻射的法規設定或是對於人體的影響等,筆者非常推薦由資料視覺化程式設計師李慕約所設計的「輻射劑量換算表」與癮科學所翻譯的「輻射劑量圖」。

 

為什麼官方數據還是低那麼多?

但是,若以前文所提到的台灣地區天然輻射體外曝露值(宇宙射線+地表體外曝露)為平均0.103 μSv/hr來看的話,原能會的全國環境監測所量到的各地數值卻在0.04~0.08 μSv/hr之間,這其中仍有相當大的落差值得進一步深究(謎之音:難道被產官學萬惡集合體給鬼隱了嗎?)

原能會的全國環境監測網站之數據來自於45個「環境加馬輻射偵測站」,設備組成為一個離地面一公尺左右的γ射線偵測器(主要使用型號為蓋革管 INER ERM-GB,亦有高壓游離腔 REUTER STOKE RSS131(User’s Manual)、比例計數器 IGS510A [19])以及資料收集模組和上網數據機。如果點進網頁看看這些環境監測站,均設置在戶外的露天金屬箱內。但地表體外曝露(地表加馬輻射)0.64 mSv/yr這項數值,其實是室內有效劑量0.57 mSv/yr與室外有效劑量 0.07 mSv/yr的加總 [14](註:室內較高的原因是因為天然建材中就會含有微量輻射)。因此,就過去的調查數據,戶外的的環境監測平均值應為0.33 mSv/yr,換算為0.038μSv/hr,以此數據來看,今日原能會在各地的實際環境監測數值則略高於此調查平均值。(註:今日環境監測的器材與過去調查用器材方法其實並不一樣,因此需再考量器材與方法所造成的差異,僅能作為一個初步的參考資料。)

另外,此處特別值得關注的是,本文所引用的台灣地區普查數據,多為1980~1995年間所量測完成,欠缺近20年來較新的研究報告。儘管是2012年的清大開放式課程教材仍採用1998年的調查結果。這可能是因為筆者資料搜尋能力不足,或是該調查數據確實沒有更新必要。筆者也訪談了幾位輻射防護領域的產學界工作者,得知其一原因是過去國內環境量測的主力之一陳清江教授,近年來已不再著力於全國性的輻射調查,導致相關資源與人力出現斷層。也因此,若想解釋上述實際環境監測數值高於過去調查平均值一事,除了歸因為尚無實證的核洩漏等疑慮以外,也須考量時隔20年後的全球環境改變及量測技術提升等諸多變因。

總結  (如果按了end懶得全部看完就直接看這一段吧…)

綜觀今日各官方與民間的輻射測量平台及近年能見度較高的相關論述。筆者認為:

  1. 參與輻射測量公民須優先面對不同型號儀器的設計規格與參數設定差異,並新增儀器校正步驟。需統一量測方式並多次測量以讓數據具有統計上的意義。且對於廉價儀器須留意誤差過高與在測量範圍下限區域時易受干擾之限制。
  2. 對於0.11 μSv/hr (1 mSv/yr)的超標論點,是對原始文獻及相關法規有嚴重的錯誤解讀,更與大自然現狀相悖,以此為論述者應盡速修正。
  3. 就現有各平台的輻射測量設備與已量測資料,無法看出與核能相關設施的地域相關性,所量測的數值也低於世界天然輻射背景值,因此仍不足以佐證「國內核能設施有洩漏」以及「台灣輻射劑量高而導致癌症」等類似論點。
  4. 對於原能會的全國環境監測,儘管有定期校正且量測即時,但測量數據因受儀器限制無法真實反映人體實際吸收數值,應該清楚說明量測數值(體外曝露)涵義,另建議可再加上宇宙射線、體內曝露、氡氣、人工輻射的參考值以方便民眾了解環境現狀。
  5. 台灣地區的自然及人工輻射普查報告均已歷時過久,且可能有學術研究的人力斷層。鑒於近年來興起的諸多環境輻射關注,筆者認為原能會或國內輻射防護相關科系可考慮更詳細說明研究成果或重新調查國內自然及人工的輻射現況。

後記

核能存廢議題在這幾年來有著相當激烈的討論與吵架,但是就算我國未來決定停止使用核能,我們仍須面對已經製造出來的核廢料、放射線應用的原料與副產物,以及周遭國家核子設施的洩漏風險。也因此,一個有效、易懂且可信的環境輻射監測平台,除有助於健康安全的把關,也可以避免不必要的憂慮而造成的資源浪費與心理壓力。希望本篇文章能有助於關心此議題的朋友釐清現狀,遏止錯誤的論述散布,並為推動各輻射監測平台改良盡棉薄之力。

我們處於令人傷心的年代,化解偏見比分解原子還難。   愛因斯坦
It is a sad age when it is more difficult to break a prejudice than an atom.  Albert Einstein

