微波及微波的應用 國立高雄應用科技大學機械系呂淑雅、林士雄紀錄整理

主持人－金屬中心 黃文星執行長：

國科會所舉辦的大眾普及教育是非常重要的，我們都知道科技對我們日常生活有非常重大的影響，可是一般民眾對

科技的認識相當有限，因為科技一般來講相當的艱深又很

難，其實科學家很難把他的知識用講的讓我們一般的民眾

懂，所以一般民眾對科技要不是不了解不然就是存在著很多

誤解；最近一個很熱門的話題，消基會公佈我們有一半以上

號稱奈米級的產品是不合格的，進而發現一般大眾對於奈米

科技其實是一直存在很多誤解的，因為我本身是念材料的，

所以對奈米有一點認識；我們也知道很多打著奈米這個名詞

的產品其實是誇大其辭的，但是一般民眾很難去分辨，國科

會或教育部都有體認到這個問題，所以就覺得大眾的普及科

學教育非常的重要，英文叫做 popular science，但是要做這件事情其實相當困難，因為要科學家把他的專長講給一般人懂

其實相當困難。後來我個人也有這樣的體驗，發現要做到這

樣的事情需要層級很高的科學家，他們才有能力把這種艱深

的科學用深入淺出的方式講給大家懂；這個系列專題演講的

活動是非常有意義非常重要的，不只是受用於一般民眾，對

於即使是在科技領域工作的人也一樣的重要。現在的科技領

域大部份強調要跨領域，一定要跨科技，但是經常發現我們

把一些不同領域的人集合在一起共同解決一個問題，就發現大家在雞同鴨講，既使同樣是做科技的人也

是隔行如隔山，他講的你聽不懂，你講的他聽不懂，所以奠定基礎非常重要。如果能夠找到院士這樣高

層級的人物來跟我們談談他的專長，他就有辦法可以讓我們懂，當大家對科學這件事情有了基本的認識

和了解之後，才有可能在一個共同的基礎上擦出一些火花，也即所謂的腦力振盪。

今天非常榮幸邀請到朱國瑞院士來為我們做演講，簡單介紹一下朱院士的背景，朱院士畢業於台大物理系，畢業後到美國麻州州立大學念碩士，後來在康乃爾大學拿到博士學位，拿到博士學位後在美國

海軍研究所做到非常高的職位，對物理及應用物理方面有非常多的研究，很難得的，朱院士在 1983 年放棄了美國高薪的工作回到台灣，一直任教於清華大學，現在除了是清華大學物理系的教授之外，也是

中央研究院的院士；朱院士的專長是微波物理，微波物理還包含應用方面，這部分我無法自己班門弄斧，

就交給朱院士來告訴我們，什麼是微波以及微波有什麼樣的應用。

演講人－朱國瑞 院士：

非常高興又來到了高雄，幾次最溫馨的演講都是在高雄，我還記得 20 年前來談核融合，高雄人對科學的愛好讓我留下深

刻的印象！今天很榮幸又有機會和高雄的

朋友來談微波及微波的應用。微波是電磁

波的一個頻段，波長在 1 毫米和 1 米之間，我們首先從電磁波的發展史談起，再討論

電磁波的學理和主要頻段，然後談一談微

波各種各樣的應用、挑幾個與台灣有關的

應用來探討，最後介紹微波爐及微波加熱

的原理。

電磁波發展史中最重要的兩個人是法拉第和馬克士威，這兩人都堪稱物理學家

的前十名，而他們最主要的貢獻就是我們

要談的。法拉第出生於 1791 年，他於 1831年經由實驗發現了「法拉第定律」：隨時間變化的磁場(dB/dt)會產生電場。例如將一

磁鐵通過一線圈，線圈上就會感應出電壓及電流。法拉第定律之所以重要，是因為在此之前只知道一

種方法可以產生電場，就是電荷，而法拉第發現了另一種產生電場的方法。在發現法拉第定律誕生的

同年，馬克士威也出生了，1867 年法拉第去世，1873 年馬克士威經由推論，提出一個重要的理論：隨時間變化的電場(dE/dt)會產生磁場。這又是一個劃時代的里程碑，因為在當時只知道電流能產生磁場。馬克士威的學說因為是推理，一直到 1879 年他去世前都沒有被接受，到了 1887 年赫茲用LC振盪器產生電磁波，馬克士威的理論才終於獲得証實！大家當時都只知道光是波，光的波動現象可以用干

