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芝加哥即將成為「超導」都市

昱夫
・2014/07/19 ・687字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 565 ・九年級

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

chicagoplann
credit: ComEd

你可以想像把城市裡的電線換成超導體嗎?美國的電力供應商聯邦愛迪生(Commonwealth Edison, ComEd)宣布,他們將在芝加哥的部分市區裝設地下超導電纜!

在供電網複雜的城市裡,一旦遇上突發事件使部分電路失效,大量電流便會轉移向其他電路輸送,過量的電流會造成其他電路超載,進一步癱瘓整個供電網。著名的案例像是2012年,珊迪颶風侵襲美國東岸,對紐約這類大都市帶來莫大傷害,不止人員傷亡慘重,斷電造成的經濟損失更是無法估計。

為了解決這個問題,美國國土安全部(Department of Homeland Security, DHS)挹注經費給聯邦愛迪生公司,將在芝加哥現有的地下電纜旁加設超導電纜[1]。超導電纜比起一般電路,具備更高的電流負載量,當一般電路發生問題,超導電纜便可作為備用通路,負荷突然暴增的電流量,避免更大規模的斷電。此舉不只是能減緩因缺電帶來的經濟損失,在安全考量上,也能預防大都市在陷入斷電狀態而增加的犯罪死角。

計劃中使用的超導電纜是由美國超導公司(American Superconductor)發展的”Amperium”高溫超導線(超導轉換溫度:90K)[2],以合金(氧化釔鋇銅)層壓製成,比起相同尺寸的銅線,可以負荷將近其兩百倍的電流量[3]。不過超導電纜的成本也比一般導線來的高,礙於經費,此計劃目前只預計在芝加哥的部分區域配置。

延伸閱讀:

參考資料:

  1. ComEd to Partner with AMSC on Superconductor-based Resilient Electric Grid System
  2. Effect of Temperature and Magnetic Field on Amperium Wire Performance
  3. Amperium Brass Laminated Wire

資料來源:Chicago planning to lay superconducting cable to recent power outage in the Loop [July 17, 2014]

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昱夫
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PanSci實習編輯~目前就讀台大化學所,研究電子與質子傳遞機制。微~蚊氫,在宅宅的實驗室生活中偶爾打點桌球,有時會在走廊上唱歌,最愛929。

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用這劑補好新冠預防保護力!防疫新解方:長效型單株抗體適用於「免疫低下族群預防」及「高風險族群輕症治療」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2023/01/19 ・2874字 ・閱讀時間約 5 分鐘

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

本文由 台灣感染症醫學會 合作,泛科學企劃執行。

  • 審稿醫生/ 台灣感染症醫學會理事長 王復德

「好想飛出國~」這句話在長達近 3 年的「鎖國」後終於實現,然而隨著各國陸續解封、確診消息頻傳,讓民眾再度興起可能染疫的恐慌,特別是一群本身自體免疫力就比正常人差的病友。

全球約有 2% 的免疫功能低下病友,包括血癌、接受化放療、器官移植、接受免疫抑制劑治療、HIV 及先天性免疫不全的患者…等,由於自身免疫問題,即便施打新冠疫苗,所產生的抗體和保護力仍比一般人低。即使施打疫苗,這群病人一旦確診,因免疫力低難清除病毒,重症與死亡風險較高,加護病房 (ICU) 使用率是 1.5 倍,死亡率則是 2 倍。

進一步來看,部分免疫低下病患因服用免疫抑制劑,使得免疫功能與疫苗保護力下降,這些藥物包括高劑量類固醇、特定免疫抑制之生物製劑,或器官移植後預防免疫排斥的藥物。國外臨床研究顯示,部分病友打完疫苗後的抗體生成情況遠低於常人,以器官移植病患來說,僅有31%能產生抗體反應。

疫苗保護力較一般人低,靠「被動免疫」補充抗新冠保護力

為什麼免疫低下族群打疫苗無法產生足夠的抗體?主因為疫苗抗體產生的機轉,是仰賴身體正常免疫功能、自行激化主動產生抗體,這即為「主動免疫」,一般民眾接種新冠疫苗即屬於此。相比之下,免疫低下病患因自身免疫功能不足,難以經由疫苗主動激化免疫功能來保護自身,因此可採「被動免疫」方式,藉由外界輔助直接投以免疫低下病患抗體,給予保護力。

