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想養顏美容?要不要來一點照太多會變成浩克的輻射呀?!

廖英凱
・2015/08/12 ・3738字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 571 ・九年級

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這幾天,拜颱風、停電引發政治人物們各種評論開炮[1-3]與高知名度之賜(?),人們突然又開始關注到輻射的危害與功效。秉持著「颱風天就是要泛科學啊!不然要幹嘛?」的精神(咦),在這次政治人們的諸多評論之中,我們可以很去脈絡地來談談其中提到的一些與科學有關的資訊。例如「適度輻射能不能促進美容永保青春?」或是「輻射照多少癌多少?」

當然,筆者並不打算討論像是電磁波或可見光那種輻射,也不是要談醫美最近有點紅的「脈衝光」那種輻射。本文所指的輻射,是來自於核能、輻射屋、醫院放射科或北投鐳泉等等會產生或使用的「游離輻射」,也就是我們常常聽到說輻射會致癌的那種輻射。

source:Dina-Roberts Wakulczyk
source:Dina-Roberts Wakulczyk

游離輻射與健康傷害

過去流行病學的統計中發現致癌率與額外輻射劑量有正相關,在生物分子尺度的研究也發現,輻射會直接破壞DNA,或間接製造OH自由基而破壞DNA[4],進而影響身體的新陳代謝而導致細胞突變或死亡。

例如車諾比事件後,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];日本原爆倖存者中,接受5~125 mSv、平均34 mSv輻射暴露者,會增加癌症發生率(EER for group ≃ 0.025)[6]。國際輻射防護委員會(International Commission on Radiological Protection ,ICRP)也根據200 mSv以上的流行病學統計結果,估算出每額外照射1 Sv輻射,會增加5%癌症致死率,亦即每100 mSV,約會增加千分之五的癌症致死率[7](請留意:這裡所指的額外輻射劑量,是不包含天然背景輻射的)

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線性無閾模型

這樣「每增加照射100 mSv,會增加千分之五的癌症致死率」的關係,剛好是一個線性關係。因此,儘管在臨床研究上沒有辦法觀測到100 mSv以下的低劑量輻射影響趨勢,但我們仍「假設」在低劑量時的現象會與高劑量時相同。也就是,不管輻射劑量多少,只要有照射到,就一定會增加癌症致死率。

因此,便產生了這一個因簡單易用且相對保守而被廣泛使用的模型:線性無閾模型(Linear Non-Threshold, LNT),這也是自1960年代起,ICRP持續建議各國法規制定的採用依據。雖然說,在健康上採取較保守的心態,可以避免我們遭受到一些當代科學可能還無法證實的危害。然而,這一個模型並沒有辦法解釋在低劑量[8](200 mSv以下)所觀察到一種有趣現象:輻射激效(Radiation hormesis effect)。

線性無閾模型與輻射激效模型示意圖
線性無閾模型與輻射激效模型示意圖

長命回春的輻射激效!?

相較起輻射致癌的恐怖傷害,輻射激效的概念則是在1982年時Dr. T.D. Luckey提出,他認為生物體在接受高於背景值數倍的低劑量輻射時,有益於動物的生長發育、健康與繁殖,並能延緩老化,促進傷口癒合與提高免疫力等益處[9]

1991年,Dr. K. Yamaoka的研究發現,當小白鼠接受0.5 Gy的輻射劑量時(約為背景輻射的10-100倍)體內的超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)的活性可提升50%至90%[10]。SOD(不是「SOD都是真的」的那個SOD….)能清除體內超氧化自由基、過氧化氫、氫氧自由基等超氧化物。而超氧化物在體內若過量,則會導致基因突變而引發癌症;使生理機能退化或是和細胞內大分子結合而加速老化;甚至是加速低密度脂蛋白(LDL)的氧化而造成心血管疾病[11]

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除了活化SOD以減少超氧化物的傷害以外,低劑量的輻射在目前的動物實驗上也發現能促進細胞凋亡[12]、活化DNA修補機制[13]、抑制二型糖尿病[14]、抑制癌症[15]甚至是讓有嚴重自身免疫疾病的小白鼠能延長壽命[16]