涉儀探測出來，但不知道光究竟是什麼東西，馬克士威說光波就是電磁波，由電場和磁場構成的，可

是因為太創新，以至於抱憾而終。他們兩位偉大的地方就是分別發現一個嶄新的方法，產生電場和磁

場。

這裡我們用質塊＋彈簧來比擬電磁波的振盪現象(圖 1)；彈簧上綁一質塊，把彈簧自平衡位置移開，便有位能產生，鬆手後位能逐漸變成動能，在動能最大位能最小的時候，動能又開始化為位能，

最後又全部變成位能，下半個週期開始相同循環，所以彈簧和質塊的振盪就是動能和位能之間的相互

轉換。相同的道理可應用在具有一個電容及一個電感的電路，電容器充後，將電路接通，電容上的正

負電荷造成電壓，所以有電流，電流流過電感就產生磁場，這時電容器內的電場能量隨電荷減少也跟

著變小，當電荷全流光時，電場也沒有了，能量全部變成磁場的能量，磁場最大時電流也最大，可是

因為電流一直在流，無法一下子降為零，於是又流到電容處造成電荷，然後磁場能量又逐漸變回電場

能量，到最後全部變成電場能量，下半個週期又開始相同的循環，這是一種電磁振盪的現象，赫茲就

是用此方法產生電磁波。總結這兩種振盪形式，可看出一個振盪現象的通則： 能量形式1⇔能量形式2

圖1. (取材自H. Benson, “University Physics”)

，由這個通則我們可以看出振盪需要有兩種儲存能量的機制，比如質塊+彈簧的能量儲存機制是動能及位能，LC振盪器和電磁振盪的能量儲存機制是電場及磁場；另外還須要能量交換的機制，比如質塊+彈簧的能量交換機制是彈簧的復原力，LC振盪器的能量交換機制是電流和電荷。電磁波雖然也是藉電場和磁場來儲存能量，能量交換的機制則截然不同，是藉電場和磁場的時間變化來交換。電磁波由

於不需要藉由電流來產生磁場，也不需要藉由電荷來產生電場，因此可以存在於沒有介質的空間，比

如說外太空。在此可知，電磁波雖然是馬克士威預測出的，可是他只提供了一個由電場產生磁場的迴

路，當然這很偉大，另外一個由磁場產生電場的迴路是法拉第在 40 年前提出的。

赫茲利用LC振盪器產生電磁波，其過程是在振盪時，用電感耦合出一部分能量，經傳輸線傳到電偶極天線，在天線上，電流會產生磁場，也會累積電荷，於是也產生電場。電場和磁場在天線處由電

流及電荷產生，二者大致相互垂直，之後便跟據馬克士威及法拉第的理論相互變換，形成了電場和磁

場完全垂直的電磁波，並以光速傳播出去。

電磁波的頻率，從幾個赫茲(1 赫茲=每秒鐘振盪一次，用Hz表示)以下，一直到 1024 赫茲以上，範圍可以說是廣的不得了。整個頻譜區可大致分為長波、無線電波(無線電波裡頭包括了微波)，還有紅外線、可見光、紫外線，接著還有X光、Gamma 射線等。這裡有一個很有趣的現象，就是水對電磁波的吸收係數跟頻率之間的關係(圖 2)。大氣裡有很多水蒸氣，在這個很窄的可見光頻段，水的吸收係數就像峽谷一樣，突然下降 1~100 億倍，讓我們的大氣像是有一扇窗戶，使太陽光能夠穿透水蒸氣進到地面來。假如沒有這麼一個神奇的大峽谷，我們現在的地球會是一片黑，沒有植物也沒有光合作

用，能量都沒有了，吃的東西、燒的汽油通通不存在，當然我們也都不存在！所以水對電磁波的吸收

係數看來像是一個自然奇景，是其他物質所沒有的，幾乎像是超自然的力量所設計的。

圖 2 .