外力介入能達到「被動免疫」的有長效型單株抗體,可改善免疫低下病患因原有治療而無法接種疫苗,或接種疫苗後保護力較差的困境,有效降低確診後的重症風險,保護力可持續長達 6 個月。另須注意,單株抗體不可取代疫苗接種,完成單株抗體注射後仍需維持其他防疫措施。

長效型單株抗體緊急授權予免疫低下患者使用 有望降低感染與重症風險

2022年歐盟、英、法、澳等多國緊急使用授權用於 COVID-19 免疫低下族群暴露前預防,台灣也在去年 9 月通過緊急授權,免疫低下患者專用的單株抗體,在接種疫苗以外多一層保護,能降低感染、重症與死亡風險。

從臨床數據來看,長效型單株抗體對免疫功能嚴重不足的族群,接種後六個月內可降低 83% 感染風險,效力與安全性已通過臨床試驗證實,證據也顯示針對台灣主流病毒株 BA.5 及 BA.2.75 具保護力。

六大類人可公費施打 醫界呼籲民眾積極防禦

台灣提供對 COVID-19 疫苗接種反應不佳之免疫功能低下者以降低其染疫風險,根據 2022 年 11 月疾管署公布的最新領用方案,符合施打的條件包含:

一、成人或 ≥ 12 歲且體重 ≥ 40 公斤,且;
二、六個月內無感染 SARS-CoV-2,且;
三、一周內與 SARS-CoV-2 感染者無已知的接觸史,且;
四、且符合下列條件任一者:

(一)曾在一年內接受實體器官或血液幹細胞移植
(二)接受實體器官或血液幹細胞移植後任何時間有急性排斥現象
(三)曾在一年內接受 CAR-T 治療或 B 細胞清除治療 (B cell depletion therapy)
(四)具有效重大傷病卡之嚴重先天性免疫不全病患
(五)具有效重大傷病卡之血液腫瘤病患(淋巴肉瘤、何杰金氏、淋巴及組織其他惡性瘤、白血病)
(六)感染HIV且最近一次 CD4 < 200 cells/mm3 者 。

符合上述條件之病友,可主動諮詢醫師。多數病友施打後沒有特別的不適感,少數病友會有些微噁心或疲倦感,為即時處理發生率極低的過敏性休克或輸注反應,需於輸注時持續監測並於輸注後於醫療單位觀察至少 1 小時。

目前藥品存放醫療院所部分如下,完整名單請見公費COVID-19複合式單株抗體領用方案

  • 北部

台大醫院(含台大癌症醫院)、台北榮總、三軍總醫院、振興醫院、馬偕醫院、萬芳醫院、雙和醫院、和信治癌醫院、亞東醫院、台北慈濟醫院、耕莘醫院、陽明交通大學附設醫院、林口長庚醫院、新竹馬偕醫院

  • 中部

         大千醫院、中國醫藥大學附設醫院、台中榮總、彰化基督教醫療財團法人彰化基督教醫院

  • 南部/東部

台大雲林醫院、成功大學附設醫院、奇美醫院、高雄長庚醫院、高雄榮總、義大醫院、高雄醫學大學附設醫院、花蓮慈濟

除了預防 也可用於治療確診者

長效型單株抗體不但可以增加免疫低下者的保護力,還可以用來治療「具重症風險因子且不需用氧」的輕症病患。根據臨床數據顯示,只要在出現症狀後的 5 天內投藥,可有效降低近七成 (67%) 的住院或死亡風險;如果是3天內投藥,則可大幅減少到近九成 (88%) 的住院或死亡風險,所以把握黃金時間盡早治療是關鍵。

  • 新冠治療藥物比較表:
藥名Evusheld
長效型單株抗體
Molnupiravir
莫納皮拉韋
Paxlovid
倍拉維
Remdesivir
瑞德西韋
作用原理結合至病毒的棘蛋白受體結合區域,抑制病毒進入人體細胞干擾病毒的基因序列,導致複製錯亂突變蛋白酵素抑制劑,阻斷病毒繁殖抑制病毒複製所需之酵素的活性,從而抑制病毒增生
治療方式單次肌肉注射(施打後留觀1小時)口服5天口服5天靜脈注射3天
適用對象發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人(18歲以上)的輕症病患。發病7天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與孩童(年齡大於28天且體重3公斤以上)的輕症病患。
*Remdesivir用於重症之適用條件和使用天數有所不同
注意事項病毒變異株藥物交互作用孕婦哺乳禁用輸注反應