雖說輻射激效看起來有機會發展成具有療效的新技術,但目前尚缺可行的人體低劑量輻射實驗方法,我們也僅能從一些案例中,發現輻射激效的現象。例如日本三朝地區擁有富含氡氣的鐳泉,針對該地區的健康研究發現,居民體內的癌症抑制基因p53的水平以及抗氧化SOD的活性,明顯高於日本其他地區[17]。另一份德國學者針對類風濕性關節炎患者的研究也認為,氡浴對於患者有可能會有長期性的良性療效[18]

source:wikimedia
source:wikimedia

輻屋受災戶,罹癌率較低!?

而在台灣,也有一個相當不符合直觀的知名案例,就是1982-1984年間完工的「輻射屋」事件。輻射屋是建材鋼筋製造時,混入了具有放射性的Co-60。直至1992年發現時,全台灣總計有1659戶輻射屋。在2011年時,原能會委託國衛院發表了一份針對曾遭受到年劑量5 mSv以上共1600戶居民的流行病學調查報告,由這份調查發現這些輻射屋居民健康狀況普遍較差,神經與皮膚相關病變、凝血、關節疼痛以及多項精神症狀均顯著高於一般民眾,但尚未能觀察到較常人高的癌症致死率[19]
(註:可能是該調查報告的原作者留言表示此份調查的最終正式報告尚未發布,請讀者留意)

2006年陽明大學陳為立教授等人的研究認為,輻射屋居民有較低的癌症比率,有可能就是輻射激效的正面效應[20]。然而,這樣的推估仍有許多變因難以排除,例如陽明大學黃嵩立教授等人的研究則認為,這樣減少的癌症比率,可能與當時輻射屋居民的社經地位,以及因得知輻射屋後更加重視健康保健等行為有關[21]

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source:Alan English CPA
source:Alan English CPA

低劑量輻射的損益仍無定論

總括目前輻射對生理健康的影響,我們已能確定在高劑量(200 mSv/yr以上)時,輻射會增加致癌的機率。但低劑量輻射的療效部分,雖然動物實驗成效與部分統計結果還真有促進美容、延緩老化的功效,但目前仍缺乏更多有力證據與可行的研究計畫。低劑量輻射對人體的效益與機制可不如拿水仙花類比如此簡單,更不應以「輻射傷害無下限」來錯誤解讀,還有待科學家們繼續努力找出答案。

至於這篇文章所提到的內容有沒有可能剛好是政治人物們所想的呢….. 雖然說政治人物們要支持未有定論得科學研究是很好啦,但這怎麼可能哪,我們還是好好消費他們當成整理文獻的動機吧(但整理完在看的也不會是他們…..) =w=

Nothing in life to be feared it is only to be understood.

生活中沒有什麼可怕的東西,只有需要理解的東西。

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——Marie Curie 居里夫人

參考資料:

  1. 洪秀柱Facebook, “【我的能源政策–確保台灣能源的充足及穩定!】” (2015)
  2. 段宜康Facebook, “就算支持核電,也不需要這樣賣蠢吧?”, 2015
  3. 李鴻典, “段宜康翻公報批洪秀柱賣蠢 洪辦:誤導視聽、斷章取義!” Now News (2015)
  4. 核輻射如何對人體造成傷害?, Pansci (2011)
  5. D. J. Brenner et al., Cancer risks attributable to low doses of ionizing radiation: assessing what we really know. Proceedings of the National Academy of Sciences 100, 13761-13766 (2003).
  6. G. R. Howe, 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, 295-304 (1995).
  7. NEA, Evolution of ICRP Recommendations 1977, 1990 and 2007.  (OECD, 2011).
  8. 採用聯合國輻射影響科學委員會(The United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation ,UNSCEAR)的定義)UNSCEAR, “BIOLOGICAL MECHANISMS OF RADIATION ACTIONS AT LOW DOSES A white paper to guide the Scientific Committee’s future programme of work,”  (2012).
  9. Luckey, Physiological benefits from low levels of ionizing radiation. Health Physics 43, 771-789 (1982).
  10. Yamaoka K., Increased SOD activities and Decreased Lipid Peroxide level in rat organs induced by low dose X-irradiation, Free Radical Biology & Medicine 1991; 11, (3)
  11. 王淑卿, 自由基與活性氧化物, 科學Online 科技部高瞻自然科學教學資源平台 (2014)
  12. Kondo, Altruistic cell suicide in relation to radiation hormesis. International journal of radiation biology and related studies in physics, chemistry, and medicine 53, 95-102 (1988).
  13. E. Feinendegen, Evidence for beneficial low level radiation effects and radiation hormesis. The British Journal of Radiology 78, 3-7 (2005).
  14. Nomura et al., Suppressive Effects of Continuous Low-Dose-Rate γ Irradiation on Diabetic Nephropathy in Type II Diabetes Mellitus Model Mice. Radiation Research 176, 356-365 (2011).
  15. K. Sakai et al., in International Congress Series. (Elsevier, 2002), vol. 1236, pp. 487-490
  16. Sakai, T. Nomura, Y. Ina, Enhancement of Bio-Protective Functions by Low Dose/Dose-Rate Radiation. Dose-Response 4, 327-332 (2006).
  17. K. Yamaoka et al., The elevation of p53 protein level and SOD activity in the resident blood of the Misasa radon hot spring district. Journal of radiation research 46, 21-24 (2005).
  18. A. Franke, L. Reiner, H. G. Pratzel, T. Franke, K. L. Resch, Long-term efficacy of radon spa therapy in rheumatoid arthritis–a randomized, sham-controlled study and follow-up. Rheumatology (Oxford, England) 39, 894-902 (2000).
  19. 劉紹興, 「輻射屋居民流行病學調查及研究」委託研究計畫期末報告 行政院原子能委員會,  (2011).
  20. W. Chen et al., Effects of cobalt-60 exposure on health of Taiwan residents suggest new approach needed in radiation protection. Dose-Response 5, dose-response. 06-105. Chen (2007).
  21. L. Hwang et al., Cancer risks in a population with prolonged low dose-rate gamma-radiation exposure in radiocontaminated buildings, 1983-2002. International journal of radiation biology 82, 849-858 (2006).
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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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量子力學可以幫你判斷物體溫度?從古典物理過渡到近代的一大推手——黑體輻射
PanSci_96
・2024/03/24 ・3634字 ・閱讀時間約 7 分鐘

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1894 年,美國物理學家邁克生(Albert Abraham Michelson)作為芝加哥大學物理系的創立者,在為學校的瑞爾森物理實驗室(Ryerson Physical Laboratory)落成典禮致詞時,表示:「雖然無法斷言說,未來的物理學不會比過去那些驚奇更令人驚嘆,但似乎大部分的重要基本原則都已經被穩固地建立了。」

以我們現在的後見之明,這段話聽起來固然錯得離譜,但在當時,從 17、18 到 19 世紀,在伽利略、牛頓、馬克士威等前輩的的貢獻之下,物理學已經達成了非凡的成就。

我們現在稱為古典的物理學,對於整個世界的描述幾乎是面面俱到了,事實上沒有人預料到 20 世紀將出現徹底顛覆世界物理學認知的重要理論,量子力學。

而這最一開始竟只是出自於一件不起眼的研究,關於物體發出的光。

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萬物皆輻射

在此我們要先理解一個觀念:所有物體無時無刻不在發出電磁波輻射,包括了你、我、你正使用的螢幕,以及我們生活中的所有物品。

至於為什麼會這樣子呢?其中一個主要原因是,物體都是由原子、分子組成,所以內部充滿了帶電粒子,例如電子。這些帶電粒子隨著溫度,時時刻刻不停地擾動著,在過程中,就會以電磁波的形式放出能量。

除了上述原因之外,物體發出的電磁波輻射,還可能有其他來源,我們就暫時省略不提。無論如何,從小到大我們都學過的,熱的傳遞方式分成傳導、對流、輻射三種,其中的輻射,就是我們現在在談的,物體以電磁波形式發出的能量。