再來談談低頻波段。60 Hz 為每秒鐘振動 60 次的低頻，跟我們很有關係，這是家用電所使用頻段。高壓線(圖 3)就是在 60 Hz 傳輸能量，高壓線是大家很討厭的，可是我們又必須靠它來傳輸能量，那高壓線如何傳輸能量呢？是藉著電磁波的電場、磁場來傳輸能量，高壓線的電流會產生磁場，電壓差會

產生電場，電場和磁場正好互相垂直，因此可以傳輸能量。這樣看來，高壓線的四周像是一條電磁場

的大洪流，反而是高壓線的裡面不能傳輸能量。高壓線要擺這麼高的原因不僅是因為碰到線會有危

險，而是一進到電磁場的洪流區就很危險。除了高壓線外，只要是傳播訊號或傳輸能量的電線，都利

用相同的原理。汽、機車的電瓶是直流電，即使直流電線中也有電壓及電流，電場、磁場也是互相垂

直，照樣可以傳輸能量。

圖 3 .

說完了微波兩側的光波和低頻波之後，開始進入我們的另一個主題：微波的應用。我們先從剛剛所示電磁波的頻譜中，挑幾個與通訊及雷達有關的頻段來看；光纖通訊利用光波，除此之外，就是無

線電波。無線電波頻段裡面有中波，由早期的收音機所使用，還有短波、AM、FM、及 VHF 電視頻道等，而其中最重要的一段是微波，這是通訊和雷達最主要的頻段。國際組織將無線電波頻段劃分為

很多的頻道，甚至規定了軍事設備的頻道，不然就會彼此干擾，所以軍用設備、民用設備、衛星、電

視…等等，都各有劃定好的頻道；太空通訊又有往上及往下的頻道，都與地面通訊所用的頻道不一樣。

接下來談談日常通訊。電視表演要送到遠處去播放，需要在地面轉接，一個轉接站收到訊號後，再將它放大傳送到另一個轉接站，最後送到接收地的電視台播放，也可以經過衛星送到更遠的地方。

越洋電話、電信也是經過衛星送出訊號，所用的都是微波。再說到國防系統，這當然也是絕對重要的，

以美國為例，全球部隊 24 小時都在它的指揮之下，裡頭有軍艦、飛機、坦克，分散在地球不同的角落，彼此藉著衛星通訊串在一起。此外，每一艘作戰船上面都有各種雷達及通訊設備，光是微波發射

器就數以百計，新型戰機上面也有好幾十個，發揮各種各樣的功能，包括通訊、偵測、導航、干擾、

火控等等。比如飛行中的飛彈，要擊中目標，需要雷達導航，作戰的飛機需射出訊號來干擾敵方的雷

達，讓敵方的雷達無法抓住它的位置，聰明一點甚至還可以發出欺騙訊號，讓敵方雷達把它的位置搞

錯，結果浪費一顆飛彈，飛機和指揮部通訊，也都要靠微波；其他像戰車…等等的，都以此類推。所以說微波對我們的影響非常大；軍艦、戰機保護我們，是間接影響，地面通訊是直接影響，現在幾乎

每個人都在撥打手機，就是微波替他服務。

介紹完微波的的一般應用，接下來談談幾個跟國內相關的實際例子。我在清華大學，專門研究高功率微波，而國內作這方面研究的團隊也極少，所以難免就以清華大學的工作舉例。先從微波的產生

談起，清華大學的「高頻電磁實驗室」跟中科院合作，一起研製微波發射器，經過多年的努力，製造

出一系列的微波發射器。我們發展的一些能力，一個一個都要從頭建立。比如說產生微波，首先要用

電子鎗產生電子流，然後把電子流的能量變成電磁波的能量。電子鎗是微波發射器裡面的核心組件，

電腦模擬設計後，要作工程設計，再來是精密加工，製造各種零件(圖 4)，然後焊接起來。其他各種各樣的組件製造流程也一樣，最後把全部組件焊接成一個發射器，裡面的接觸面超過 100 個以上，在不同的溫度一次又一次的焊，一次出錯，就前功盡棄。製造出成品後(圖 5)，再用高壓電源測試，如果不合格，又是前功盡棄。製程中需要一再焊接，是因為發射器中必須保持高真空，以免電子碰撞到

氣體，如同真空管一樣，所以這種高功率微波發射器，通常簡稱為「微波管」。由於微波管的製造如

此不易，頻率越高又越困難，在先進國家，毫米波段的微波管都列為輸出管制品。我們的研究重點，

也就在毫米波段，所以這項工作，對我們的國防相當重要。

圖 4 . 圖 5 .

