【核廢棄物處置問題-確實瞭解,務實面對】
下方文字取自太專業的前輩臉書,感謝他開放提供轉載,我個人也頗有收穫,尤其是美國已經有高階廢料處置場那段。文長但也請耐心看完,近期來想辦法把他圖片化。在那之前,記得報名我們講座,和分享影片喔!講座剩下不到十個名額了。
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▋引言
自從2011年日本福島311核能事故發生以來,核能議題已經變成國內輿論的熱門。由於核能所牽涉的專業非常廣泛,而我國存在核廢棄物是一個既存的事實,不會因為擁核或反核有所改變,因此唯有確實瞭解與務實面對,才是應有的負責態度。以下試從專業的角度探討高階核廢棄物深層地質處置的可行性與安全性,目的在於說明事實,內容雖難免流於技術性,但對一般大眾瞭解事實或有幫助。
▋多層障蔽保障高階核廢棄物深層地質處置安全
坊間常以「處理」一詞涵蓋所有的核廢棄物管理活動,所謂「高階核廢棄物沒辦法處理」其實是「高階核廢棄物沒辦法處置」之意。沒辦法處置也就是處置無法確保安全,要做此評斷,必須先瞭解處置安全性如何確保。
早在美蘇展開核武競賽初期,美國國家科學院就在1956年推薦以深層地質進行高階核廢棄物(包括高放射性廢棄物與用過核燃料)的處置,後續在國際原子能總署(IAEA)、經濟合作與發展組織(OECD)以及歐、美、日等核能大國的推動研究下,已證明深層地質處置極為安全,並為國際所普遍接受。
深層地質處置是採取多重障蔽的安全防禦概念,以建立多重阻礙的方式,阻絕放射性物質移動到人類的生活圈。第一層障蔽就是高階核廢棄物的本體,例如將高放射性廢棄物做成堅固的玻璃體,用過核燃料的燃料丸則做成陶瓷體;第二層障蔽是廢料體的容器,例如將廢料玻璃體密封盛裝在不銹鋼容器中,用過核燃料的陶瓷質燃料丸則包封在鋯合金鞘套內;第三層障蔽是金屬的外包裝層,也就是金屬棺,例如用足夠厚度的銅或耐蝕性金屬作棺,以密封包覆廢料體容器;第四層障蔽是緩衝材料與回填材料,也就是在金屬棺的四周以壓實的膨潤土層圍繞密封,再以母岩碎粒和黏土或膨潤土等的混合物夯實填滿膨潤土密封層和處置坑之間的空隙;第五層障蔽就是地質障蔽,包括處置母岩與周圍的地層。
▋天賜絕佳的障蔽材料
五層障蔽的材料不論是金屬、礦土或地質岩層,其阻絕放射性物質移動的基本特性、加工方法與功能,都已經過現代實驗室的試驗研究與模擬計算加以驗證。
如大家熟知的,銅金屬腐蝕時會在表面生成一層保護膜,因此,即使在潮濕空氣,甚至非氧化性酸液存在的環境下,銅都具備很好的耐蝕性。深層地質是屬於無氧的還原環境,銅在此環境的腐蝕速率幾近可以忽略。芬蘭就是採用銅做為用過核燃料的外棺,並預期在深層地質以及層層障蔽的保護下,用過核燃料能安置於銅棺內100萬年。
膨潤土也是最終處置的關鍵性障蔽材料,它遇水會膨脹並阻塞水的通路,並對溶解在水中的超鈾元素具有強大的吸附力,能將超鈾元素吸附固定,阻絕其移動,是高階核廢棄物最終處置絕佳的障蔽材料。
母岩地質也是天然的障蔽材料,除了提供穩定與封閉的功能外,萬一放射性物質突破重重障蔽往人類生活圈移動時,處置場與人類生活圈之間的地質圈,就會發揮阻絕、稀釋與延時的效果,使放射性物質移動到人類生活圈時,其放射強度已衰變到可接受的程度。
▋以「天然類比」為師
一般而言,用過核燃料處置後,大約經過10萬年,放射性就會衰變到天然鈾礦的程度,如果是處置用過核燃料再處理產生的高放廢棄物,則僅需約8000年。多重障蔽的安全概念也使用在低階核廢棄物的最終處置,因其放射性衰變到背景值的時間僅需300年左右,因此,對障蔽結構與功能的要求遠低於高階核廢棄物的處置。