參考資料與推薦閱讀

  1. 關於Safecast,他們將政府、非政府與公民科學家的核輻射監測資料整合在網站上,以減少輻射監測的缺口,並以集資創業的方式在日本各地增設輻射測量裝置,想進一步了解,你可以參考「Safecast:改善日本的輻射監測 – 泛科學」這篇文章的介紹。
  2. 游離輻射的來源 – 張寶樹 (2013)
  3. Cathode ray tube「Wikipeida」
  4. 此計畫使用輻射偵測器介紹 – 台灣環境輻射地圖
  5. Howe, Geoffrey R. “Lung cancer mortality between 1950 and 1987 after exposure to fractionated moderate-dose-rate ionizing radiation in the Canadian fluoroscopy cohort study and a comparison with lung cancer mortality in the atomic bomb survivors study.” Radiation research 142.3 (1995): 295-304.
  6. Brenner, David J., et al. “Cancer risks attributable to low doses of ionizing radiation: assessing what we really know.” Proceedings of the National Academy of Sciences 100.24 (2003): 13761-13766.
  7. Tanaka III, I. B., et al. “Cause of death and neoplasia in mice continuously exposed to very low dose rates of gamma rays.” Radiation research 167.4 (2007): 417-437.
  8. 游離輻射防護安全標準 – 行政院原子能委員會
  9. Radiation Protection / Health Effect – USEPA
  10. “The 2007 Recommendations of the International Commission on Radiological Protection”. Annals of the ICRP. ICRP publication 103 37 (2–4). 2007. (註:有中文版 part 1, part 2)
  11. Recent Applications of the NCRP Public Dose Limit Recommendation for Ionizing Radiation – NCRP (2004)
  12. Report of the United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation to the General Assembly – UNSCEAR
  13. Sources and Effects of Iopnizing Radiation Vol.2 – UNSCEAR (2008)
  14. 台灣地區天然背景輻射介紹 – 陳清江「物理雙月刊」 (2001)
  15. 輻射防護簡訊34 – 財團法人輻射防護協會 (1998)
  16. Sources and Effects of Ionizing Radiation Vol.1 – UNSCEAR (2008)
  17. Ionizing Radiation Exposure of the Population of the United States – NCRP (2012)
  18. “Radiation in environment” – Ministry of Education, Culture, Sports, Science, and Technology of Japan (1992)
  19. 台灣地區核能設施環境輻射監測年報 101年1月至12月 – 行政院原子能委員會輻射偵測中心
  20. 輻射其實離我們很近—輻射與生活 – 張仕康、門立中「科學月刊」 (2011)
  21. 日本輻射外洩,會影響我們嗎? – 李明揚「科學人雜誌」 (2011)
  22. 漫談生活中的輻射 – 中華民國核能學會 (2003)
  23. 火力發電比核電害死更多人? – 彭明輝 (2013)
  24. 核能發電已經拯救上百萬人的生命 – 張清浩「泛科學」 (2013)
  25. Radiobiology for the Radiologist 7th – Eric J. Hall (2012)
  26. 分子輻射生物學 – 黃正仲 (2011)
  27. Principles of Radiation Interactions – MIT Open Course Ware (2004)

關於輻射量測的原理,由於寫再多字也不會有稿費已經有許多成熟的教材與學術文獻,整理如下以供有興趣進一步了解的朋友使用:

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文章難易度
廖英凱
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非典型的不務正業者,對資訊與真相有詭異的渴望與執著,夢想能做出鋼鐵人或心靈史學。 https://www.ykliao.tw/

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ECU: 汽車大腦的演化與挑戰
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/07/02 ・3793字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本文與 威力暘電子 合作,泛科學企劃執行。

想像一下,當你每天啟動汽車時,啟動的不再只是一台車,而是一百台電腦同步運作。但如果這些「電腦」突然集體當機,後果會有多嚴重?方向盤可能瞬間失靈,安全氣囊無法啟動,整台車就像失控的高科技廢鐵。這樣的「系統崩潰」風險並非誇張劇情,而是真實存在於你我日常的駕駛過程中。

今天,我們將深入探討汽車電子系統「逆天改運」的科學奧秘。究竟,汽車的「大腦」—電子控制單元(ECU),是如何從單一功能,暴增至上百個獨立系統?而全球頂尖的工程師們,又為何正傾盡全力,試圖將這些複雜的系統「砍掉重練」、整合優化?