前面提到的都是已經成熟的技術，微波是二次世界大戰時開始發展的，現在已經進入工業界，是

非常成功的一項研究，但也需要不斷的創新。清華大學主要是在”磁旋行波放大器”(圖 6)及”單陽極磁控電子鎗”(圖 7)這一類的研究上面鑽研。所研創的磁旋行波放大器能夠把一個訊號放大一千萬倍，也就是 70 dB，不論在功率、效率、增益或頻寬，都超越了傳統的極限，在應用上帶來了新的契機。美國這樣的先進國家，已準備將磁旋行波放大器應用到太空科技。美國有不少太空偵測設施，裡面有各

種各樣的雷達，偵測太空物件，例如敵人及自己的飛彈、天空上的衛星、甚至天上的太空碎片等。太

空碎片速度非常快，太空船一不小心被打到，就會像中了炮彈一樣，只是碎片的密度還不高，被打中

機會不大。碎片有大有小，要看到一公分大小的太空碎片，就必須用磁旋行波放大器這一類的新設備。

圖 6 . 圖 7 .

再拿最近在清華大學進行的另外一項應用來

舉例。這項應用和工研院合作的很密切，是用微波

加熱處理材料。大家所熟悉的微波爐，用的是一個

封閉的作用腔，而我們現在用的是一個光學式作用

腔，有如一個聚焦鏡，微波射進去後聚焦，就會產

生很強的電磁波，用以處理材料。一般處理材料用

的微波爐，功率大概是兩、三千瓦，但在這個作用

腔，只要幾十瓦就可以看到效果了。這是一個新的

方法，正在申請專利，今年六月我們才開始的，希

望這個設備能夠給我們的研究工作帶來一些突破。

這個計劃的目的之一是要製造新一代、可扭曲式的電子模組，它既是紡織品又是電子模組，包含

一個底層及上面的功能層，所以製造時需要將不同

的材料層結合在一起，結合的過程從粉末開始，上

層要加熱到上千度的高溫才能融合在一起，但底層

的溫度不能太高，太高的話就被會燒溶掉，因為底層

是另一種材料，具有另一種功能。在此限制下，將功能不一樣的各層結合在一起，必須快速加熱。構

思的方法是上層用吸波快的粉末，因為吸波快，立刻熱到一千多度，很快就完成了緻密及融合，底層

還在五、六百度的熔點之下。作這樣的工作不能用一般的高溫爐，因為一般的高溫爐溫度都一樣，沒

辦法達到這樣的效果，放在封閉的微波爐恐怕也不行，因為還不夠快。在我們設計的”掃描式近光學微波加熱作用腔”中(圖 8)，可以很快的完成，可是只能在一個小聚焦點上完成，如果需要的產品是一塊布料這麼大的，就要放在一個移動式機械平台上，作二維掃瞄，連續地處理。

圖 8 . 掃掃描式近光學微波加熱作用腔

微波除了通訊、雷達及材料處理之外，還可用在加速器。加速器的核心是一個高頻共振腔，電子或離子在

裡面被電場加速。台灣有一個相當具有代表性的加速

器，這個加速器位在新竹科學園區的同步輻射研究中

心，內有加速環及儲存環(圖 9)各一個，用的是 500 MHz的微波。加速環把電子加速到 1.3 GeV，速度已經是0.999999 的光速，送到儲存環裡面轉七、八個鐘頭，在轉彎時，會輻射出很強、頻率接近 X-ray 的光。儲存環外的周圍，擺了各種的儀器，作科學或工業應用研究，