要證明最終處置場的功能歷經數千年甚至數十萬年仍能保證有效,僅靠現代實驗室的短期研究與測試是不夠的,需要有更長期的事證加以佐證,因此所謂「天然類比」也就派上用場。
所謂「天然類比」是指利用經過長期演變的天然情境,以比擬、評估人造系統長期演變的可能結果。例如,在芬蘭Hyrkkölä和Askola地方的花崗岩中,曾發現存在於含硫酸鹽的地下水和氧化環境下的金屬銅,雖然已經歷了5千萬年,但仍然保持原狀。這對瞭解銅在深層地質環境下的長期耐用性,就是很好的天然類比。
中國大陸有很多千年的古墓,墓穴內的屍體與陪葬物仍然保持不爛,主要是因為「槨室的四周用木炭隔潮,又用白膏泥填塞」。木炭能吸水分,白膏泥就是高嶺土,能密封隔絕水份與空氣,因此埋在地下十幾公尺墓穴中的陪葬物,能長久保持下來。另外,在匈牙利的一個礦場,也發現了一座埋在黏土地層下的柏樹林,雖已埋藏800萬年之久,但樹幹態樣仍然完整保持。這些對以礦土做為處置障蔽材料都是很好的天然類比。因此,比高嶺土和黏土的水密封性以及離子吸附性更佳的膨潤土,即被廣泛當做現代高階核廢棄物處置的障蔽材料。
▋遠古的天然核反應爐遺跡佐證地質處置的安全性
除了以上的「天然類比」可供參考外,世界上還有一個發生在20億年前的天然核反應爐遺跡,能更貼切地佐證高階核廢棄物最終處置的安全性。
這個遺跡在1972年被發現,地點在中非加彭共和國的Oklo鈾礦區,是一個經過科學檢驗的天然核反應爐遺跡。在這個遺跡被發現之前,美國阿肯色大學(U. of Arkansas)化學系教授P. K. Kuroda,在1956年化學物理期刊(The Journal of Chemical Physics)發表了《鈾礦物的核子物理安定性探討》的論文,以核子反應爐理論公式,推測在早於20億年之前的時期,地球上一定厚度的瀝青鈾礦有發生「天然核反應爐」的可能性。發生此種「天然核反應爐」的主要關鍵是,該時期的天然鈾所含有的鈾-235濃度高於3%,亦即高於現代核反應爐的濃縮鈾核燃料中的鈾-235濃度;現在天然鈾所含的鈾-235濃度已衰減為0.7%。
根據Oklo遺跡的核反應產物所進行核種分析與比對結果得知,這個天然核子反應爐曾持續進行了幾十萬年的核分裂反應,釋出的能量功率平均約100千瓦,估計約消耗了5噸的鈾-235,並產生了5.4噸分裂產物以及1.5噸的鈽和其它超鈾元素。調查研究還發現,現場遺留的分裂產物和錒系元素,在20億年期間只移動了幾公分。這個天然核子反應爐遺跡是一個時間夠長、規模夠大的高階核廢棄物地質處置的天然類比事證,大自然以此向人類證明「深層地質可以有效拘限高階核廢棄物的核種移動」。
Oklo天然核反應爐遺跡的地點是砂岩地質,砂岩屬於多孔性沉積岩,透水性比較高,拘限核種移動的能力並不算好,但它仍然有效拘限了分裂產物和錒系元素的移動。因此,國際上已經普遍認同,以深度在300~1000公尺,拘限核種移動的能力比砂岩更佳的花崗岩、泥岩、中生代基盤岩等做為最終處置的母岩,並採用銅、膨潤土等長期耐久的封閉性材料,以現代工程技術建構多層人工障蔽,足以確保高階核廢棄物最終處置的安全。
▋美國已經有高階核廢棄物的處置場
有一個流傳坊間的說法是,現在國際上還沒有高階核廢棄物的最終處置場,並以此為例,認為高階核廢棄物沒有辦法處置。但這並不是真實情況!國際上第一個高階核廢棄物最終處置場,已於公元2000年在美國建成並開始營運。
