可能直到現在,還有許多的朋友們,連最最基本的游離輻射和非游離輻射之間的重大差異都分不太清楚。
簡單來說,游離輻射即是一般所謂放射線﹔而非游離輻射即是一般所謂的電磁場電磁波等。
輻射是一種具有能量的波或粒子,如電磁波(如無線電波、微波、可見光、紫外線、X射線、加馬射線等)以及從放射性物質發射出來的微小粒子(如阿伐粒子、貝他粒子、中子等)都稱為輻射。其中能量較低的,如無線電波、微波、可見光、超音波、紫外線,稱為「非游離輻射」;而能量較高的,如X射線與加馬射線,以及粒子輻射則屬於「游離輻射」。
「電磁波」是由電場與磁場交互作用所產生,屬能量的一種。它以波的形式接近光的速度輻射傳遞,自古以來就以各種面向存在於大自然。
電磁波可分為「游離輻射」和「非游離輻射」。游離輻射係指頻率大於3×1015赫(Hz)的電磁波,一般常稱呼為輻射或放射線。最為人所知的游離輻射就是X光,它的頻率比起非游離輻射高的多,其光子能量強到足以藉由打斷細胞內各種分子的原子鍵而產生游離化(ionizing),必須嚴格防護,因此醫院的X光室都有鉛板屏蔽,避免輻射外洩。
而且,電磁波的一個特徵就是,當電源消失之後(例如手機關機、電腦關機、X光設備關機),電磁波也就隨之消失。
非游離輻射係指頻率小於3×1015赫的電磁波,一般俗稱電磁波者皆屬此類。它的能量較微弱,無法打斷原子的鍵結產生游離化(ionizing)。按照頻率/光子能量高到低的順序,非游離輻射的族群可分為紫外線(UV)、可見光、紅外線(IR)、微波(MW)、射頻(RF)、極低頻(ELF)、以及靜電場與靜磁場。另外極低頻由於波長非常長,約5000公里,所以通常稱為電磁場。
此外,非游離輻射係指能量低且與物質作用後,並無法使物質產生游離作用的輻射。它與我們日常生活的關係更密切,舉凡紫外線、太陽的可見光、燈光、紅外線、微波與雷達、電視與F M無線電波、AM無線電波及長波長的交流電波等皆屬非游離輻射。
至於游離輻射(ionizing radiation)是指波長短、頻率高、能量高的射線,游離輻射無色、無味,感覺不到,目前全球醫學界已經公認所有的游離輻射都沒有所謂安全劑量,換言之凡是多暴露一分則會有多一分的危險。
暴露高劑量的游離輻射可能會引起皮膚灼傷、毛髮脫落、噁心、新生兒缺陷、疾病以及死亡。它對健康的影響取決於暴露量多寡、暴露時間長短。暴露於游離輻射會增加罹患癌症的風險。若一個懷孕的婦女暴露於高劑量的游離輻射,可能會導致其新生兒的腦部發育異常。
游離輻射引起癌症依暴露器官的敏感度不同,而發生的傷害輕重不因。一般器官中以乳房、甲狀腺、骨髓及肺臟最為敏感。乳腺癌比白血病高數倍,另外放射氡氣會引起肺癌及甲狀腺受幅射會生上皮細胞癌等。
核反應爐進行核分裂連鎖反應產生熱能帶動蒸汽渦輪發電機組產生電力的過程中,所產生的輻射,以及其運轉過程中所產生的核廢料,絕大部分都屬於放射性的游離輻射的類別。
放射性核種是不穩定的原子,會放出游離輻射並衰變成另一種原子。 隨著越來越多原子衰變了,剩下的放射性核種數量減少,輻射強度也就越來越弱。 放射性核種發出的強度減少到只有剛開始的一半所需要的時間,稱為「半衰期」,每種放射性核種皆有其固定的半衰期,比如說核電反應爐所產生的放射性游離輻射中常見的銫137(Cs-137),他的半衰期為30.17年,也就是每經過30.17年的時間,他的輻射強度會衰減為原先強度的一半,經過6個半衰期約181年之後,銫137的游離輻射強度會衰減為原先的1.5625%的強度,起碼要經過超過10個半衰期也就是301.7年之後,銫137的游離輻射強度才能衰減到原先的萬分之9.765的強度,回到差不多接近於自然環境背景值的程度。但是,特別一提的是,銫-137是人造輻射物質,原本就不該存在於大自然的環境當中。
核子燃料的主要成分,鈾-238(約佔96%),雖然在普通原子爐中幾乎不起核分製反應,但在吸收中子之後卻產生出長壽命(半衰期有的萬年以上)元素,即自然界不存在的「超鈾元素」,如鈽(Pu)、鋂(Am)、鋦(Cm)等人造放射性游離輻射物質。