在每一個轉彎處都引出三道光，可作三組實驗，一圈共

可作 18 組實驗，這是同步輻射研究中心大概的情況。 圖 9 . 電子在加速環裡轉的時候，每經過一次高頻共振腔，就被踢一腳，然後就加速一點，從小速度變成非

常高的速度。送到儲存環之後，在旋轉時會輻射出光，耗損能量，所以儲存環裡頭也有兩個高頻共振

腔，每經過一次就補充能量，好像加油站一樣。電子在儲存環裡頭，每秒鐘走三百萬圈，要走 8 個鐘頭不碰到牆，可見這個技術需要相當精確的計算；比如說光速是 3×1010 cm/sec對不對？這個題目出得不很好，因為在同步輻射研究中心如果把光速寫成 3×1010 cm/sec的話，這個一億美金的設備就要泡湯了，在那裡光速要用 2.9979×1010 cm/sec，這其實還不是精確的光速，光速的精確值在後面還有好多個小數點，只是加速器計算的精確度，到小數第 4 位即可。

加速環裡的高頻共振腔，就是加速的地方，可是加速不是唯一的需求，裡頭還有各式各樣的磁鐵，可以讓電子轉灣，並自動修正軌道的偏差。電子要在儲存環裡面轉那麼久不碰到東西，必須把裡面抽

到非常高的真空，所以真空泵也到處都是，另外還有電源供應器…等等，這就是加速器大致的構造。電子在儲存環輻射出來的光，要作各種各樣的處理，需用到的很多設備，構成一個龐大的實驗站。在

同步輻射研究中心裡，這樣的實驗站一圈下來將近 20 個左右，還是有很多人在排隊等著作實驗。這個光源，全台灣很多大大小小的學校都在用，大約有幾十個機構、一兩百個研究小組，有些還來自國

外。

加速器除了產生輻射之外，我們還可以用裡頭的高能粒子，發掘宇宙的奧祕，比如原子核裡面是

什麼？原子核裡面的質子又是什麼？固然有一些奧祕是理論可推論的，但必須實驗證明大家才相信。

實驗時，把一個帶電粒子加速到很高很高的能量，用來把另一個粒子打爛掉，產生各種各樣的其他粒

子，比如跑出一些夸克等，科學家就可以說我們看到了理論預測，或者看到了理論沒有預測到的。丁

肇中先生在二、三十年前看到一個理論預測到的粒子，得到諾貝爾獎，用的就是加速器。但這種應用

需要的粒子能量極大(例如 1 TeV)，需要的加速器可以長達幾十公里，有千百個高頻共振腔，可見現代的加速器有多複雜。光是從粒子加速器這個應用，大家就可以想像微波對科學研究有多大的重要性。

再回頭來說高頻共振腔(圖 10)，就是剛剛所謂的電子加油站。將電磁波送進高頻共振腔裡，就會激發共振膜產生電場，電子進來的時候會被電場加速。這裡用的頻率是 500 MHz，也就是每秒中振動五億次、改變方向五億次，在改變方向以後，再進來的電子，不但不加速反而還減速，所以在加速器

裡面，電子一定是一團一團的，中間有一減速時段是沒有電子的，時間算好了，電子一來就被加速。

500 MHz 是微波的低頻邊緣，屬於 UHF 頻段。

高

頻

共

振

腔

和

很

其他附帶器件構成一個高頻系統(圖 11)，圖十一所示高頻系統是十年以前，清華的師生八年抗戰所做多

圖 11 . 圖 10 .

出來

圖 。微波爐是大家最熟悉的，和我們關係也很密切。也許大家還沒想到，跟

各位關係最密切的不是微波爐裡的

夠介紹的，它是一個微波發射器。因

為磁

微波加熱是利用什麼原理？這就得談到水，水是一個很奇特的分子。前面講到水在吸收電磁波的

時候

為什麼水和微波爐的關係這麼密切？因為水分子另外還有一個特性：它天生就有電偶極，而一般

原子

微波加熱不但要微波能進到食物裡面，還要能被吸收；頻率太低，大部份都穿透，頻率太高，在

的。其中有一速調管，這是電視台所用的微波源，產生 60 千瓦的功率，其他還有冷卻系統、微波循環器、控制系統、同軸傳輸線等。60 千瓦那麼高的功率相當於三、四十台冷氣機，到處都會留下熱，高頻系統的各個地方都需要冷卻，要是不冷卻，馬上就燒掉。所以只要有哪個地方不對，控制系

統就會在百萬分之一秒內下令自動停機。微波循環器是用來保護速調管的，高功率微波射出後萬一反

射回來，絕不能讓它回到原來的地方，這就好像一門大砲射出砲彈，如果反射回到砲口的話，是會吃

不消的。當然砲彈發生這種情況的機會不存在，但是微波發生的機會就多了，通路一有不對馬上就沿

原路回來，循環器能讓它回來時走另一條路，被吸波材料吸收，這時候就不會造成傷害了。

最後介紹微波爐( 12)

圖 12 .