這個處置場在新墨西哥州卡爾斯貝(Carlsbad)鎮,是專為美國發展核武所產生的超鈾高階核廢棄物最終處置而建造的。它之所以不廣被知曉,主要是因美國政府承諾只用以處置國防超鈾核廢棄物,不做為核電高階核廢棄物處置之用;在美國人不落人後的愛國心驅使下,沒費太多周折就選定了場址,並刻意稱為「廢棄物隔離先導場(Waste Isolation Pilot Plant,WIPP)」。
這個處置場的地質是岩鹽,也就是氯化鈉岩體。氯化鈉很容易溶解於水,但是在水份稀少的環境下,它會緩慢地重新結晶,時間一久,晶粒接合在一起就會形成大顆的鹽塊,如果有異物存在,就會被包封在鹽塊內,連水也會被包封住。2003年筆者曾到該處置場參觀,友人旅美核能專家吳全富博士當時擔任該場的營運長,安排筆者進入處置坑道內參觀,有一位地下坑道工程師送筆者一顆雞蛋大小的鹽塊,裡面有一個約兩三顆米粒大小的水泡,陪同參觀的人解說,那水泡是一億兩千萬年前的水。水在那種地質環境下,也會被永遠包封住,更不用說是固態的高階核廢棄物了。
卡爾斯貝超鈾高階核廢棄物處置場已運轉了10多年,使美國清理核武發展基地產生的高階核廢棄物得以最終處置。該處置場雖以「廢棄物隔離先導場」為名,但其實是一個坐落在橫跨數州、廣大無邊的岩鹽地盤上的處置場,以之容納處置全世界的高階核廢棄物都綽綽有餘。2012年12月,筆者應邀參加廈門大學主辦的「核能與核燃料循環論壇」,一同應邀參加的美國民用放射性廢棄物管理署(OCRWM)前署長Margaret S. Y. Chu女士(華裔)曾告訴筆者:WIPP為卡爾斯貝鎮民所歡迎,也帶來不少建設與發展,因此當美國核電用過核燃料最終處置的亞卡山計畫被擱置後,該鎮派代表到國會和能源部遊說,爭取把核電用過核燃料送到WIPP處置。
因此,我們可以說:核電高階核廢棄物最終處置之所以進展遲緩,主要是政治、社會與經濟等利益糾葛的關係,亦即英國核電政策白皮書(2008)中核廢棄物政策諮商的公民意見所言,是一項政治意願的問題,而不是安全與技術方面的問題。
▋高階核廢棄物不是不能處置,只是需要時間循序漸進!
高階核廢棄物最終處置除了選址需要冗長的溝通外,即使有了預定場址,還需要進一步的詳細地質調查與水文調查,並且要建立地下實驗室進行地下實驗。一般而言,溝通、選址、地質調查、地下實驗室實驗等工作,需時短則二、三十年,長則四、五十年,處置設施的建造通常只需要10年左右。因此,除了芬蘭與瑞典正在建造,預定在2022年與2027年建成運轉外,其他國家最快的也僅進行到地下實驗室階段,尚未進入設施建造階段。
就高放廢棄物與用過核燃料等兩種高階核廢棄物最終處置所需的放射性衰變時間做比較,前者約需8,000年,後者為10萬年,後者是前者的12倍左右;前者的體積約為後者的20~25%,但兩者總衰變熱差異不大,因此兩者所需的處置面積相差不多。用過核燃料再處理可以提煉出鈽和鈾再利用,對資源的善用有利,但再處理的成本很高,採取用過核燃料再處理的所謂「封閉循環」路徑,總成本要比將用過核燃料直接處置的「開放循環」多出1~2倍。
另外,用過核燃料再處理提煉出的鈽,只要少量就可以製造成核子彈,事關核子擴散的敏感問題,因此如何發展成本較低、能防止核子擴散的再處理技術,目前仍在研究中。因此,在多方的權衡考量之下,近年來遂有所謂「百年長期貯存」的用過核燃料管理選項;荷蘭早就建好設施實施百年期的長期貯存,美國則正在計議中。畢竟將用過核燃料貯存百年並不是難事,在對社會、經濟與核武擴散等問題尚未有最好的答案之前,重新計議,事緩則圓,把事情做得更好,這也是需要時間的原因之一,但這不能解釋為沒有辦法處置。
▋尋求核廢棄物處置之道才是我國的議題!