第一顆「汽車大腦」的誕生

時間回到 1980 年代,當時的汽車工程師們面臨一項重要任務:如何把汽油引擎的每一滴燃油都壓榨出最大動力?「省油即省錢」是放諸四海皆準的道理。他們發現,關鍵其實潛藏在一個微小到幾乎難以察覺的瞬間:火星塞的點火時機,也就是「點火正時」。

如果能把點火的精準度控制在「兩毫秒」以內,這大約是你眨眼時間的百分之一到千分之一!引擎效率就能提升整整一成!這不僅意味著車子開起來更順暢,還能直接省下一成的油耗。那麼,要如何跨過這道門檻?答案就是:「電腦」的加入!

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工程師們引入了「微控制器」(Microcontroller),你可以把它想像成一顆專注於特定任務的迷你電腦晶片。它能即時讀取引擎轉速、進氣壓力、油門深度、甚至異常爆震等各種感測器的訊號。透過內建的演算法,在千分之一秒、甚至微秒等級的時間內,精準計算出最佳的點火角度,並立刻執行。

從此,引擎的性能表現大躍進,油耗也更漂亮。這正是汽車電子控制單元(ECU)的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)。

汽車電子控制單元的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)/ 圖片來源:shutterstock

ECU 的失控暴增與甜蜜的負荷

第一顆 ECU 的成功,在 1980 年代後期點燃了工程師們的想像:「這 ECU 這麼好用,其他地方是不是也能用?」於是,ECU 的應用範圍不再僅限於點火,燃油噴射量、怠速穩定性、變速箱換檔平順度、ABS 防鎖死煞車,甚至安全氣囊的引爆時機……各種功能都交給專屬的 ECU 負責 。

然而,問題來了:這麼多「小電腦」,它們之間該如何有效溝通?

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為了解決這個問題,1986 年,德國的博世(Bosch)公司推出了一項劃時代的發明:控制器區域網路(CAN Bus)。你可以將它想像成一條專為 ECU 打造的「神經網路」。各個 ECU 只需連接到這條共用的線路上,就能將訊息「廣播」給其他單元。

更重要的是,CAN Bus 還具備「優先通行」機制。例如,煞車指令或安全氣囊引爆訊號這類攸關人命的重要訊息,絕對能搶先通過,避免因資訊堵塞而延誤。儘管 CAN Bus 解決了 ECU 之間的溝通問題,但每顆 ECU 依然需要獨立的電源線、接地線,並連接各種感測器和致動器。結果就是,一輛汽車的電線總長度可能達到 2 到 4 公里,總重量更高達 50 到 60 公斤,等同於憑空多載了一位乘客的重量。

另一方面,大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。更別提這些密密麻麻的線束,簡直是設計師和維修技師的惡夢。要檢修這些電子故障,無疑讓人一個頭兩個大。

大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。/圖片來源:shutterstock

汽車電子革命:從「百腦亂舞」到集中治理

到了2010年代,汽車電子架構迎來一場大改革,「分區架構(Zonal Architecture)」搭配「中央高效能運算(HPC)」逐漸成為主流。簡單來說,這就像在車內建立「地方政府+中央政府」的管理系統。

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可以想像,整輛車被劃分為幾個大型區域,像是車頭、車尾、車身兩側與駕駛艙,就像數個「大都會」。每個區域控制單元(ZCU)就像「市政府」,負責收集該區所有的感測器訊號、初步處理與整合,並直接驅動該區的馬達、燈光等致動器。區域先自理,就不必大小事都等中央拍板。

而「中央政府」則由車用高效能運算平台(HPC)擔任,統籌負責更複雜的運算任務,例如先進駕駛輔助系統(ADAS)所需的環境感知、物體辨識,或是車載娛樂系統、導航功能,甚至是未來自動駕駛的決策,通通交由車輛正中央的這顆「超級大腦」執行。

乘著這波汽車電子架構的轉型浪潮中, 2008 年成立的台灣本土企業威力暘電子,便精準地切入了這個趨勢,致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台。他們專精於開發電子排檔、多功能方向盤等各式汽車電子控制模組。為了確保各部件之間的溝通順暢,威力暘提供的解決方案,就像是將好幾個「分區管理員」的職責,甚至一部分「超級大腦」的功能,都整合到一個更強大的硬體平台上。

這些模組不僅擁有強大的晶片運算能力,可同時支援 ADAS 與車載娛樂,還能兼容多種通訊協定,大幅簡化車內網路架構。如此一來,車廠在追求輕量化和高效率的同時,也能顧及穩定性與安全性。

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2008 年威力暘電子致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台 /圖片來源:shutterstock

萬無一失的「汽車大腦」:威力暘的四大策略

然而,「做出來」與「做好」之間,還是有差別。要如何確保這顆集結所有功能的「汽車大腦」不出錯?具體來說,威力暘電子憑藉以下四大策略,築起其產品的可靠性與安全性:

  1. AUTOSAR : 導入開放且標準化的汽車軟體架構 AUTOSAR。分為應用層、運行環境層(RTE)和基礎軟體層(BSW)。就像在玩「樂高積木」,ECU 開發者能靈活組合模組,專注在核心功能開發,從根本上提升軟體的穩定性和可靠性。
  2. V-Model 開發流程:這是一種強調嚴謹、能在早期發現錯誤的軟體開發流程。就像打勾 V 字形般,左側從上而下逐步執行,右側則由下而上層層檢驗,確保每個階段的安全要求都確實落實。
  3. 基於模型的設計 MBD(Model-Based Design) 威力暘的工程師們會利用 MatLab®/Simulink® 等工具,把整個 ECU 要控制的系統(如煞車),用數學模型搭建起來,然後在虛擬環境中進行大量的模擬和測試。這等於在實體 ECU 誕生前,就能在「數位雙生」世界中反覆演練、預先排除設計缺陷,,並驗證安全機制是否有效。
  4. Automotive SPICE (ASPICE) : ASPICE 是國際公認的汽車軟體「品質管理系統」,它不直接評估最終 ECU 產品本身的安全性,而是深入檢視團隊在軟體開發的「整個過程」,也就是「方法論」和「管理紀律」是否夠成熟、夠系統化,並只根據數據來評估品質。

既然 ECU 掌管了整輛車的運作,其能否正常運作,自然被視為最優先項目。為此,威力暘嚴格遵循汽車業中一本堪稱「安全聖經」的國際標準:ISO 26262。這套國際標準可視為一本針對汽車電子電氣系統(特別是 ECU)的「超嚴格品管手冊」和「開發流程指南」,從概念、設計、測試到生產和報廢,都詳細規範了每個安全要求和驗證方法,唯一目標就是把任何潛在風險降到最低

有了上述這四項策略,威力暘確保其產品從設計、生產到交付都符合嚴苛的安全標準,才能通過 ISO 26262 的嚴格檢驗。

然而,ECU 的演進並未就此停下腳步。當ECU 的數量開始精簡,「大腦」變得更集中、更強大後,汽車產業又迎來了新一波革命:「軟體定義汽車」(Software-Defined Vehicle, SDV)。

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軟體定義汽車 SDV:你的愛車也能「升級」!

未來的汽車,會越來越像你手中的智慧型手機。過去,車輛功能在出廠時幾乎就「定終身」,想升級?多半只能換車。但在軟體定義汽車(SDV)時代,汽車將搖身一變成為具備強大運算能力與高速網路連線的「行動伺服器」,能夠「二次覺醒」、不斷升級。透過 OTA(Over-the-Air)技術,車廠能像推送 App 更新一樣,遠端傳送新功能、性能優化或安全修補包到你的車上。

不過,這種美好願景也將帶來全新的挑戰:資安風險。當汽車連上網路,就等於向駭客敞開潛在的攻擊入口。如果車上的 ECU 或雲端伺服器被駭,輕則個資外洩,重則車輛被遠端鎖定或惡意操控。為了打造安全的 SDV,業界必須遵循像 ISO 21434 這樣的車用資安標準。

威力暘電子運用前面提到的四大核心策略,確保自家產品能符合從 ISO 26262 到 ISO 21434 的國際認證。從品質管理、軟體開發流程,到安全認證,這些努力,讓威力暘的模組擁有最高的網路與功能安全。他們的產品不僅展現「台灣智造」的彈性與創新,也擁有與國際大廠比肩的「車規級可靠度」。憑藉這些實力,威力暘已成功打進日本 YAMAHA、Toyota,以及歐美 ZF、Autoliv 等全球一線供應鏈,更成為 DENSO 在台灣少數核准的控制模組夥伴,以商用車熱系統專案成功打入日系核心供應鏈,並自 2025 年起與 DENSO 共同展開平台化量產,驗證其流程與品質。

毫無疑問,未來車輛將有更多運作交由電腦與 AI 判斷,交由電腦判斷,比交由人類駕駛還要安全的那一天,離我們不遠了。而人類的角色,將從操作者轉為監督者,負責在故障或斷網時擔任最後的保險。透過科技讓車子更聰明、更安全,人類甘願當一個「最弱兵器」,其實也不錯!

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進軍太空產業!SpaceX 啟航,台灣太空中心佈局低軌衛星供應鏈——當商用電子產品從地面上太空,必經哪些環境測試?
宜特科技_96
・2024/12/02 ・4777字 ・閱讀時間約 9 分鐘

低軌衛星引爆全球商機,全球太空經濟在 2040 年預計突破 1 兆美元,許多國家跟科技大廠都加速投入太空市場,台灣也成立太空國家隊。但面對火箭與太空環境嚴苛的考驗,如何在地面模擬測試,使產品能在軌道順利運行?

本文轉載自宜特小學堂〈從地面到太空 商用衛星電子零組件必經的測試〉,如果您對半導體產業新知有興趣,歡迎按下右邊的追蹤,就不會錯過宜特科技的最新文章!