微波，而是自己身上射出的微波。由

我們體溫所放射出的熱，就是電磁

波，其中微波的成分還蠻大的。微波

爐的主體是一個作用腔，是個用金屬

封閉的箱，微波射進去，激發裡面的

各種微波模式，加熱食物。箱上有一

個可看進去的視窗，可是微波漏出不

來。其他還有磁控管、高壓電源、風

扇、波導管等，這是整個微波爐的機

械結構。

磁控管是微波爐裡面最主要的

器件，磁控管的原理不是我們這裡能

控管可應用在家用的微波爐，產量動不動就是幾百萬個，這裡面的商機就很多，而最尖端雷達經

常賺不了錢，因為需要量常常只是一兩個，所以微波爐才是商家真正在追逐的。加速器也一樣，要找

人家做還得拜託人家，因為量太少沒利潤。現在為了競爭，磁控管可以做到一個不到 10 元美金，量產能使價格便宜到這種程度，相當不可思議，而太空偵測用的微波管可能一個要價百萬美金，簡直不

成比例。

，竟然在可見光頻段有那麼一個大峽谷。同樣神奇的是，水一直冷縮到攝氏 4 度，然後在攝氏 4度以下開始膨脹，這又是世界上少有的，好像是一個超自然的設計。假如它攝氏 4 度以下繼續冷縮的話，結冰就會掉到水底下去，明年夏天來時，因為隔了一層那麼深的水，無法融掉，然後冬天來了，

又有一大堆的冰沉下去，大概幾十年後整個湖將全都是冰，即使是夏天也一樣。生物是從水裡面來的，

如果水沒有這個特性，不會有生物，也沒有人類。

、分子是沒有電偶極的。水分子的電偶極通常排列很絮亂，把微波爐打開，作用腔內就有電場產

生，水分子在電場中受到力距作用，電偶極就會朝著電場方向排列，電場方向不斷改變時，水分子的

方向也就一直跟著改變，不斷的打滾。是否每打一個滾就增加一點能量呢？這倒不見得，例如船在水

波上面，每來一個波峰，船就上升一點，波峰過後船又下降，下一個波峰來了，又做相同的動作，一

再重覆相同的動作，船的能量並沒有一直增加。這個道理運用到水分子的滾動上也是一樣，能量不會

一直增加，所以並沒有加熱。要加熱，水分子周圍必須要有東西，這樣才能在滾動的同時，因彼此之

間碰撞而加熱。比如一塊肉，電磁波讓裡面的水分子滾動，去擠動旁邊的肉分子，這時就能加熱。如

果全是一杯水也可以，只要水分子之間互相擠動就會變成熱能。我們都清楚，熱能就是亂無次序的動

能，在空氣裡頭的熱能就是如此，風的動能就不叫熱能，因為風是往同一個方向吹，是有序的動。水

分子在電場裡一起有序的動，也不是熱能，能量還可以再回傳給電場，可是當水分子和其他分子擠在

一起動的時候，相互擦撞，這時大家的方向就亂了，變成了熱能；這就是微波爐的加熱原理。

表面

Q&A

剛說到高壓電是透過它的周環來傳播電，而不是透過線，那像一般家用電器的電線，用久了有

：電線裡面通了電流，會有歐姆損耗，所以線是熱的，不過觸摸一般絕緣的家用電線不會有危險；

2：微波爐在日常生活中幾乎每天都要用到，其輻射對人體的直接的傷害相當受到關切；但間接的傷

上就被吸收，進不到到裡面，微波加熱的頻率(大都是 2.45 GHz)，就是在這個條件下選的，這是微波爐專用頻率，所以不會干擾通訊。由於微波能進到食物裡面，各處同時加熱，所以加熱速度快。

