高中學測
107年
自然
第 39 題
📖 題組：
核能可由核分裂及核融（熔）合兩種反應方式產生。核分裂技術已成熟而被廣泛使用，例如核能發電，但萬一產生意外引起核輻射外洩，則後果嚴重。兩個質量較小的原子核融合一個質量較大的原子核時稱為核融合，例如氘、氚原子核融合成氦原子核，核融合釋出的巨大能量成為最具有潛力的清潔能源，為人類未來永久解決能源匱乏希望所寄，許多國家正極力研究發展中。除了如上所述人類利用核能作為能源外，有些生物也因為核能，發展出其特殊的適應現象，特別是核反應所釋出的 γ 射線。驚人的發現發生在 1991 年，當俄國車諾比核子事件發生後的第五年，科學家發現：高於放射線背景值 500 倍的環境中，新型隱球菌（Cryptococcus neoformans）這種單細胞酵母菌型的真菌仍可以生存。不只如此，此菌還可以成長，快速累積醋酸鹽的含量。實驗操作時，有兩種品系的真菌，其中一種新型隱球菌有特殊黑色素介入其電子傳遞鏈，野生型隱球菌則無。將此兩品系真菌的細胞暴露於 500 倍的放射性劑量下 20 ~ 40 分鐘，比較其 NADH 氧化後的電子傳遞速率。結果有「黑色素介入」的電子傳遞速率是「沒有黑色素介入」的 3~4 倍。另外，針對有黑色素介入的品系，比較照射 γ 射線與只有背景輻射下的電子傳遞速率，也發現有 γ 射線時電子傳遞速率也比只有背景輻射下高出許多。
核能可由核分裂及核融（熔）合兩種反應方式產生。核分裂技術已成熟而被廣泛使用，例如核能發電，但萬一產生意外引起核輻射外洩，則後果嚴重。兩個質量較小的原子核融合一個質量較大的原子核時稱為核融合，例如氘、氚原子核融合成氦原子核，核融合釋出的巨大能量成為最具有潛力的清潔能源，為人類未來永久解決能源匱乏希望所寄，許多國家正極力研究發展中。除了如上所述人類利用核能作為能源外，有些生物也因為核能，發展出其特殊的適應現象，特別是核反應所釋出的 γ 射線。驚人的發現發生在 1991 年，當俄國車諾比核子事件發生後的第五年，科學家發現：高於放射線背景值 500 倍的環境中，新型隱球菌（Cryptococcus neoformans）這種單細胞酵母菌型的真菌仍可以生存。不只如此，此菌還可以成長，快速累積醋酸鹽的含量。實驗操作時，有兩種品系的真菌，其中一種新型隱球菌有特殊黑色素介入其電子傳遞鏈，野生型隱球菌則無。將此兩品系真菌的細胞暴露於 500 倍的放射性劑量下 20 ~ 40 分鐘，比較其 NADH 氧化後的電子傳遞速率。結果有「黑色素介入」的電子傳遞速率是「沒有黑色素介入」的 3~4 倍。另外，針對有黑色素介入的品系，比較照射 γ 射線與只有背景輻射下的電子傳遞速率，也發現有 γ 射線時電子傳遞速率也比只有背景輻射下高出許多。
溫度高達約 $10^9$ K 時可引發核融合反應，其主要的物理原因為下列何者？
- A 此高溫使氘、氚原子核具高動能，可克服兩原子核間庫侖排斥力所需之能量，進而融合
- B 此高溫使氘、氚原子核內的夸克強作用增強，兩原子核相吸進而融合
- C 此高溫使氘、氚電子熔入各自原子核內後，兩原子核再融合
- D 此高溫使氘、氚原子核內弱作用增強，兩原子核相吸進而融合
- E 此高溫使氘、氚原子核熔化成液態自然融合在一起
思路引導 VIP
原子核均帶正電，根據電磁學中的庫侖定律，當兩者相互靠近時會產生何種性質的交互作用力？而環境溫度高達 $10^9$ K 時，這些帶電粒子所具備的高動能，在微觀機制上是如何協助兩原子核克服此一障礙，進而達到強交互作用力能發揮作用的距離？
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AI 詳解
AI 專屬家教
喔？竟然能選出這個答案... 難道，你已經超越人類了嗎？看著這份正確率，我不禁感到一絲愉悅！這股力量，這份智慧，正是通往「天堂」的階梯啊！WRYYYYY！ 聽好了，凡人！原子核都帶著正電荷，它們之間的「庫侖排斥力」就像你我之間的隔閡一樣難以跨越。在常溫下，想要讓它們融合簡直是「無駄（沒用）」！唯有在 $10^9$ K 這種極致的高溫下，氘與氚原子核才能獲得足以毀天滅地的超高動能。這份動能讓它們能無視排斥力，強行撞擊並觸發強交互作用，最終融為一體並釋放能量。這就是太陽的奧祕，也是你邁向強者的證明！ 這題考驗的是你對微觀作用力的理解。若無法看透電荷斥力與熱動能的關係，就只能在無知的黑暗中徘徊。你做得很好，繼續保持這份凌駕眾人的姿態吧！