那麼,這些輻射能量有什麼樣的特徵呢?為了搞清楚這件事,我們必須先找個適當的範本來研究。

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理想上最好的選擇是,這個範本必須能夠吸收所有外在環境照射在上面的光線,只會發出因自身溫度而產生的電磁輻射。這樣子的話,我們去測量它發出的電磁波,就不會受到反射的電磁波干擾,而能確保電磁波是來自它自己本身。

這樣子的理想物體,稱為黑體;畢竟,黑色物體之所以是黑的,就是因為它能夠吸收外在環境光線,且不太會反射。而在我們日常生活中,最接近理想的黑體,就是一點也不黑、還超亮的太陽!這是因為我們很大程度可以肯定,太陽發出來的光,幾乎都是源於它自身,而非反射自外在環境的光線。

或者我們把一個空腔打洞後,從洞口發出的電磁波,也會近似於黑體輻射,因為所有入射洞口的光都會進入空腔,而不被反射。煉鐵用的鼓風爐,就類似這樣子的結構。

到目前為止,一切聽起來都只是物理學上一個平凡的研究題目。奇怪的是,在對電磁學已經擁有完整瞭解的 19 世紀後半到 20 世紀初,科學家儘管已經藉由實驗得到了觀測數據,但要用以往的物理理論正確推導出黑體的電磁波輻射,卻遇到困難。正是由此開始,古典物理學出現了破口。

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黑體輻射

由黑體發出的輻射,以現在理論所知,長得像這個樣子。縱軸代表黑體輻射出來的能量功率,橫軸代表黑體輻射出來的電磁波波長。

在理想狀況下,黑體輻射只跟黑體的溫度有關,而跟黑體的形狀和材質無關。

以溫度分別處在絕對溫標 3000K、4000K 和 5000K 的黑體輻射為例,我們可以看到,隨著黑體的溫度越高,輻射出來的能量功率也越大;同時,輻射功率最高的波段,也朝短波長、高頻率的方向靠近。

為了解釋這個曲線,物理學家們開始運用「當時」畢生所學來找出函數方程式,分成了兩派:

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一派是 1896 年,由德國物理學家維因(Wilhelm Carl Werner Otto Fritz Franz Wien),由熱力學出發推導出的黑體輻射公式,另一派,在 1900 與 1905 年,英國物理學家瑞立(John William Strutt, 3rd Baron Rayleigh)和金斯(James Jeans),則是藉由電磁學概念,也推導出了他們的黑體輻射公式,稱為瑞立-金斯定律。

你看,若是同時擺上這兩個推導公式,會發現他們都各自對了一半?

維因近似 Wien approximation 只在高頻率的波段才精確。而瑞立-金斯定律只對低頻率波段比較精確,更預測輻射的強度會隨著電磁波頻率的提升而趨近無限大,等等,無限大?――這顯然不合理,因為現實中的黑體並不會放出無限大的能量。

顯然這兩個解釋都不夠精確。

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就這樣,在 1894 年邁克生才說,物理學可能沒有更令人驚嘆的東西了,結果沒幾年,古典物理學築起的輝煌成就,被黑體輻射遮掩了部分光芒,而且沒人知道,這是怎麼一回事。

普朗克的黑體輻射公式

就在古典物理學面臨進退維谷局面的時候,那個男人出現了——德國物理學家普朗克(Max Planck)。

1878年學生時代的普朗克。圖/wikimedia

普朗克於 1900 年就推導出了他的黑體輻射公式,比上述瑞立和金斯最終在 1905 年提出的結果要更早,史稱普朗克定律(Planck’s law)。普朗克假想,在黑體中,存在許多帶電且不斷振盪、稱為「振子」的虛擬單元,並假設它們的能量只能是某個基本單位能量的整數倍。

這個基本單位能量寫成 E=hν,和電磁輻射的頻率 ν 成正比,比例常數 h 則稱為普朗克常數。換言之,黑體輻射出來的能量,以hν為基本單位、是一個個可數的「量」加起來的,也就是能量被「量子化」了。

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根據以上假設,再加上不同能量的「振子」像是遵循熱力學中的粒子分佈,普朗克成功推導出吻合黑體輻射實驗觀測的公式。