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自從 1957 年第一顆人造衛星發射後,現今已有近萬顆衛星在太空飛行,並且數量持續增加中。衛星已經跟我們的日常生活密不可分,例如地圖導航、實況轉播等,另外.俄烏戰爭中使用「星鏈」衛星通訊連網,台灣也在今年四月的花蓮地震首次使用低軌衛星技術,協助災區通訊。因此,發展衛星科技除了民生用途,也深具國家安全考量。

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台灣從 2019 年到 2029 年,於第 3 期「國家太空科技發展長程計畫」投入超過新台幣 400 億元,進行低軌通訊衛星的研製、規劃國家發射場與人才培育。工研院估算,至 2030 年全球每年將發射 1,700 顆衛星升空,屆時將創造至少 4,000 億美元的產值。根據美國衛星產業協(Satellite Industry Association)預計,全球太空經濟在 2040 年更有望突破 1 兆美元,其中衛星產業占比上看 88%,達 9,252 億美元。

衛星按軌道高度可分成低軌(LEO<2,000 Km)、中軌(MEO<10,000 Km)以及地球同步軌道衛星(GEO~35,800 Km),重量從幾公斤到數百公斤不等,其中 SpaceX Starlink 低軌通訊衛星近年轉商業化,開啟了新太空經濟模式。另外立方衛星(CubeSat)造價門檻相對低,成為切入衛星技術研究的熱門標的。衛星產業鏈日趨成熟,以及衛星發射和製造成本的降低,帶來龐大的太空商機,相應的電子零組件需求亦隨之增加,讓不少廠商對邁向太空市場摩拳擦掌。

衛星依據軌道高度的分類。圖/宜特科技

衛星是由幾個次系統整合而成,包含姿態控制、電力、熱控、通訊、推進和酬載(Payload)…等。例如遙測衛星(Remote Sensing Satellite),它的功能是繞地球軌道拍攝照片,其中姿態控制次系統使鏡頭能維持對著地球方向;影像感測器則是攝取影像的酬載,電力次系統負責電力儲存與電源管理,最後將照片透過通訊次系統傳回地面。

衛星內部有我們熟知的各種電子零組件,正統太空規的電子零組件要價不斐,且某些零件因各國管制政策不易取得,而商用現貨(Commercial Off-the-Shelf,簡稱 COTS),例如電腦、手機和汽車採用的電子零組件,價格親民、性能良好,供貨也較充沛,近年採用 COTS 執行太空任務是相當熱門的趨勢。

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衛星的次系統。圖/宜特科技

那麼,COTS 電子零組件要上太空,必須經過哪些驗證測試?本文將從火箭發射環境、太空環境,逐一說明 COTS 欲跨入太空應用將面臨的挑戰和驗證測試方式。

3.2.1 發射!火箭發射對電子零組件的影響

1. 振動測試

衛星在地面製造組裝,需考量溫度、濕度、粉塵汙染等影響;組裝好的衛星搭乘火箭從地面發射,首先會承受火箭的劇烈振動,振動測試機可以在地面模擬火箭發射,以垂直與水平方向進行振動測試。不同的火箭有不同的振動大小,例如美國 SpaceX 獵鷹重型火箭的振動測試參數,以每秒鐘 10~2,000 次的振動頻率,重力加速度到幾十倍,振動測試可用來確認衛星或電子零組件在經歷發射過程仍能正常運作。

美國 SpaceX 獵鷹重型火箭發射。圖/p.7, SPACE X FALCON USER’s GUIDE, August 2021

立方衛星振動測試。圖/Sat Search

2. 音震測試

火箭發射過程會產生音震(Acoustic Noise),尤其是面積大且薄的零件,特別容易受音震影響,例如太陽能電池板,天線面板等。音震可能會使這些零件破裂、機構損壞、功能異常。音震艙就是用來模擬火箭所產生的音震,測試時將液態氮汽化,此時液態氮體積會瞬間膨脹數百倍產生巨大壓力,再經由喇叭將氣流動能轉為聲波導入音震艙,測試音震艙內的衛星或零件。

音震艙測試。圖/European Space Agency

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3. 衝擊測試

當火箭離開地面抵達一定的高度時,各節火箭引擎開始陸續分離,接著整流罩展開釋放衛星入軌,這些過程都會產生衝擊(Shock),對衛星內部零件的焊接點、晶片,或其他脆性材料都是嚴苛的考驗。因此需要在地面先進行衝擊測試,了解衛星與其電子零組件對巨大衝擊的耐受程度。