免疫低下病友需有更多重的防疫保護,除了戴口罩、保持社交距離、勤洗手、減少到公共場所等非藥物性防護措施外,按時接種COVID-19疫苗,仍是最具效益之傳染病預防介入措施。若有符合施打長效型單株抗體資格的病患,應主動諮詢醫師,經醫師評估用藥效益與施打必要性。

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超導研究突破:在 15℃ 觀測到超導現象
linjunJR_96
・2020/11/24 ・1482字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 558 ・八年級

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

超導體的神奇性質,一向只有在零下數十或數百度才會現身。就在今年十月,科學家首次在攝氏 15 度的環境下觀察到超導現象,打破了先前的紀錄(零下 23℃)。在尋求室溫超導的世紀大業中,寫下新的篇章。

超導體是什麼?

一般金屬導體(例如銅、銀)的電阻會隨著溫度下降而變小,不過即使在接近絕對零度時,還是會存在一點點的電阻。人們在 1911 年時發現,有些特定的材料被冷卻到一個程度後電阻會驟降為零,也就是超導現象。這時就算不提供任何電壓,超導體也能穩定的維持電流流動,流到天荒地老。實驗上,超導體已經成功讓電流跑了25年,並持續增加中。

除了零電阻之外,超導體的另一項特異功能是完美的抗磁性。一般來說,磁力的影響可以穿透物質,所以磁鐵才能將海報黏在黑板上。不過超導體會將所有意圖通過的磁力線拒於門外,磁力線被迫繞過超導體,使其內部磁通量等於零,此為所謂的邁斯納效應(Meissner Effect)。如果將一小塊磁鐵放在超導體上方,便可以看到它因為排斥的磁力懸浮在空中。

懸浮磁鐵。圖/Wikimedia

怎麼還沒應用在生活中?

超導體的這些夢幻性質能夠全面革新世界的樣貌,從磁浮技術,資料傳輸,到零耗損電力網,都將不再是夢想。然而從 1911 年到現在,這些科幻片中的場景仍未實現,因為超導性質只有在材料低於特定的臨界溫度才會出現,而在實驗上,這個臨界溫度通常約零下兩百多度。

過往,超導現象只發生在極低溫的環境。圖/Wikipedia

要將材料保存在如此低溫的環境可是所費不貲,任何的大型產業應用也因此難以實現,因此,研究能在較高溫度,甚至在常溫下具備超導特性的材料,就顯得格外重要。

尚未理解的高溫超導機制

過往的超導體理論,是透過原子晶格與電子間的交互作用來解釋超導體的存在,在這種解釋下,物質只會在接近絕對零度、原子的熱擾動極小時,產生超導現象。這種理論只能解釋傳統低溫超導體的機制,對於臨界溫度較高的高溫超導體,雖然可以在實驗上觀察到,但至今仍沒有一個公認的理論模型可以解釋。因此,關於高溫超導的實驗與理論,便成為目前科學界努力尋求的大秘寶。

根據一些初步的模型預測,氫分子或許是個潛力股。不過一般的氣態氫是絕緣體,而金屬氫需要極大的壓力才能合成。因此近期常見的嘗試方向是富含氫原子的金屬物質,例如在 2015 年創下臨界溫度紀錄的硫化氫(-70℃),以及將這個紀錄打破的十氫化鑭(-23℃)。

超導特性出現在常溫 15℃!

羅切斯特大學的實驗團隊在今年利用碳、氫和硫元素,合成出含有碳質的硫化氫(carbonaceous sulphur hydride),並觀察它的超導特性。一塊小小的樣本被鑽石壓砧夾住,並施予 270 GPa 的壓力。在這樣的條件下,超導體特有的零電阻與抗磁性在驚人的 15℃ 便突然現身。

實驗團隊介紹。來源/University of Rochester

當然,這樣的實驗成果距離實際的日常應用還有一段距離。碳質氫化硫樣本只有幾微米大,而鑽石壓砧所施加的壓力也只比地核內部壓力少一點。研究團隊接下來計畫持續調整樣本的化學配方,只要配方對了,他們相信正常壓力下的室溫超導體應該指日可待。

參考資料

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linjunJR_96
33 篇文章 ・ 574 位粉絲
清大理工男。不喜歡算數學。喜歡電影、龐克、和翻譯小說。不知道該把科普當興趣還是專長,但總之先做再說。

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從電力傳輸到磁浮列車,超導體的未來研發趨勢在哪裡?
研之有物│中央研究院_96
・2017/09/12 ・4402字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 509 ・六年級