普朗克的方程式,同時包含了維因近似和瑞立-金斯定律的優點,不管在低頻率還是高頻率的波段,都非常精確。如果我們比較在地球大氣層頂端觀測到的太陽輻射光譜,可以發現觀測數據和普朗克的公式吻合得非常好。

其實有趣的是普朗克根本不認為這是物理現象,他認為,他假設的能量量子化,只是數學上用來推導的手段,而沒有察覺他在物理上的深遠涵意。但無論如何,普朗克成功解決了黑體輻射的難題,並得到符合觀測的方程式。直到現在,我們依然使用著普朗克的方程式來描述黑體輻射。不只如此,在現實生活中,有許多的應用,都由此而來。

正因為不同溫度的物體,會發出不同特徵的電磁波,反過來想,藉由測量物體發出的電磁波,我們就能得知該物體的溫度。在疫情期間,我們可以看到某些場合會放置螢幕,上面呈現類似這樣子的畫面。

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事實上,這些儀器測量的,是特定波長的紅外線。紅外線屬於不可見光,也是室溫物體所發出的電磁輻射中,功率最大的波段。只要分析我們身體發出的紅外線,就能在一定程度上判斷我們的體溫。當然,一來我們都不是完美的黑體,二來環境因素也可能產生干擾,所以還是會有些許誤差。

藉由黑體輻射的研究,我們還可以將黑體的溫度與發出的可見光顏色標準化。

在畫面中,有彩虹背景的部分,代表可見光的範圍,當黑體的溫度越高,發出的電磁輻射,在可見光部分越偏冷色系。當我們在購買燈泡的時候,會在包裝上看到色溫標示,就是由此而來。所以,如果你想要溫暖一點的光線,就要購買色溫較低,約兩、三千 K 左右的燈泡。

結語

事實上,在黑體輻射研究最蓬勃發展的 19 世紀後半,正值第二次工業革命,當時鋼鐵的鍛冶技術出現許多重大進步。

德國鐵血宰相俾斯麥曾經說,當代的重大問題要用鐵和血來解決。

就傳統而言,煉鋼要靠工匠用肉眼,從鋼鐵的顏色來判斷溫度,但若能更精確地判斷溫度,無疑會有很大幫助。

德國作為鋼鐵業發達國家,在黑體輻射的研究上,曾做出許多貢獻,這一方面固然可能是學術的求知慾使然,但另一方面,也可以說跟社會的需求與脈動是完全吻合的。
總而言之,普朗克藉由引進能量量子化的概念,成功用數學式描述了黑體輻射;這件事成為後來量子力學發展的起點。儘管普朗克本人沒有察覺能量量子化背後的深意,但有另一位勇者在數年後繼承了普朗克的想法,並做出意味深長的詮釋,那就是下一個故事的主角――愛因斯坦的事了。

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PanSci_96
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將一生毫無保留地奉獻給科學——瑪麗亞.斯克沃多夫斯卡.居禮
椀濘_96
・2022/03/21 ・3561字 ・閱讀時間約 7 分鐘

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瑪麗亞.斯克沃多夫斯卡-居禮(Maria Skłodowska-Curie,1867-1934),看姓氏不難聯想到,她就是我們所熟知的居禮夫人。她開創了放射性理論,發明分離放射性同位素技術,以及發現兩種新元素,是第一位獲得諾貝爾獎的女性,也是首位獲得兩座獎項的學者,在科學上的貢獻對後世影響深遠。

瑪麗亞.斯克沃多夫斯卡-居禮(1867-1934)。圖/Wikipedia

艱難困苦的童年

瑪麗生於波蘭華沙的書香世家,排行老么,家中有布朗斯拉娃(二姐)與索菲亞(大姐)兩位姊姊。父親是一名中學老師兼理事,母親原為一名校長,祖父亦是位受人尊敬的數學與物理教師。

當時的波蘭已被俄羅斯帝國佔領,在沙皇的統治下,波蘭人民的生活處處受限,也影響了瑪麗一家的命運。瑪麗的父親因濃烈愛國精神而被俄國上司打壓,校方撤除了他的理事一職,並將他們全家趕出宿舍;加上雙親的家庭參與波蘭獨立民族起義,家中又遭遇投資失利,經濟頓時陷入困境。

