福島核電廠的核燃料 熔穿到烏拉圭外海了嗎？

• 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。

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」。）

【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？」

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。

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。

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。

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。

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。

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」。

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。

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。

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。

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。

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
3. 居禮夫人：大家都聽過的科學家，與她充滿波折的人生和感情路
4. 科技大觀園—開啟輻射醫學大門的居禮夫人
5. 傑出的科學貢獻與多舛波折的人生：瑪麗．居禮誕辰｜科學史上的今天：11/7

• 本文與新興科技媒體中心合作，內文經泛科學改寫。
• 本文轉載自新興科技媒體中心《日本福食與食品安全記者會 會後新聞稿》

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。

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。

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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