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恆星啟發的能源之理-《知識大圖解》

知識大圖解_96
・2015/08/25 ・1149字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 542 ・八年級
驚人的新電力來源,可以取代化石燃料,且對地球更友善。請點擊觀看大圖。

目前,我們地球上大部分的電力來自煤炭、石油和天然氣。這些所謂的化石燃料是生活在數百萬年前的生物遺體所形成的。燃燒化石燃料會釋放出熱能,可轉化為電能。然而,這過程也對環境非常有害,因為燃燒化石燃料會放出大量二氧化碳,導致全球暖化。

當太陽的能量照射到地球,約70%為陸地和海洋吸收,而30%反射回太空。然而,地球吸收的這70%,最終還是以紅外線能量的形式輻射回到大氣中。溫室氣體會吸收這些能量,也會在這過程中放出熱量,加熱地球表面和低層大氣。這個過程是自然發生的,讓地球能夠保溫,使生物能存活。但工業革命以來,溫室氣體的排放量顯著增加,造成地球表面平均溫度大幅上升。這使世界上的冰川和冰棚融化更快,結果導致海平面上升、沿海低窪地區發生水災。全球氣溫上升後,會產生激烈與具破壞性的熱帶風暴和颶風,而且會在世界的某些地方引發嚴重的乾旱。

就算不考慮燃燒化石所產生的這種破壞性力量,尋找替代能源仍很重要。嚴格來說,化石燃料來自活有機體,屬於再生能源。但事實上我們耗用該燃料的速率遠比其形成的速率快很多,意味著這些燃料終將耗盡。

某些再生能源如太陽能、風能和水力發電等都已在使用,但他們各自有其問題,使其無法完全取代化石燃料。然而,只要我們持續發掘新的能源取用方式,地球或許很快就能成為一個綠色、自我提供動力的機器。

核融合發電的崛起

諸如太陽等恆星透過核融合產生極大的能量。當氫原子暴露在恆星核心的極高溫和極高壓中,會被剝奪電子,而暴露其原子核。這碗裝了原子核和電子的湯稱為電漿,也就是物質的第四態。當電漿被加熱,氫原子核迅速移動、碰撞,並融合在一起產生氦和大量的能量。

由於這種過程既乾淨又有效率,科學家已開發出在地球上複製核融合反應的方法,希望可消除對化石燃料的需求。為了達到此目的,科學家建造出巨大的核融合反應爐,使用磁場產生攝氏1.5億度的高溫,比太陽的核心熱十倍,並在名為托克馬克(tokamak)的環形腔中控制電漿。反應爐中使用的燃料是從水萃取的氫同位素氘,以及從地殼中的鋰生產的氫同位素氚。這兩種原料目前的供應量可持續數百萬年,而只要一公斤原料,就可提供相當於一萬噸化石燃料的能量。核融合反應的主要副產物是少量氦,不會污染大氣。

雖然創造核融合發電的技術已經到位,但目前的核融合反應爐消耗的能量比產生的更多。現在的挑戰是建造一個反應爐,大到足以成為可運作的發電廠,而在法國的國際熱核實驗反應爐(ITER)計畫就是第一步。

 

 

本文節錄自《How It Works知識大圖解 國際中文版》第11期(2015年8月號)

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為何傳染病可以短期內大爆發?不可不知的「傳染動力學」——《小大人的公衛素養課》

親子天下_96
・2021/10/17 ・944字 ・閱讀時間約 1 分鐘
  • 作者/陳建仁、胡妙芬
  • 繪者/Hui

不可不知的傳染動力學:感染人數呈等比級數增加

要知道怎麼對抗傳染病,首先必須了解與傳染病傳播速度密切相關的「傳染動力學」。事實上,傳染病如同謠言一般,會一傳十,十傳百的快速傳播。如果每個人只把傳染病傳給一個人,跟每個人把傳染病傳給三個人,經過十波的傳染之後,最後得病的人數會相差多少?答案是相差 59000 多倍!(差距請見下圖)

圖/親子天下

所以,如何減少感染的人數非常重要。不管是感冒了或是得到其他傳染病,趕快去看醫生、吃藥,並且在家休息不去感染別人,這樣的聰明做法不但是保護自己,也能「傳染病止於智者」,保護到其他沒有感染的人。

圖/親子天下

R0 値是什麼?

傳染病大流行期間,報導中常提到的「R0 值」就是在自然的情況下,一個人會把傳染病傳給幾個人的意思。而加入防疫行動後,數值會隨著時間改變,就稱為「Rt 值」。

比方說,一個人平均會傳給 1 個人,那麼 R0=1,代表病原體會持續存在,但不會蔓延開來。如果一個人平均傳給超過 1 個人,那麼 R0>1,代表病原體會蔓延開來成為流行病;相反的,如果一個人傳給少於 1 個人,那麼 R0<1,代表病原體將會逐漸消失。戴口罩、勤洗手、保持社交距離、生病在家隔離的目的,就是在降低傳染數。

另外,R0 會隨著病原體突變成傳染力強的變異株而上升。譬如像 2020 年新冠肺炎一開始 R0 值約為 2.5,後來突變成 Alpha 株時 R0 值約為 4、Delta 株時 R0 值約為 6。

圖/親子天下
圖/親子天下

——本文摘自《小大人的公衛素養課:流行病學×預防醫學》,2021 年 9 月,親子天下,未經同意請勿轉載

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親子天下_96
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