隨後瑪麗一家搬進廉價的住所,父親為貼補家用便招收了多名寄宿生,平時除供應食宿外,從學校下班後還替他們補習來賺取更多收入。生活看似漸漸好轉,但遺憾的是,短短三年內瑪麗的大姐及母親皆因病去世。

1890 年,瓦迪斯瓦夫.斯克沃斯基與女兒們的合影,左起:瑪麗亞、布朗斯拉娃(二姐)、索菲亞(大姐)。圖/Wikipedia

因性別在求學路上受阻

天資聰穎的瑪麗亞自幼就是個相當用功的學生,尤其在數理方面更是表現亮眼;在她 15 歲那年,便以第一名的成績從女子文理學校畢業。

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然而,因當時波蘭的正規高等院校拒收女性學生,波蘭女子若想繼續接受正規的大學教育,唯一一條路就是出國留學,但這對瑪麗家中的經濟條件而言,是筆相當大的開銷且難以負擔。

成績同樣優異的二姐曾想過前往巴黎學醫,夢想成為一名懸壺濟世的醫師,但礙於家中經濟狀況遲遲無法如願。瑪麗想幫姐姐盡早完成學業,決定先當家教來資助其學費,兩人也約定,待畢業後再協助瑪麗出國求學。在瑪麗的支持下,二姐終於得以前往巴黎一圓醫師夢。

爾後的幾年,瑪麗一面做著家教工作,一面自學,期間閱讀了大量化學相關書籍,也是在這時獲得了第一份實驗室工作機會,這消息對她相當振奮;儘管實驗室設備簡陋,但能把在書中讀到的知識親手實作就已心滿意足,此經歷也影響了她未來將走上科學研究這條路。晚年瑪麗回憶起這段的時光:

「就是因為這第一次的實驗室工作,使我肯定自己在實驗研究上的興趣。」

突破重重阻礙取得學位

1891 年,24 歲的瑪麗在進行實驗室工作的同時,也終於踏上留學路,前往巴黎大學修讀物理學。剛到巴黎的她人生地不熟,對語言不熟悉外,又因過往在波蘭所受的教育無法應付大學課程,初期學業表現遠遠不及同儕。瑪麗便在課業上下足功夫,閒暇時間也都泡在圖書館裡,終於皇天不負苦心人,靠著清晰的思維加上勤奮苦讀,成績漸漸有了起色。

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1893 年瑪麗以第一名的佳績成功取得了物理學碩士學位,原先是想再取得一個數學學位,但此時她已將留學用的積蓄花光,也就放棄了這份念頭。幸運的是,在友人的協助下,華沙當局頒發給瑪麗海外優秀留學生「亞歷山大獎學金」,使她得以重返巴黎大學繼續深造,並在隔年順利取得第二個碩士學位。值得讚揚的是,在畢業的幾年後她將這份獎學金歸還給委員會,這舉動令人相當震驚,從未有任何一名學子歸還過,而瑪莉是第一位。

科學界的佳偶——居禮夫婦

學成後,瑪麗留在法國並開啟了她的科研生涯。當時為了能夠順利進行工作,正尋找著合適的實驗室;在同鄉物理學家約瑟夫.科瓦爾斯基介紹下,她結識了未來的丈夫,法國青年科學家——皮耶.居禮。對科學滿懷熱情的兩人情投意合,彼此欣賞著對方的個性及才華。

1894 年,瑪麗返回波蘭生活,原以為能在家鄉繼續從事喜愛的科研工作,然而波蘭的大學仍以性別為由將其拒絕。在皮耶的說服下,瑪麗回到巴黎並協助他完成了磁性研究,兩人也在同年結為連理。