火箭整流罩打開釋放衛星。圖/German Aerospace Center 

衝擊測試。圖/金頓

4. 電磁相容性測試

此外,因為各種電子零組件集中在火箭狹小空間內,衛星跟火箭之間的電磁干擾可能會影響任務,因此衛星在發射前也需經過電磁相容性測試(EMC),確保衛星所使用的電子零組件不會與火箭之間互相干擾。

電磁相容性測試。圖/ European Space Agency

  1. 熱真空循環測試

低軌衛星以每秒七公里的時速飛行,大約九十分鐘繞行地球一圈,衛星繞軌飛行處於真空環境,同時也會面臨溫差挑戰,當衛星被太陽正面照射時,其溫度高達攝氏 120 度,遠離太陽時,溫度可能低到零下 120 度。另外,真空環境可能使電子零組件因散熱不良燒毀,真空低壓也會造成零組件材料分解、腔體洩漏(Leak),或是零組件釋氣(Outgassing)產生汙染。

熱真空循環測試(Thermal Vacuum Cycling Test)可模擬太空環境真空狀態與溫度變化,測試時會將衛星或電子零組件架設於極低壓力的真空艙內,再經設備以輻射、傳導方式對衛星或電子零組件升降溫以模擬太陽照射,此時衛星或電子零組件處於通電運作狀態,須即時監控觀察其功能是否正常。熱真空循環通常測試為期一週甚至更長,也是衛星或電子零組件常見的失效項目。

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熱真空艙測試。圖/TriasRnD

  1. 輻射測試

少了大氣層的保護,電子零組件在太空環境會直接面對輻射的衝擊。以地球軌道而言,輻射環境包含輻射帶(Van Allen Belts)、銀河宇宙射線(Galactic Cosmic Rays,簡稱GCR)以及太陽高能粒子(Solar Energetic Particles,簡稱SEP),這些輻射環境充斥大量的電子、質子,以及少數的重離子(Heavy Ion)等,若擊中衛星的電子零組件可能造成資料錯亂(Upset)、當機,甚至永久性故障。衛星在軌道運行壽命短則幾個月,長則數十年,衛星在軌道運行時間越長,受輻射衝擊影響就越大。

地球軌道輻射環境。圖/宜特科技

輻射對電子零組件的影響有以下三大類:

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太空輻射對電子零組件的三大效應。圖/ESA

  1. 總電離劑量效應(Total Ionizing Dose Effect,簡稱TID)

電子零組件在太空環境長期累積大量質子與電子輻射是 TID 效應的主因, TID 會造成 MOS 電晶體 Threshold Voltage 緩慢飄移,零件漏電因此逐漸增加,漏電嚴重時則會導致零件燒毀。衛星可視為大型的無線行動裝置,依賴太陽能蓄電,電力相當珍貴,若衛星內諸多的電子零件都在漏電,將造成衛星電力不足而失聯或失控。

  1. 位移損傷效應(Displacement Damage,簡稱DD)

質子對電子零組件會產生另一種非輻射效應,稱為位移損傷效應(DD),屬長期累積大量質子的物理性損傷,質子會將半導體零件內的矽原子打出晶格外,形成半導體的缺陷,零件漏電也會逐漸增加,其中光電零件對 DD 效應較敏感,例如影像感測元件,DD 會造成影像品質降低,另外也會使衛星使用的太陽能電池(Solar Cell)轉換效率下降。

  1. 單一事件效應(Single Event Effect,簡稱SEE) 

TID 與 DD 可以看成慢性病,是電子零組件長期在軌累積大量質子與電子作用所造成的漏電效應,SEE 就是屬於急性症狀,隨機發生又難以預測。質子與重離子都會造成電子零組件的 SEE 效應,而重離子比質子更容易引發 SEE,太空環境的重離子數量雖然相對少,但殺傷力強,一顆重離子就可能使電子零組件當機或損壞。

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SEE 造成的故障可分成 Soft ERROR 與 Hard Error 兩大類。 Soft Error 的徵狀為資料錯亂、當機、功能異常等,重啟電路可恢復其運作,但若電子零組件對輻射很敏感,當機頻率過高則會影響任務執行,因此需以輻射測試評估其事件率(Event Rate)。Hard Error 則是永久性故障,例如重離子容易引發半導體零件栓鎖(Latch-Up)現象,若沒有對應機制,零件可能因大電流燒毀,因此 SEL (Single Event Latch-Up)是太空電子零件輻射耐受度最重要的指標之一。

單一事件效應的各種現象。圖/宜特科技

太空環境有各種能量的粒子,包含:質子、電子、重離子…,能量越高的粒子可穿透越厚的物質或外殼。低能量的粒子可被衛星外殼(鋁)阻擋,但衛星發射成本主要以重量計價,外殼厚度相當有限(通常為幾毫米厚的鋁材);而高能量的粒子則會穿透衛星外殼,影響電子零組件運作,因故使用於太空環境的電子零組件必定會被輻射影響,在上太空前必須經過輻射測試評估其特性。COTS 電子零組件,都有一定的抗輻射能力,但是必須經測試了解輻射耐受度是否適用於太空任務需求。