PS. 此外,常常有特定族群的朋友們喜歡以所謂香蕉中所含的鉀-40元素來試圖混淆社會大眾視聽,所幸在2017年10 月份時,經義美食品輻射檢測研究室實測結果,香蕉所含的鉀-40,55~75%均集中在香蕉皮,「只要民眾勿迷信吃香蕉皮可治失戀」,就可安心大啖美味又健康的香蕉。
首先,鉀在自然界裡有三種同位素:鉀39(穩定的同位素,占93.3%),鉀41(占6.7%),鉀40(具放射性,占0.01%,也就是萬分之一),這三種同位素本來就存在於自然界中。
衛福部食品藥物管理署副署長林金富告訴中央社記者,依現行法令,僅針對食品中的人工核種訂有標準,例如核電廠爆炸、原子彈爆炸產生的銫-134、137或是碘,但鉀-40是天然核種,國際間沒有國家針對鉀-40訂有標準,台灣也是,因此「沒有超標的問題」。
林金富解釋,鉀-40和鉀-39是同位素,同時存在於自然界中,含有輻射的鉀-40以萬分之一的比例存在於鉀-39中,地球地殼裡、大自然、香蕉、人體裡都有此物質,無法以人工方式去除。
由於非放射性的鉀-39、鉀-41和放射性的鉀-40,都是原本就存在自然界中的元素,專家指出,人體內都含有些微天然輻射,且人類在演化中已對自然界中原本就已經存在的天然微量輻射建立生物恆定(homeostasis),會透過體內的代謝機制來自我調節,因此吃香蕉時,不會因為體內增加「鉀-40」含量而損害健康,毋須擔心。
以下是衛生福利部以及原子能委員會針對食品中鉀40的解釋:
“鉀-40係屬於天然放射性物質,於環境中天然存在,與核污染或輻射污染之情形不同。針對該等天然放射性物質,行政院原子能委員會(以下簡稱原能會)歷年均有進行市售各式商品(包括食品)之抽驗,並已於「天然放射性物質管理辦法」中訂有天然放射性物質核種活度濃度基準值,鉀-40之活度濃度基準值為10貝克/克。
至於食品藥物管理署依據食品安全衛生管理法第15條所訂定之「食品中原子塵或放射能污染容許量標準」,係適用於可能有發生核污染或輻射污染時,包括意外或惡意之行動,並就危害監測之指標性核種(碘-131、銫-134及銫-137)優先訂定標準;而來自太空宇宙射線、土壤、岩石、建材、煤灰等環境,以及自環境間接影響到食物中的天然放射性物質,因無法透過後端之食品予以減少或管制,必須透過源頭降低整體環境之游離輻射,始能減少天然食品原料中之背景值,查目前國際間包括Codex、歐盟、美國、紐澳、加拿大等各先進國家,均無針對食鹽或食品特別訂定鉀-40之限量標準。”
但是不可否認的,在醫學界也常會遭遇到的症狀為血液中鉀離子濃度太高或者過低對健康所造成的負面效應。
人體的鉀離子濃度一旦大於5.1 mg/dl,即為「高血鉀症」,此時容易出現肌肉無力、頭暈、感覺異常、麻木、代謝性酸中毒等症狀,如果血鉀濃度升到7 mg/dl時,會造成心律過緩,嚴重甚至會因心室頻脈而猝死,此類患者即使接受電擊也難以回復正常心律,必須緊急施打藥物才能救命。
低血鉀是臨床上常見的電解質異常,鉀離子是細胞內最主要的電解質,血清正常血鉀值介於 3.5至5.5 mEq/L之間,當血鉀值低於3.5 mEq/L即為低血鉀症。鉀離子主要的生理功能是維持細胞膜正常的電位差,藉由細胞間快速的轉移及腎臟調節鉀離子的排泄,來維持鉀離子的恆定。因此鉀離子在神經肌肉功能與心臟傳導節律扮演重要的角色。
輕微的低血鉀 (血鉀值於3.0至3.4 mEq/L)通常沒有顯著症狀。中等程度的低血鉀(血鉀值於2.5至2.9 mEq/L)則會導致疲倦、肌肉無力、酸痛、抽筋、以及便秘。嚴重的低血鉀 (血鉀值低於 2.5 mEq/L) 可能導致麻痺性腸阻塞、急性肢體無力、反射減弱、心律不整,甚至嚴重到呼吸停止。
食物、飲養攝取首重均衡,任何食物過與不及都會對健康造成負面效應。
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磁粒檢測設備 在 台灣物聯網實驗室 IOT Labs Facebook 的精選貼文
三層電路貼在皮膚上,延展度 800%!這款「電子刺青」還能控制機器手
作者 雷鋒網 | 發布日期 2021 年 02 月 12 日 0:00 |
