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這個東西超級厲害!從台積電到銀樓都少不了它

「輻射」科普教育2
文 / 彭杏珠    攝影 / 蘇義傑
2021-12-09
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這個東西超級厲害!從台積電到銀樓都少不了它
圖/台積電生產晶片的過程中也需要使用到「輻射」。蘇義傑攝
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提起台灣的國際級產業,非半導體莫屬,台積電更被喻為「護國神山」,但,很少人知道,在生產晶片的過程中,非用到一樣東西不可,否則會嚴重影響到品質,甚至連銀樓都少不了它,那就是台灣人聞之而色變的「輻射」。

輻射來源分成兩類,分別是存在於天然環境的自然背景輻射(或稱天然游離輻射),以及人造游離輻射。人造游離輻射的發展雖僅近百年時間,卻在工業、醫療、農業、學術研究、國家安全以及環保方面,帶來強大助益。

可以肯定的說,人造游離輻射的應用十分廣泛,早與人類的生活密不可分。

輻射在工業上的應用,就如同醫院使用X光射線一樣的普遍,可用於檢視金屬鑄件或焊接部位的縫隙及缺陷,通常這些都很難用其他方法偵測出來;也可用於度量極微小的厚度,例如金屬薄片;還可拿來檢視建築物或雕像的結構缺陷。

今天,台積電能製造出全球第一的高質量晶片,也多虧了「人造游離輻射」的應用。晶片的「先進」製程中,一定要用到離子佈植機、靜電消除器,這些都是利用超高電壓產生特定離子,或是低能量X光的游離輻射。

半導體廠將靜電消除器裝置於設備裡,游離輻射可以游離空氣,藉此去除晶圓上面的靜電,假設晶圓表面累積靜電,就會影響後續的量測結果;靜電消除器還可以將空氣中的灰塵帶走,以達到潔淨度的要求。

沒有了人造游離輻射,台積電的產品立馬失去競爭力

出版「身在輻中要知輻—漫談輻射」一書的清大工程與系統科學系教授葉宗洸說,「如果沒有靜電消除器協助維持潔淨度,台積電的晶片良率就會下降;而且有一道工序,一定要用到高端技術的離子佈植機,一台就要上億元,沒有了人造游離輻射,台積電的產品立馬會失去競爭力」。

連面板廠,如友達、群創、瀚宇彩晶等也都會用到靜電消除器,以消除玻璃基板上的靜電,玻璃基板才不會黏在一起。如果沒有靜電消除器,當機械手臂取片時,會將玻璃基板拉破。

中華民國輻射防護協會董事長張似瑮指出,輻射在工業的應用面,實在太廣了,例如香菸製造廠的生產線裝設測定儀,應用所含射源的β(貝他)射線,經射束窗穿透菸支,射向偵檢器,當菸絲密度增加時,吸收的放射線也會增加,偵檢器接收的放射線就會減少,所以從測到的放射線數量,就可決定菸支的密度,再經由系統回饋,控制菸支的重量。連飲料廠的生產線都要裝設液位儀,應用γ(加馬)射線穿透瓶身,以判定內容物的充填液位是否達到要求,具有高效率與正確的功能。

大到如台積電、台灣美光等「先進」製程半導體產業,小到連銀樓、當舖等各行各業都會用到「輻射」。當銀樓買黃金,或當舖收到典當品,想辨別其真偽時,就必須用輻射來分析黃金的純度,以降低被騙的風險。

輻射在醫療檢查、癌症治療上,扮演非常吃重角色

尤其,輻射在醫療的應用也愈來愈普及,除醫療器材消毒、放射免疫檢驗試劑等的研究與製造外,各大教學醫院、醫學中心都會設立血液腫瘤科、放射影像部、放射腫瘤部、核子醫學部、質子治療中心……,由此可見,「輻射」已成醫療保健至關重要的一環。 

例如醫院使用X光攝影、電腦斷層掃描儀(CT)、正子放射攝影(PET)等設備來進行檢查,也可以使用γ(加馬)刀、電腦刀,光子治療系統以及質子治療系統來治療癌症患者。

電腦斷層掃描儀(CT)。蘇義傑攝圖/電腦斷層掃描儀(CT)。蘇義傑攝

林口長庚醫院就是全台最早引進質子治療的醫院,從2015年底啟用至今,醫治了許多病患,2018年,高雄長庚也加入「質子治療」的行列。

今年的2月20日,台大癌醫中心醫院舉行輻射科學暨質子治療中心(簡稱輻質中心)質子治療系統吊裝典禮,正式安裝全球僅百台、重達70噸的質子迴旋加速器。

這套設備由永齡基金會創辦人郭台銘所捐贈,為台灣首座與歐美日等23家醫學中心同步的瓦里安Varian ProBeam®質子治療系統,可讓放射線治療更加精準。輻質中心擬於明年開始治療腫瘤患者,預計能造福兒癌、攝護腺癌、肺癌、肝膽癌、胰臟癌、腦瘤,或不同部位的復發性腫瘤患者。

當檢查儀器愈來愈精密時,患者可免除誤診而開刀的風險。有一名70歲老者被醫師診斷為心肌梗塞,要馬上住院做心導管手術,經家屬要求自費做高階的心血管斷層掃描後,發現血管狀況很健康,根本不需要做心導管手術,老人家因而少了侵入性治療的風險。

顯見,輻射在醫療檢查以及癌症治療上,扮演非常吃重的角色。

誰說核工沒前途,市場很缺「輻射防護」專業人才

不要懷疑,連農業也常用到輻射照射,以抑制馬鈴薯、甘藷、洋蔥、大蒜等作物的發芽;也可延長木瓜、芒果的儲存期限;或是防治稻米、紅豆等的害蟲;甚至可以幫淡水魚、豬肉殺蟲滅菌,還有檢疫、改良品種、抑制生長等用途。

葉宗洸強調,「輻射照射」是一種電磁波的照射及能量轉移,被照射過的物體,不會有放射線的殘留,民眾無須擔心。

同時,輻射也應用於考古、發電與許多的研究上,例如可鑑定古物所屬的年代,提供各種科學研究領域進行物質微量分析,以及扮演全球主要電力來源的核能發電。

幾年前,中國大陸甚至將輻射運用在蚊子身上,造成其不孕,以減少登革熱的發生率。

即便輻射的運用如此廣泛,由於很多家長認為台灣將於2025年「非核家園」,擔心未來沒有出路,不願意讓孩子讀原子科學、核工等相關科系,張似瑮就會跟家長分享說,台灣需要很多擁有證照的輻射應用人才,否則醫院、工廠都沒人會使用儀器、也無法生產製造了。

尤其,當放射醫療、工業用設備愈來愈先進時,需要更多專業的人才,每年都有很多人到輻射防護協會受訓、考取各種輻射防護證照,截至今年2月,有執照可承辦教育訓練的單位已有24家,就知道市場的需求了。

從食品異物的X射線檢測系統、工業用的厚度計,乃至於科學園區用於檢驗的X光機、X光繞射分析儀、離子佈植機,以及靜電消除器;或是機場海關、重要設施用於安檢或查緝走私的X光檢查,甚至連環保的污染源遷移追蹤,都會使用到輻射。

葉宗洸進一步指出,現代生活,真的無時無刻都在利用輻射,政府應該教育民眾正確的輻射知識,不管是環保、能源或是核電等公共議題,期許全民能在科學的基礎上辯證,才有機會確保台灣的永續發展。

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