「超導體,我研究了一輩子!」電力傳輸、儲能系統、醫療設備、微波通訊、磁浮列車······你知道都能運用超導體技術嗎?隨著科學界對超導體相關現象的理解越來越深,以及「高溫超導」的發現,超導材料將在生活中扮演不可或缺的角色。本文專訪中研院吳茂昆院士,聊聊超導體目前的進展及未來。

這不是魔法,而是超導體(Superconductor)的完全反磁現象。圖中是一高溫超導體懸浮在磁鐵之下。 圖片來源/吳茂昆提供

超導體:永久電流、完全反磁

超導材料是指當溫度低於某個程度,該材料就會顯現出超導現象。超導現象主要會呈現兩大特性:一個是「電阻為零」,即電流在超導體內部流動時,不會有損耗而能一直流通,成為永久的電流;另一則是「完全反磁現象」,若外加磁場在超導體上,超導體會排除磁場,使磁力線完全不能通過。

超導體自發現以來就被視為極為有發展潛力的科學現象,但早期發現的超導材料如水銀(Hg)、鉛(Pb)、錫(Sn)等超導臨界溫度都低於攝氏零下 260 度,經過科學家幾十年的努力,只將溫度提升了 10 度左右,超導體的研究開始陷入泥淖。

但就在 1986 年, IBM 發現了一種氧化物超導臨界溫度為零下 238 度,相關研究又開始有了進展。隔年,朱經武與吳茂昆團隊發現了「釔鋇銅氧的氧化物」擁有超導特性,震驚了世界!

吳茂昆團隊於 1987 年發現的「釔鋇銅氧的氧化物」,超導形成溫度高於氮的沸點(氮在空氣中佔了 78%)。從此以後,科學家研究超導現象就可使用量多且便宜的液態氮來冷卻。 資料來源:〈高溫超導的鐵器時代─從「銅基超導」到「鐵基超導」〉,作者:吳茂昆。圖說重製/柯旂、張語辰

2008 年時,吳茂昆團隊又發現硒化鐵(FeSe)擁有超導特性,此鐵─硫族系統在製程上較簡易,且毒性相比其他超導材料較低,生物相容性也較高,在應用前景上非常被看好。而更有趣的是,近年來吳茂昆團隊發現鐵硒材料中「鐵的空缺」是開啟超導關鍵的因素之一。

超導體的最新研究趨勢

Q:科學家對「超導體」最新的理解是?
A:目前超導材料有兩個主要的系統:一個是以銅氧化物為主體的,像是我們在 1987 年發現的「釔鋇銅氧的氧化物」,一個是用鐵取代銅的化合物。

銅的氧化物是目前被探究、應用最多的超導材料,很多的元件,包括「超導電纜」都被做出來了,推出於市面指日可待。

由於超導體「零電阻」的特性,使用超導電性傳輸電流將不會有損耗。 資料來源:TED x Taipei ─ 熱情點燃超導體,講者:吳茂昆(影片)。圖說重製/柯旂、張語辰

一般來說我們熟知的氧化物像陶瓷材料等等應該是不導電的,因此這個銅氧化物導電的機制跟一般金屬是不同的,當然它還是以電子電洞來帶動電流,但是電子離子如何引進來、如何運作,這是目前重要的課題,科學家稱這個為「強關聯電子體系(Strongly correlated electronic systems)」,在超導材料中,電子跟電子的交互作用是非常強的。

另一個重要的體系則是用鐵取代銅,成為全新的超導材料架構,像我們最近的研究就發現「鐵」跟「硫化物」形成的化合物也出現了有趣的超導現象,雖然這個體系的超導臨界溫度沒有很高,但是因為結構較簡單,讓我們更加了解超導產生的機制。

「室溫超導」從學理上來看是存在的,問題是存在於什麼樣的材料體系和架構中,現在全球科學家們都還在研究。

Q:團隊的超導體研究,有看見什麼有趣的事嗎?
A:我們自 2008 年發現「鐵硒超導」後,那就成為團隊的重點研究項目之一,當然銅氧化物方面我們也在跟其他團隊合作超導線的應用等等,但科學上重點放在鐵硒相關系統。

雖然「鐵硒超導」架構簡單,但我們發現到鐵跟硒形成的平面體中,很容易出現鐵有空缺的架構,比如說我們目前最常見的是,每四個鐵排列後,第五個鐵就空缺了,然後再重複同樣結構。