聽過「電子紋身」(Electronic Tattoo)嗎?早在 2013 年,Motorola 高級副總裁 Regina Dugan 就曾拿出看似普通紋身貼紙的產品。Regina Dugan 表示這款電子紋身是行動式智慧設備,可惜並未多展示充滿未來感的那面。
2016 年 YouTube 一支影片,幾位生物駭客展示將電子設備植入皮下的過程──設備差不多硬幣大小,由一個印刷電路板、5 個表面貼裝發光二極管(SMD LED)組成,由矽膠包裹,一塊 3 伏特電池供電。
設備植入並受磁鐵觸發後,LED 燈會發光,皮膚會出現一朵梅花。
如果你覺得電子紋身只是廠商炒概念、科學怪人開腦洞,那就錯了。
2018 年,美國卡內基美隆大學的科學家就將電子紋身寫進論文,用液態金屬合金塗覆銀奈米顆粒,兩者融合後形成電路,經過印刷,紋身就可輕鬆轉移到皮膚,且導電性也很高。
當時參與研究的卡內基美隆大學助理教授 Carmel Majidi 表示:這是電子印刷領域的突破。
就在最近,中國科學家也聯合打造出電子紋身。
2021 年 1 月 13 日,論文發表於《科學》雜誌子刊《科學─進展》,題為「Multilayered electronic transfer tattoo that can enable the crease amplification effect」(可實現摺痕放大效果的多層電子傳遞紋身)。
論文作者來自南方科技大學(深圳灣實驗室生物醫學工程研究所)、首都醫科大學生物醫學工程學院及中國科學院大學國家奈米科學技術中心。
什麼是「電子紋身」?
看過前文,大概能對電子紋身下個定義:「能直接貼在皮膚上的超薄電路」。電子紋身可隨著皮膚狀態任意拉伸彎曲,可說是穿戴式設備的最高境界了。運作原理是 NFC(Near Field Communication,近距離無線通訊),能讓設備靠近時交換數據的技術。
NFC 是在 RFID(無線射頻身分辨識)技術的基礎上結合無線連接技術研發而成,日常場景也為各類電子產品提供安全快捷的通訊支援。行動支付、文件傳輸、門禁、手機與車鑰匙集合的背後,都離不開 NFC──轉到電子紋身,NFC 可確保訊號傳遞。
其實電子紋身有很多用途,如耳機、無線收發器、電源、噪音檢測器、測謊儀等等。作者也提到:「電子紋身在皮膚健康和運動感測有很大潛力。」
然而電子紋身目前問題是:固形性、黏性和多層性等特性不能並存,是研究人員設計新型電子紋身的起因。
多層電子傳遞紋身
研究人員設計出「多層電子傳遞紋身」,即 multilayered electronic transfer tattoo(下稱 METT)。
為了組成多層電路模板,科學家用到兩種材料,一是金屬聚合物導體(metal-polymer conductors),二是彈性體嵌段共聚物(elastomeric block copolymer)。
METT 共有 3 層:
黏合層(adhesive layer):很薄(~8μm)的壓敏膠,受外部壓力時,黏合層使 METT 與皮膚緊密附著。
釋放層(release layer):矽酮膜,主要目的是便於電路模板從釋放膜剝離。
兩者間的電路模組:含 3 層電路,每層都嵌有可拉伸導體的聚苯乙烯─丁二烯─苯乙烯(SBS)薄膜(~14μm)。
第一、二層電路上有應變感測器,數量分別為 11 和 4,第三層電路上有一個加熱器。
由於金屬─聚合物導體(metal-polymer conductor)有良好延展、可重複性,因此可用作應變感測器。
如下圖 A、B 所示,基於金屬─聚合物導體的應變感測器電阻,隨著拉伸應變增加而增加,METT 甚至可容易拉伸到 800%,遠遠超過皮膚最大變形度。
METT 可用於溫度調節、運動監測和機器人遠端控制,具高延展性(800%)、固形性和黏性,可做到摺痕放大效果,因而能將聚集應變感測器的輸出訊號放大 3 倍。事實證明,無需任何溶劑或加熱,METT 就能在不同表面牢牢附著。
遠端控制機器手臂
不僅如此,為了展示新型電子紋身的可擴展性,科學家更製造出 7 層 METT,當成可拉伸加熱器。