我國擁有核廢棄物是既存的事實,政府現行的政策是:優先考量境內處置,不排除境外處置。但有很多聲音反對在國境內做處置,對境內有沒有適合的母岩進行處置也排斥調查研究。但如果我們是負責任的世代,對核廢棄物的何去何從,應該要有一個明確的交代!尋求核廢棄物的解決之道才是該探討的議題,否則只會更陷入困境。
境內處置既然是現行的優先政策,調查有無適合的母岩應是首要之務。有反對者以「台灣地質的齡期太短,長期穩定性不佳」,認為不適合做高階核廢棄物處置。事實上,母岩齡期之長短不能與有無長期穩定性畫等號。依據國際選擇高階核廢棄物處置場址的基本條件,一是地質的長期穩定性:從岩層的抬升率、侵蝕率,以及岩層的地球化學與水文地質環境是否會因地質及氣候變化而發生靈敏變化等做研判;二是長期穩定性必須是可預測的:經濟合作與發展組織(OECD)核能署(Nuclear Energy Agency,NEA)專家對此的建議是,以最近100萬年的地質變動情況做為研判的依據。
根據目前所獲得的資料,台灣東部的岩層包括花崗岩、花崗片麻岩等,齡期約在8000萬至9000萬年;金門、馬祖、烏坵等外島的齡期較長,約在1億至1億4000萬年之間,與法國Meuse地下實驗室的泥岩齡期約1億5000萬年,相去不遠。要確定境內處置是否可行,應先把地質的長期穩定性調查清楚才是正辦,否則徒然陷在空轉的困境。
▋總結
我國有核廢棄物存在是既成的事實,不論低階核廢棄物或高階核廢棄物的最終處置,雖有政策,但常見反對與排斥之聲,少見理性與務實的探討,政策的執行已陷入困境。就現今的情況而言,核廢棄物處置問題的解決誠屬不易,但解決的途徑也有多端。基本上,應以理性與負責的態度務實面對,執行單位應擬定境內與境外,短程與長程的解決策略,確實執行;社會大眾則應以共謀解決國家重大問題的態度面對。這才是應行之道,否則將陷入無法自拔的空轉困境。
化學反應速率公式 在 辣媽英文天后 林俐 Carol Facebook 的精選貼文
成功高中畢業學長游舜凱,原本念台大生科,但不放棄行醫的抱負,花了1000多天的努力,終於考取心中理想:醫科。
舜凱學長之前分享了數學科重點和準備方法心態,現在分享物理囉!
快tag身邊的學測、指考戰士👍🏼
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高二
▶️直線運動(自己念 不會可以回去國中再學)
▶️平拋 斜拋很重要(二維獨立性:水平方向 鉛直方向)
▶️靜力分析:
先全體,再個別
二維獨立性(水平鉛直 切線法線)
平衡=合力為零 合力矩為零
移動平衡是看合力
轉動平衡是看合力矩
不平行的三力平衡延長線要共點且形成封閉三角形
▶️牛頓定理有三個
常用手法:
東西會動是因為有速度不是因為力(慣性)
靜摩擦力沒有公式 只有最大靜摩擦力有公式
合力(大減小)=選定系統質量 X 加速度
▶️簡諧運動:
等速率圓周運動投影為簡諧運動
討論位移 速度 加速度 絕對不要背公式 用畫圖的 減少記憶負擔
端點:加速度最大 速度為零
平衡點:加速度為零 速度最大
彈簧只會考水平 鉛直彈簧如果不會可以略之
▶️動量守恆的前提系統不受外力(注意是鉛直方向守恆還是水平方向守恆)
角動量守恆的前提是不生力矩
力是動量的時變率 力矩是角動量的時變率
力學能守恆的前提:僅保守力(重力 彈力 電力)做功
▶️天體能量搭配克普勒行星運動定律命題(注意橢圓軌道 or 圓形軌道)
▶️衝量動量定理:F(力)x T(經過時間)=M(系統質量)x 速度變化
功能定理:合力做功=動能變化(注意:做功有正有負 變化量必為末減初)
FT圖面積表示衝量(動量變化) FX圖表示做功
AT圖面積表示速度變化