美國 NASA 的太空輻射實驗室。圖/NASA

COTS 電子零組件上太空前必須經過「發射環境測試」,包括模擬火箭發射時所產生的振動、音震、衝擊、電磁相容性測試,以及太空環境熱真空循環和輻射測試等,更多的測試項目就不一一細數,通過這些測試後,更重要的是取得「飛行履歷」(Flight Heritage),將產品發射上太空,若能成功執行各種任務,取得越多飛行履歷,產品的身價就越高,太空產業非常重視飛行履歷,飛行履歷也是產品的最佳保證書!

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宜特是亞洲最完整的太空環境測試第三方實驗室, 2019 年與國研院太空中心合作推動台灣太空產業發展。自 2021 年加入台灣太空輻射環境驗測聯盟以來,我們已完成多種電子零組件的輻射測試,涵蓋了類比、數位、記憶體、射頻等。我們將持續建構更完整的太空環境驗證測試能量,提供一站式服務。協助廠商可專注於產品的設計與製造。

本文出自 www.istgroup.com

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宜特科技_96
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為什麼會被陽光曬傷?光有能量的話,為什麼照日光燈沒事?
PanSci_96
・2024/05/05 ・3185字 ・閱讀時間約 6 分鐘

唉!好曬呀!前兩集,一些觀眾發現我曬黑了。

在臺灣,一向不缺陽光。市面上,美白、防曬廣告亦隨處可見,不過,為什麼我們會被陽光曬傷呢?卻又好像沒聽過被日光燈曬傷的事情?

事實上,這也跟量子力學有關,而且和我們今天的主題密切連結。

之前我們討論到量子概念在歷史上的起點,接下來,我們會進一步說明,量子概念是如何被發揚光大,以及那個男人的故事。

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光電效應

在量子力學發展過程中,光電效應的研究是非常重要的轉捩點。

光電效應指的是,當一定頻率以上的光或電磁波照射在特定材料上,會使得材料發射出電子的現象。

在 19 世紀後期,科學家就已經發現某個奇特的現象:使用光(尤其是紫外線)照射帶負電的金屬板,會使金屬板的負電消失。但當時他們並不清楚背後原理,只猜測周遭氣體可能在紫外線的照射下,輔助帶負電的粒子從金屬板離開。

光電效應示意圖。圖/wikimedia

於是 1899 年,知名的英國物理學家 J. J. 湯姆森將鋅板放置在低壓汞氣之中,並照射紫外線,來研究汞氣如何幫助鋅板釋放負電荷,卻察覺這些電荷的性質,跟他在兩年前(1897 年)從放射線研究中發現的粒子很像。

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它們是比氫原子要輕約一千倍、帶負電的微小粒子,也就是我們現在稱呼的電子。

1902 年,德國物理學家萊納德發現,即使是在抽真空的玻璃管內,只要照射一定頻率以上的光,兩極之間便會有電流通過,電流大小跟光的強度成正比,而將光線移除之後,電流也瞬間消失。

到此,我們所熟知的光電效應概念才算完整成型。

這邊聽起來好像沒什麼問題?然而,若不用現在的量子理論,只依靠當時的物理知識,很難完美解釋光電效應。因為根據傳統理論,光的能量多寡應該和光的強度有關,而不是光的頻率。

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如果是光線把能量傳給電子,讓電子脫離金屬板,那為什麼需要一定頻率以上的光線才有用呢?比如我們拿同樣強度的紫外線跟紅外線去照射,會發現只有照射紫外線的金屬板才會產生電流。而且,當紫外線的頻率越高,電子的能量就越大。

另一方面,若我們拿很高強度的紅外線去照射金屬板,會發現無論如何都不會產生電流。但如果是紫外線的話,就算強度很低,還是會瞬間就產生電流。

這樣難以理解的光電效應,使得愛因斯坦於 1905 年一舉顛覆了整個物理學界,並建立了量子力學的基礎。

光電效應的解釋

為了解釋光電效應,愛因斯坦假設,電磁波攜帶的能量是以一個個帶有能量的「光量子」的形式輻射出去。並參考先前普朗克的研究成果,認為光量子的能量 E 和該電磁波的頻率 ν 成正比,寫成 E=hν,h 是比例常數,也是我們介紹過的普朗克常數。

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在愛因斯坦的詮釋下,電磁波的頻率越高,光子能量就越大,所以只要頻率高到一定程度,就能讓電子獲得足以逃脫金屬板的能量,形成電流;反過來說,如果電磁波的頻率不夠高,電子無法獲得足夠能量,就無法離開金屬板。