由於金屬作用腔壁吸熱慢，溫度不高，散熱少，這種加熱方法效率高達 50%左右，比傳統烤箱加熱效率(約 10%)大得多，所以也省電。

Q1：剛時摸起來會熱熱的，這些電線的功能是不是像高壓電一樣，不是透過裡面的電線在傳達熱能，而是透

過周圍的環狀電流在傳遞，這樣會不會有危險？一般家用電線爆炸和這是不是有關係？

A由於四周電場很小，不會在手上造成放電。但高壓線的電壓是幾萬伏以上，比家用電的一百一十伏高

很多，所以四周電場很強，假如把手接近，電場更強，手與高壓線之間的空氣會被游離化，而造成一

個通道，電流就會經由通道流到我們的身上，再傳到地面，就像閃電時一樣。所以高壓線是非常危險

的。至於電視機會爆炸，原因可能很多，需要視各別情況來了解。

Q害，比如說對食物本身能量的變化，舉個例子來說，日本江本勝教授研究水晶晶形的轉變，比如我們

對水分子笑嘻嘻或怒罵所產生的晶形就會不一樣，存在我們人體大部分的水分，隨著我們的心情好自

然代謝就好；所以微波對食物裡頭水分子的晶形是否也會轉變？這間接的傷害在我們國內是否有在研

究？

A：國內有沒有研究這類的問題我並不清楚。以蛋白質受到的傷害為例，蛋白質是個很複雜的分子，

3：高壓線對人體有沒有害？

少訴訟，而電力公司也不知作了多少宣導，

Q 或一些有機污染物，食品檢驗可能就不是用微波而是

：抱歉，由於領域不同，這個問題無法回答。

：微波有多種的應用，包括通訊、衛星…，我們都希望它靈敏度越好就可以接收的越遠；現在有一種

用微波爐烹煮食物，會有些地方特別熱，蛋白質分子像就會被破壞。不過食物吃到肚子裡頭也一樣遭

到腸胃分解破壞，而且破壞的程度更厲害，所以破壞不一定就是有害。微波破壞分子並不會產生有害

物質，頂多只是影響口感；變得比較不好吃或更好吃。我們用不同的方法去烹煮食物，都會破壞食物

的結構，不過都不如吃進肚子後的破壞來得大，所以微波造成的間接傷害不值得去擔憂。

Q

A：這是一個大家相當關心的問題，在美國已不知造成多訴訟和宣導的金額非常龐大。美國物理學會因此覺得有責任表示立場，於十年前作了一個聲明，大意

是他們檢視許多提出的傷害事例後，沒有辦法證明這些傷害是高壓線造成。這是一個統計問題，比如

某一區住在高壓線底下的人，癌症患者人數特多，也許另一區住在高壓線底下的人，癌症患者還會少

一點。這種變化就像是去拉斯維加斯賭錢，突然間贏了很多，並不表示這部機器對其他人也是有利的，

同ㄧ部機器換另一個人來玩，可能輸得一文不名。這麼多的高壓線為什麼就只有少數地區出問題？如

果高壓線真正有害的話，應該是全面性的。所以如果你住在高壓線底下，但又沒辦法搬，不用太過於

擔心，因為連美國物理學會也找不出證據來證明高壓線對人體有害。

4：做環保的人會用微波來萃取土壤裡面的重金屬用超音波，還有用熱能迴流萃取的，請問這 3 種萃取方式就您所知，有沒有什麼區別？

A

Q5

叫做電磁脈衝的，如果產生很大的電磁脈衝，可能就會把這些通訊設備全都破壞掉，是否有什麼方法可

以防治？

A：電磁脈衝就是超高功率(例如 1011瓦)的瞬間(例如 1 微秒)電磁波，裡面有超強電場，進入電子儀器裡

6：磁控管電子鎗和射出電子流的電子鎗有什麼差別？

7：金屬容器放入微波爐沒辦法加熱是不是因為微波無法穿透金屬？微波加熱金屬會不會損壞微波爐？

片很薄的鋁箔或一根細金屬線進去，就會變的

8：在衛星上面是不是有裝微波這類的感應器？

上各種東西。舉一個有趣但不知是否存在的例

9：工研院材料所用微波來加熱金屬，代表金屬是可以被微波加熱的嗎？