▶️看到題目有提力有時間基本上考衝動定理
看到題目有提及力和作用的距離通常考功能原理
▶️碰撞只有三種:完全彈性碰撞 非彈性碰撞 完全非彈性碰撞(碰撞合體)
碰撞一定動量守恆 但是力學能不一定守恆
可以把系統動能分成質心動能和內動能(內動能公式強烈建議背)
質心動能永不變 通常都是內動能做能量轉換(轉成彈力位能 或是熱能散失等等)
完全彈碰的速度公式要背(106指考單選有命題)
▶️等速率圓周運動公式要背
會衍生考天體圓周 或是 電子繞原子核做圓周
列式都從:庫侖力或是萬有引力當作向心力 開始想
建議天體圓周的速度公式和週期公式要背
氣體動力論推導一次背結論
氣體混合不外乎利用莫耳數守恆和能量守恆(化學考氣體混合可能會反應)
注意題目是問總能 一個分子平均動能 還是 一莫耳平均動能
▶️波動通常考圖型
看題目一定先看是給 Y-X圖(波形圖) 還是 Y-T圖(波上某點的位移圖)
固定端 自由端圖片判讀
駐波很重要:兩端固定 or 一端固定一端開放
駐波頻率公式直接背(搭配諧音 泛音)
▶️光學偏重考物理光學 幾何光學的部分通常命題點是全反射(考古題很多不贅述)
全反射的臨界角公式一定要背 只有密介質到疏介質才可能全反射
全反射計算可能搭配三角的公式代換 角度大膽假設一定可以消或是代換
幾何光學一定要會斯司奈爾公式
透鏡的題目命題率太低(時間不夠就略看) 但是透鏡公式要會背會用
視深實深問題不常考但106指考單選有命題 稍微注意!!
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❤️其他重點放在留言區哦!
化學反應速率公式 在 閃亮亮歷史天后 葉施平 Facebook 的最佳貼文
經過三天國英數的洗禮,
衝刺重點進入自然和社會科了,
綜合考科最容易準備失焦!
自然細分有生物+理化+地科,
社會細分有歷史+地理+公民,
複習冊別及範圍多又繁雜,
也是大家最容易顧此失彼的,
所以趕快把單元主題掌握清楚,
利用最後的衝刺階段,
把重點單元及觀念個個擊破!!
自然科會考30天衝刺重點
以下是今年全國會考自然科的重點~
在最後給學生的建議
一、想辦法控制錯題數
自然科根據去年會考的結果,
錯題數在8或9題以內都還有機會落在A的等級。
雖然北北基區是以七分做每科的記分,
但是其他考區還是有先比序ABC等級的,
所以落點在B的同學要想辦法讓生物全對,
地科能控制在1題左右,
那理化就有較大的錯題
容忍度(理化題數約27題強),
可以在會考自然科上攻到A。
尤其理化較弱的同學更可循此方式在最後的時間,
來決定各科在準備時間上的比重強弱。
二、考古題的練習
會考的出題和過往基測為同一來源,
所以考古題的練習絕對有用。
尤其是理化較弱的同學,
在最後的時間中,不知如何下手,
建議把93年以後該單元的基測考古題弄懂即可。
(如果手邊有帶考古題)
至於會考比基測較難的這個命題趨勢,
同學可以注意98年以後的題目,
原則上不會更難,
只是極簡單的基本題會削弱。
三、不要再練習艱澀或大量的計算了,
寧可花時間把觀念和定義弄清楚。
會考真正歸屬為計算的題目不會超過10題,
其中一半又屬於基本觀念運算,
所以要避免耗費時間在困難計算的練習。
四、重點提示
生物重點 約考13~14題左右
1 細胞生理的基本概念,像是滲透作用和酵素的觀念很多同學會忽略
2 光合作用、消化作用、輸導組織、循環系統、神經系統、內分泌系統…屬於第一冊自然六大重點,通常考五題
3 植物的感應、顯微鏡和恆定性合起來大概會考兩題,恆定性當中比較重要的是呼吸恆定和廢物恆定
4 生殖必考,包含動物的授精方式,花的觀察和蛋的觀察要注意