鐵硒超導的原子排列圖。鐵硒形成的二維平面結構中,「鐵的空缺」是超導特性的關鍵產生因素之一。 資料來源:吳茂昆提供。

β-Fe4Se5(一種鐵硒超導)的單晶結構示意圖,綠色是鐵原子,粉紅色是硒原子,可以看出鐵原子有規律的空缺。 資料來源:〈高溫超導的鐵器時代─從「銅基超導」到「鐵基超導」〉,作者:吳茂昆。

我們用一些方法來操控鐵空缺的排列,例如控制壓力、控制溫度(急速降溫),發現鐵空缺跟超導的形成是有關係的,同時這個結果也可以用來解釋銅氧化物的一些機制。這也衍伸了我們未來的研究,去尋找有鐵空缺特性的過渡金屬,看有沒有機會形成超導體。

圖 (a) 為K2Fe4Se5的電阻與溫度關係圖,顯示鐵空位呈有序態時材料在低溫呈現金屬至絶緣的轉變。藍色曲線是在攝氏 300 度退火的電阻率隨溫度變化圖。紅色曲線是相同樣品經過攝氏 750 度退火,顯示電阻率明顯下降。 圖 (b)(c) 為添加少量鐵的 K2Fe4+xSe5 (x=0.1, 0.2) 經高溫退火並快速降溫材料的電阻與溫度關係圖,明顯在低溫呈現超導性(呈現零電阻狀態)。 圖 (d)(e)(f) 為樣品的磁化率與溫度關係。 (f) 明確顯示其抗磁性(超導性)之強弱與燒退火溫度的相關性。 資料來源:〈高溫超導的鐵器時代─從「銅基超導」到「鐵基超導」〉,作者:吳茂昆

超導體能成為夏季限電的解方嗎?

Q:台灣夏天會面臨的限電難題,超導體是否能有助解決?
A:目前我們使用傳輸電力的銅線,傳輸時會有 10% 左右的電力損耗,特別是台灣有很多老舊的線路,若改用零電阻的「超導電線」,就可以避免那 10% 耗電,讓被浪費掉的電成為可運用的電。

另一個概念則是「超導體儲能器」。電是很難儲存的,目前我們主要是靠水庫儲電,能儲存的電力有限。但若用超導材料繞成線圈,由於零電阻,電流會永久流動,產生的磁場就是一種能量,我們可以把太陽能發電及風能發電儲存在裡面,要使用時再拿出來用。

運用超導材料繞成線圈的儲能器,運用零電阻的優勢,可以將再生能源發出多餘的電力儲存在裡面,需要時再拿出來使用。 資料來源:Why the wind industry should cheer superconductivity;圖說重製/柯旂、張語辰

另外,也可運用「超導馬達」做成風力發電機,由於超導磁場較強,尺寸可以做比較小、噪音也比較小。我們有個構想,若能用超導馬達做個小型風力發電機,然後運用超導儲能器儲能,就能放在中研院運用、展示。

Q:台灣在超導體領域領先全球的地方為何?
A:由於我們發現了「鐵硒超導材料」,所以這塊以及「鐵空缺」的概念算是有一部分領先的,不過科學也很難說誰領先誰落後,各有千秋,但是基本上我們在這領域不是落後別人就是了。

從七星潭邊的物理少年,到超導物理專家

研究超導體一輩子的吳茂昆,最喜歡讀武俠小說,可以在幻想的世界中翱翔,讓思考不受侷限。 攝影/張語辰

Q:什麼時候開始對「物理」產生興趣?
A:我們那個年代的小孩子主要是受到楊振寧和李政道的影響,唸小學時聽學校廣播他們拿諾貝爾獎,那時候我也搞不懂什麼是諾貝爾獎,但就是激起了對科學的熱情(笑)。

至於為什麼會選擇研究「超導體」,大四時學校有門課是讓同學自己選個主題去了解,我有個同學選了超導,他跟我聊了超導體後,我發現這門學問真有趣,所以後來唸研究所就決定研究超導體,一讀就是一輩子。

其實我的學術生涯算很順利,也還蠻平淡的,但是有很多興奮的發現,很有成就感,其實我算是很幸運的人。

雖然做研究要靠一點運氣,也要看一個人有沒有足夠的知識準備,當實驗過程中看到一些現象,能不能把握住。

 