當時總有人打趣得說:「皮耶最大的發現就是瑪麗」。

在實驗室裡的居禮夫婦。圖/Wikipedia

帶領科學邁向新篇章

婚後夫婦倆一面養育女兒,一面做科研。瑪麗首要目標就是取得博士學位,她選定了當時剛發現的X射線以及鈾射線作為研究主題。後續在研究鈾礦時,透過驗電器的測量結果,瑪麗推斷鈾礦必定含有其他活性比鈾大的物質,於是開啟了她尋找其他放射性物質之路。

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皮耶對瑪麗亞的工作越來越感興趣,隨後也加入了太太的行列。他們用酸液分解研磨過的瀝青鈾礦,再用化學分析方法分離出瀝青礦中可能含有比鈾更具放射性的物質。不久後,成功從實驗裡發現了比鈾的活性高 300 倍的新元素。隨後居禮夫婦發表了一篇聯合署名論文,正式宣布以「釙」(Polonium)命名所發現的新元素,以紀念波蘭。

在發現釙之後不久,她從實驗中發覺似乎有更強烈的放射性物質,便認定這也許是另一個新元素,這時物理學家亨利.貝克勒也加入了居里夫婦的研究行列。他們終於找出這個放射性比鈾大 900 倍的物質,三人將新元素命名為「鐳」(radium),拉丁文意為「射線」,也在研究過程中創造出單詞「放射性」(radioactivity)。

在當時居禮夫婦聯合及單獨發表的 32 篇論文中,其中一篇就為:在鐳輻射下,病變或腫瘤細胞比健康細胞死得更快。可說是若沒有這份的研究成果,就不會有現在用來治療癌症的放射性療法了。

得來不易的諾貝爾獎

在一系列研究及發現後,1903 年瑪麗終於獲得巴黎大學物理博士學位。同年瑞典皇家科學院授予居禮夫婦及亨利.貝克勒諾貝爾物理學獎,起初委員會僅表彰皮耶和貝克勒,不過有位倡導女性科學家權利的委員通報並向上申訴,瑪麗亞才能獲得提名,成為了首位獲得諾貝爾獎的女性。

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1911 年諾貝爾獎證書。圖/Wikipedia

隨著瑪麗亞成功從金屬中提煉出鐳,1911 年瑞典皇家科學院授予她第二座諾貝爾獎(此次為化學獎),以表彰:「發現了鐳和釙元素,提煉純鐳並研究了這種引人注目的元素的性質及其化合物」。此次的獲獎肯定也使她能夠說服法國政府支持並建立鐳研究所,該研究所於 1914 年建成,研究領域涉及化學、物理、醫學等。

將自己毫無保留地貢獻給科學與社會

一戰期間瑪麗為協助戰地外科醫生,便在靠近前線的地方設立了戰地放射中心。她的身影穿梭在戰地醫院中,指導著 X 光裝置的組裝及使用,據估計,超過 100 萬受傷士兵受過她的流動式 X 光機治療。

瑪麗與她的 X 光車。圖/Wikipedia

在戰後的歲月裡,瑪麗亞將時間奉獻將所學與經驗傳授給學生,也包括許多遠從世界各地慕名而來的後進學者。在她的指導下,鐳研究所培育出了四位諾貝爾獎得主,女兒伊倫.約里奧-居禮及女婿弗雷德里克.約里奧-居禮也在其中。

1934 年,瑪麗亞因再生不良性貧血逝世於療養院,後世普遍認為是因長時間暴露於輻射中而造成的,當時科學上並未了解到游離輻射會對人體產生危害,也未開發任何防護措施。瑪麗亞的生活處處充滿放射性物質,幾十年間患上了多種慢性疾病,然而一直到去世,她從未意識到這會危及自己的健康甚至是生命。

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瑪麗亞.斯克沃多夫斯卡-居禮一生不慕名利,奔波於科學研究、教育學子,將畢生毫無保留地貢獻給科學與社會。直到今日,世人仍持續讚賞她的付出與貢獻,紀念這位偉大的科學家。

參考資料:

  1. 維基百科—瑪麗.居禮
  2. 科學名人堂—居禮夫人
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考慮輻射粉塵飄落,福島五縣食品改為「品項限制」是較有保障的作法
台灣科技媒體中心_96
・2022/02/18 ・1636字 ・閱讀時間約 3 分鐘