5 遺傳大概合併演化會出到兩題左右,演化通常和地科的地層沈積共同出題
6 生物的分類也是必考的重點。注意分類的依據,而動物界則以節肢動物和脊索動物最重要;植物要注意單子葉和雙子葉植物比較。
7 環境和生態主要以圖表解釋能力出題,也是每年必考
理化重點 約考27題左右
【必考】
1 物理:力(浮力與摩擦力)、壓力、基本電學與效應、直線運動與牛頓運動定律
2 化學:原子模型、原子量(分子量)與莫耳數、電解質和有機化合物。
電解質除了內容重點以外,一定要弄清楚pH值和﹝H+﹞(莫耳濃度)的換算。
上面重點的出題數常常都不只一題,要特別注意。
【重要】
1 物理:溫度與熱、聲音與光、電磁學
2 化學:反應速率與化學平衡、氧化還原、電解和電鍍
◎各單元的實驗一定要再複習過,實驗是考試出題的大重點,重要的實驗包括:
滴定、皂化、竹筷乾餾、打點計時器、滑車實驗……會較需要注意。
◎考前同學不要再鑽研艱深的計算,應該確認自己瞭解觀念與定義。
因為有許多計算其實會考都不會考的很難。
地科重點 約考12~13題左右
【必考】
1 務必了解台灣位於的聚合性板塊交界,相關的岩石類別也要整理。
張裂性界線與聚合性界限的差異及所會出現的地質現象要分清楚。
2 地球自轉和地球公轉所形成的天體自然現象。
包括月相盈虧、潮汐現象、日月食和天體(太陽)東昇西落的原理。
3 高低氣壓的定義、氣團與鋒面、季風與颱風。
4 全球暖化和臭氧層破洞的比較很多同學都會混淆,但是考過好多次要注意。
【重要】
1 太陽系的組成
2 地震(震央與震源、規模與強度)的名詞解釋之差異
3 天氣圖的判斷(地面天氣圖與衛星雲圖)
◎相關的圖形一定要理解,重點內容不要死背,地科一定考圖形,要會看圖。
解題時注意事項
一、標記關鍵字
把重要的關鍵字抓出來,讓自己能夠很清楚的知道題目給的限定條件。
例如1.
某物體質量5公斤,受一水平施力10牛頓,於光滑平面上移動……
【光滑】表示沒有摩擦力的介入
例如2.
同質量且初溫相同的甲、乙、丙三物體,於相同穩定熱源上加熱……
【相同穩定熱源】表示單位時間內供給熱量相同
例如3.
某物體沿斜面等速度運動下滑……
【等速度】根據牛頓運動定律,表示合力為0。
所以延伸出來的概念:有摩擦力或是合力作功為0
例如4.
圖中所示甲、乙兩地分別為一年中太陽正午直射地表的最北界與最南界……
【最北界】代表夏至當日直射北回歸線
【最南界】代表冬至當日直射南回歸線
二、看清楚題目問什麼
1.注意題目的最後一句話,並劃線下來,確認題目的考點問題為何。
因為常常題幹的敘述和問題要問的點是在國中課程的不同章節,容易混淆。
例如:
某物體質量5公斤,受一水平施力10牛頓,
於不均勻質地水平面上由靜止啟動,
並於5秒後達等速度運動,
求第5秒物體所受磨擦力大小為?
題幹敘述好像是屬於運動學的題目,
但是從最後一句話可知題意要求摩擦力;
並從關鍵字【等速度】解出摩擦力大小為10牛頓
2.注意單位的標示,以確定適用的定義及公式。
三、時間分配得當
不要被過程中某一題的解題不順而影響!!!
1.避免因為一題的執著而耗費太多時間,導致題目寫不完。
2.不要因為一題不確定答案就緊張,這會影響原本正常的解題思緒。
3.告訴自己:我不會,別人也不一定會!我不要緊張,讓別人去緊張。
但是如果有跳題作答,記得一定要在題目卷上,做清楚且明顯的記號,避免畫錯答案卡。
有時候先跳過難題,後面題目穩穩的寫完後,再回過頭來看,會有不一樣的思路。這樣也
避免了時間分配不當,導致題目寫不完。
四、計算時,記得將公式列出來,避免寫了一堆數字,回頭看卻不知代表什麼意義。
五、不確定的題目不要直接亂猜,可以從答案倒推;或著先刪去不可能的選項,以提高答題正確率。