Q:1987 年發現「釔鋇銅氧」有超導特性時,是什麼心情?
A:那種感覺很難用言語形容,我在猜可能跟中樂透的人心情很像,不過我是沒有中過樂透(笑)。

但是得到錢的感覺,跟科學上發現新東西還是不同的。我們夢想了很久的東西,沒想到就突然出現了,這是對科學發展有貢獻而獲得的快樂,我覺得從事研究工作最大的回報是這個。我讀博士班時,第一次將材料變成有超導性質也獲得了這種類似的快樂。

Q:會不會覺得現在研究物理比以前方便多了?
A:現在當然是方便很多,不過我覺得以前算是很好的訓練,順練如何在圖書館查資料,如何從一大本目錄中去查論文,利用有限的資源去尋找需要的資料。

以前確實是很辛苦,但是方便也有方便的壞處,我就唸過我們實驗室的學生,不要把機器架好、電腦打開,用自動控制去搜集數據,就去睡一覺隔天再回來看結果,這樣會有個缺失。

當實驗數據某個時刻發生變化,你隔天才看結果,會不清楚這是因為環境變化?還是一個重要的材料特性訊號?

沒有在第一時間看到實驗變化的話,會降低對數據的掌握度及靈敏度。我還是鼓勵測量時要盡量即時去觀察數據的情況。

Q:從小在花蓮成長的經驗,對研究生涯有沒有影響?
A:由於生長在花蓮,生活比較悠閒,學生也不多,老師給的壓力也不大,讓我能夠自由發揮,自由涉獵知識,不會說為了升學就什麼不准做,這讓我的思維比較不受限制。

吳茂昆回憶,當年讀花蓮高中時沒有圍牆,中午休息時大家都跑到學校邊的太平洋岸,和大自然沒有距離。因為熟悉自然界的運作,學物理時就有助於理解物理規則,而非死背定律。

吳茂昆回憶,當年讀花蓮高中時沒有圍牆,中午休息時大家都跑到學校邊的太平洋岸,和大自然沒有距離。因為熟悉自然界的運作,學物理時就有助於理解物理規則,而非死背定律。圖/billy1125@Flickr

在研究科學中,這點其實很重要,不要被某個理論、某個框框鎖在裡面。我覺得這也是教一個小孩比較好的方式,給他一個環境,讓他自由地發揮。

延伸閱讀

CC 4.0

本著作由研之有物製作,以創用CC 姓名標示–非商業性–禁止改作 4.0 國際 授權條款釋出。

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

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研之有物,取諧音自「言之有物」,出處為《周易·家人》:「君子以言有物而行有恆」。探索具體研究案例、直擊研究員生活,成為串聯您與中研院的橋梁,通往博大精深的知識世界。 網頁:研之有物 臉書:研之有物@Facebook

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chicagoplann
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你可以想像把城市裡的電線換成超導體嗎?美國的電力供應商聯邦愛迪生(Commonwealth Edison, ComEd)宣布,他們將在芝加哥的部分市區裝設地下超導電纜!

在供電網複雜的城市裡,一旦遇上突發事件使部分電路失效,大量電流便會轉移向其他電路輸送,過量的電流會造成其他電路超載,進一步癱瘓整個供電網。著名的案例像是2012年,珊迪颶風侵襲美國東岸,對紐約這類大都市帶來莫大傷害,不止人員傷亡慘重,斷電造成的經濟損失更是無法估計。

為了解決這個問題,美國國土安全部(Department of Homeland Security, DHS)挹注經費給聯邦愛迪生公司,將在芝加哥現有的地下電纜旁加設超導電纜[1]。超導電纜比起一般電路,具備更高的電流負載量,當一般電路發生問題,超導電纜便可作為備用通路,負荷突然暴增的電流量,避免更大規模的斷電。此舉不只是能減緩因缺電帶來的經濟損失,在安全考量上,也能預防大都市在陷入斷電狀態而增加的犯罪死角。

計劃中使用的超導電纜是由美國超導公司(American Superconductor)發展的”Amperium”高溫超導線(超導轉換溫度:90K)[2],以合金(氧化釔鋇銅)層壓製成,比起相同尺寸的銅線,可以負荷將近其兩百倍的電流量[3]。不過超導電纜的成本也比一般導線來的高,礙於經費,此計劃目前只預計在芝加哥的部分區域配置。

延伸閱讀:

參考資料:

  1. ComEd to Partner with AMSC on Superconductor-based Resilient Electric Grid System
  2. Effect of Temperature and Magnetic Field on Amperium Wire Performance
  3. Amperium Brass Laminated Wire

資料來源:Chicago planning to lay superconducting cable to recent power outage in the Loop [July 17, 2014]

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