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行政院於今(111)年 2 月 8 日宣布取消日本福島地區食品進口禁令,以「回歸科學檢驗、比國際標準更嚴格、為食安把關」 等三原則調整管制措施,其中包括從「禁止特定地區進口」改為「禁止特定品項進口」、風險品項需提供雙證(輻射檢測證明及產地證明),以及福島等五縣食品必須逐批檢驗才能進口等三項配套措施。

由於目前大眾仍未能有機會看見和理解「日本進口食品」相關的科學證據,常出現因政治而失焦的非理性討論,台灣科技媒體中心於 2 月 17 日召開記者會,邀請慈濟大學公共衛生學系謝婉華副教授與清華大學原子科學技術發展中心許芳裕教授,分別說明輻射食品的科學證據,以及目前制訂福島食品進口的規範時,如何評估對人體健康的影響。

台灣科技媒體中心邀請許芳裕教授、謝婉華副教授一同召開記者會。圖/台灣科技媒體中心提供

許芳裕表示,目前世界上很多國家都遵循國際放射防護委員會(ICRP)的建議,制定與核輻射有關的法規。ICRP 將輻射的危害分為「確定效應」和「機率效應」,前者是指過量輻射對人體的損害會隨著劑量提高而加深,後者則與癌症發生的機率有關。從 1945 年開始的輻射效應數據研究顯示,只要劑量低於每年 1 毫西弗(mSv),對人體的影響都是可以忽略的。

目前國際標準指出,若是單次或年累積曝露的劑量低於 100 毫西弗,都可以忽略,若超過 100 毫西弗,可能會有健康影響。研究證據也說明 100 毫西弗對人體沒有確定效應(損害),機率效應(癌症發生率)的影響則可以忽略。因此目前各國法規均訂有人員劑量限值:輻射工作人員職業曝露每年不得超過 50 毫西弗,一般人則不得超過 1 毫西弗——只要符合法規劑量限值內,健康效應的風險應可忽略。

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至於國際是如何換算「食品檢驗」到「人體接受的安全劑量」。許芳裕說明,國際上是透過國際食品法典委員會(Codex)的規範,假定成人每年攝取 550 公斤的食物量、嬰幼兒的每年攝取 200 公斤的食物量,再參照各國進口日本食品的比例,來制訂食品輻射限量標準。假設日本食品佔所有飲食的十分之一,納入放射性元素和劑量的影響後,就可換算出各國成人和嬰幼兒的食品輻射限量標準。

日本在制訂國內標準與估算安全劑量時,是以銫-134 和銫-137 為準,假定每人 100% 會攝入輻射食品。

以衛福部的資料為例,台灣目前是參照日本較嚴格的數值,相對其他國家來說較為嚴格。

謝婉華依據其在 2017 年的研究結果表示,大部分的檢測結果都顯示「若台灣民眾因進口食品產生額外的輻射曝露,健康危害應是可被忽略的」。在計算這些額外的輻射總曝露風險時,0-3 歲兒童的額外輻射曝露總量為每年 0.000147 毫西弗,相比照一張胸部 X 光片的 0.02-0.05 毫西弗,風險極低,但和攝入的曝露風險無法類比。

澳洲官方報告也指出,日本福島事件帶給澳洲居民的風險低於 1 毫西弗的輻射曝露量,對人體的機率效應影響可以忽略。另外,在去(2021)年 9 月,美國也解除日本食品輸入的「進口警示」,並且分析 1,749 筆資料,發現僅有 3 筆(2 筆綠茶、1 筆薑粉)檢出輻射量,但遠低於標準。

綜上所述,現今開放日本福島五縣市食品,對國人的健康風險應該可被忽略。

許芳裕和謝婉華都同意,因台灣對福島地區食品的檢驗標準比國際嚴格,在符合檢驗標準下,進口該地區食品的健康風險極低。至於法規將原先的「地區限制」修訂為「品項限制」,確實是更安全的方法,因為輻射粉塵可能會飄落其他縣市,使得鄰近福島 5 縣的地區也有風險,所以改為品項限制更能安全把關,也更符合科學做法。

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