這就像是巨石強森一拳 punch 能把我打昏,但如果有個弱雞用巨石強森百分之一的力道打我一百拳,就算加起來總力道一樣,我是不會被打昏,大概也綿綿癢癢的,不覺得受到什麼傷害一樣。

而當電磁波的強度越強,代表光子的數目越多,於是脫離金屬板的電子自然變多,電流就越大。就如同我們挨了巨石強森很多拳,受傷自然比只挨一拳要來得重。

雖然愛因斯坦對光電效應的解釋看似完美,但是光量子的觀點實在太過激進,難以被當時的科學家接受,就連普朗克本人對此都不太高興。

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對普朗克來說,基本單位能量 hν,是由虛擬的「振子」發出的;但就愛因斯坦而言,電磁波本身的能量就是一個個光量子,或現在所謂的「光子」。

然而,電磁波屬於波動,直觀來說,波是綿延不絕地擴散到空間中,怎麼會是一個個攜帶最小基本單位能量的能量包呢?

美國物理學家密立根就堅信愛因斯坦的理論是錯的,並花費多年時間進行光電效應的實驗研究。

到了 1914 年,密立根發表了世界首次的普朗克常數實驗值,跟現在公認的標準數值 h=6.626×10-34 Js(焦耳乘秒)相距不遠。

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在論文中,密立根更捶心肝(tuî-sim-kuann)表示,實驗結果令人驚訝地與愛因斯坦那九年前早就被人拋棄的量子理論吻合得相當好。

這下子,就算學界不願相信愛因斯坦也不行了。愛因斯坦也因為在光電效應的貢獻,獲得 1921 年的諾貝爾物理獎。

1921 年,愛因斯坦獲得諾貝爾物理學獎之後的官方肖像。圖/wikimedia

光電效應的應用

在現代,光電效應的用途廣泛。我們日常生活中常見的太陽能發電板,利用的就是光電效應的一種,稱為光生伏打效應,材料內部的電子在吸收了光子的能量後,不是放射到周遭空間,而是在材料內部移動,形成正負兩極,產生電流。

而會不會曬傷也跟光子的能量有關。

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曬傷是皮膚受到頻率夠高的太陽光,也就是紫外線裡的 UVB 輻射造成的損傷。這些光子打到皮膚,會讓 DNA 分子裡構成鍵結的電子逃逸,引起皮膚細胞中 DNA 的異常變化,導致細胞損傷和免疫反應,這就是為什麼曬傷後皮膚會出現紅腫、疼痛和發炎的原因。

而頻率較低的光線,因為光子能量偏低,所以就不太會造成傷害,這也是為什麼我們沒聽過被日光燈曬傷這種事。

結語

從 17 世紀後半,惠更斯和牛頓各自提出光的波動說和微粒說開始,人們就聚焦於光到底是波動還是粒子的大哉問;19 世紀初,湯瑪士.楊用雙狹縫干涉實驗顯示了光的波動性,而到 19 世紀中後期,光屬於電磁波的結論終於被馬克士威和赫茲分別從理論和實驗兩方面確立。

經過約莫兩百年的研究發展,世人才明白,光是一種波動。

怎知,沒過幾年,愛因斯坦就跳出來主張光的能量由一個個的光量子攜帶,還通過實驗的檢驗——光又成為粒子了。

物理學家不得不承認,光具有波動和粒子兩種性質,而會呈現哪一種特性則依情況而定,稱為光的波粒二象性。

愛因斯坦於 1905 年提出的光量子概念,顛覆了傳統認為波動和粒子截然二分的觀點,將光能量量子化的詮釋也被實驗印證,在那之後,除了光的能量之外,還有其他物理量被發現是「量子化」的,像是電荷。

我們現在知道,電荷也有個基本單位,就是單一電子攜帶的電荷大小。

儘管之後又發現組成原子核的夸克,具有 -1/3 和 +2/3 單位的基本電荷,但並沒有改變電荷大小是不連續的這件事,並不是要多少的電量都可以。

如果你覺得很奇怪,不妨想想,我們用肉眼看會覺得身體的每一個部位都是連續的,但其實在微觀尺度,身體也是由一個個很小的原子和分子組成,只是我們根本看不出來,才覺得是連續的。

光子的能量和電荷的大小,其實也是像這樣子,細分下去就會發現具有最基本的單位,不是連續的。

事實上,量子力學在誕生之後,一直不斷地為人們帶來驚喜,簡直就是物理學界突然闖進一隻捉摸不定的貓。我們下一個故事,就要來聊量子力學發展過程中,打破世間常識的某個破天荒假說,而假說的提出者,是大學原本主修歷史和法律,擁有歷史學士學位,但後來改念物理,並憑藉博士論文用 5 年時間就拿到諾貝爾物理學獎的德布羅意。

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