上圖 A 是 7 層加熱器俯視圖,每個電路層都包含一個基於金屬─聚合物導體的加熱器,兩端有 2 個連接點,用於與其他層加熱器形成垂直電連接。因此,7 個加熱器就以串聯方式連接電源。
上圖 B 展示不同層基於金屬─聚合物導體的加熱器,透過連接點形成的電連接。
論文介紹,除連接點外,金屬─聚合物導體透過 SBS 形成良好電絕緣,熱成像時未發現短路。研究結論之一是,隨著層數增加,紋身的順應性隨厚度增加而降低,兩層電子紋身足以滿足大多數功能。
科學家將 METT 實際應用──透過手指彎曲發出的訊號放大,透過藍牙傳輸到機器手臂,因此 METT 能遠端控制機器手臂,模仿人手動作時也不會出現異常震動。
論文表示,團隊已透過 2 層 METT 做到以 6 個自由度遠端控制機器手,透過 3 層 METT 以 15 個自由度遠端控制機器手。
可肯定的是,未來電子紋身在醫療、VR 和可穿戴式機器人方面有巨大潛力。
附圖:▲ 蘋果手機上的 NFC 功能。
▲ 科學家測試 METT 應變感測器的機電性能。
資料來源:https://technews.tw/2021/02/12/multilayered-electronic-transfer-tattoo/
磁粒檢測設備 在 PanSci 科學新聞網 Facebook 的精選貼文
良率其實很難提升喔,#科科
有時候我們會在半導體相關的新聞裡聽到某某廠商的晶圓良率很好,或是良率不佳要進行提升。
「良率」兩個字聽上去就是越高越好啊,但是......它真能說升就升這麼簡單嗎?
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首先,讓我們聊聊「良率」的定義是什麼。
良率呢,簡單來說就=良品數 / 實際生産數,當然啦,如果良品數越高,能獲得的收益也會較高。
而當良率到達了一定的標準,才能夠穩定量產。
過去在判斷良品數時,曾使用肉眼判斷晶粒表面的缺陷,像是微粒、污染、變色或缺損等等,近年來,則有許多自動檢測系統協助確認品質。
對各大晶圓廠而言,如何同時把晶圓直徑越做越大、元件越做越小,同時還得維持一定的良率,正是它們必須面對的考驗。
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好啦,那讓我們開啟慣老闆模式,再問一次那關鍵的問題:啊是為什麼很難升?
這是因為電晶體實在是太、小、啦!
電晶體是奈米等級的東西,比你我體內的細胞都還要小上許多,更別說晶圓製造還須經過四大製程:薄膜、黃光、蝕刻、擴散。
在製造的過程中,但凡出現任何一絲絲雜質,都會影響產品良率。
這充滿變數的過程,需得過關斬將,拿「蝕刻」的部分來說好了,刻得太淺不行、刻得太深也不行,萬一出現了問題,可能要重新校準機具、調整原料,或是重寫蝕刻程式,實在有太多參數與方向可以進行調整。
總之,良率這項指標,如果可以更高,誰想要它低,但實踐起來可一點兒都不容易啊。
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參考資料:黃., Huang, C., 張., & Chang, Y. Edward (2009). 《針對半導體製程金屬層良率提昇研究》、維基百科《設備效率評價》、電子製造,工作狂人《直通率(First Pass Yield, FPY)是什麼?該如何計算》、張., Chang, Y., 彭., & Perng, D. (2008).《晶粒表面缺陷自動視覺檢測系統之設計與開發》
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延伸閱讀:
突破半導體材料限制新契機?二維材料自發磁異向性的新發現
https://pansci.asia/archives/flash/188422
積體電路不再漏電的明天?潛力股 MESO 讓電腦手機更小更快!
https://pansci.asia/archives/186154
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