10：微波可不可以被聚焦？假使可以的話用什麼方法？

，有曲度的金屬面可以將微波聚焦，金屬面的直徑只要比波長大 10

面，會造成零件之間的放電，產生熱把敏感的零件給燒壞。防治方法是在儀器外圍覆蓋電磁波屏蔽，以

阻擋輻射進入。報紙上常常刊登電磁脈衝作為武器的消息，有人還說大陸也有這種武器。美國已投入高

額經費在作這方面研究，據我所知，研究結果現在還可以在科學會議上報告，可能是距成功之路還很遠。

這樣高的功率很吸引人，比如說從上空射下這種電磁波到地面，把地面軍隊的手機燒壞，我方立刻就佔

上優勢，在預設的情況下作實驗，也許能發揮一點功能，可是作為武器，可能還需要蠻長一段時間。倒

是用微波去照射人體，已成為一種武器，並且試驗過，人的身體被照射到，就好像被開水燙到一樣的痛

苦，可是電磁波只集中在表皮，進入體內的能量並不多，關掉後疼痛立止，沒有什麼傷害，眼睛會直覺

式地閃避，也不會瞎，所以美國把它變成武器，準備用來驅散群眾。

Q

A：磁控管的電子鎗和射出電子流的電子鎗在形式上不一樣，磁控管電子鎗是從一個圓柱陰極，向四周射出電子，而射出電子流的電子鎗是從一個平面陰極，朝一個方向射出。

Q

A：金屬會不會加熱視金屬的厚薄和形狀而定；如果放一很熱，因為薄片或細線容易加熱；如果擺一塊較厚的金屬進去，就只有靠表面加熱內傳。金屬是不是會

放電，要視有無尖端，如果擺圓的或平滑的金屬進去，就不易放電，如果擺進去的金屬是尖的，就容易

放電。金屬加熱或放電，都不會損壞微波爐

Q

A：衛星上面有各種各樣的微波感應設備，用來偵測地面子，天上的隱形飛機是不容易偵測到的，因為雷達照射上去的電磁波，大部分都被飛機吸收掉了，小部

份的反射也經由事先設計，不會朝原方向回去，所以往天上看，銀幕上顯現的整個天空包括飛機都是黑

的，所謂黑的就是沒有電磁波讓我們接收。如果飛機可以反射電磁波，那就只有飛機是亮的，其他地方

都是黑的，就很容易抓住飛機的位置。但是從衛星上面往底下看，就大不一樣了。比如地面上用手機的

人很多，到處都是微波，唯獨隱形飛機沒放出微波，所以變成地面全是白的，飛機是黑的，這樣衛星就

能抓住飛機的位置，就可以命令飛彈朝哪個方向射去。所以衛星上的微波感應設備是一定有的，而且是

各種各樣的。

Q

A：工研院材料所是利用微波加熱介電材料而非金屬材料。用微波加熱金屬，微波只能進去一點點，而且大部份被反射了，所以只能表面加熱，效果不大。

Q

A：微波的聚焦和光的聚焦是ㄧ樣的倍左右，聚焦效果很就不錯了。雷射也用曲面鏡聚焦，由於波長小，鏡面是波長的幾百萬倍，但聚焦原

理一樣。

Q11：前陣子聽說把行動電話放在腰間會使腎臟功能受損，於是我改放在口袋，半年來發現大腿的神經會痛，是不是在待機中，微波產生共振而傷害到了神經？

A：手機對人體造成傷害，從學理上是沒辦法解釋的，一者功率低，再者微波光子的能量太小，沒辦法破壞身體的細胞組織。游離輻射(如 X 光)的光子能量大，會破壞化學鍵，導致癌症等，不過也需超過一定的劑量才會如此。雖然微波的頻率對人體是無害的，但輻射超過某一強度仍會造成傷害。游離輻射的

劑量或微波的強度，政府都有規定的上限，正常手機和微波爐外洩的輻射強度是在安全範圍內的。微波

爐洩出微波，有沒有害？危不危險？有些微波爐被摔到地上，受到損壞，門關不緊，沒注意到拿來用，

於是微波就會露出來，但除非露出很多，通常也不致造成大傷害，因為我們能感覺到燙，馬上會躲開，

體內的血管還會將熱導開，有冷卻效果。可是眼睛呢？眼球的角膜並無血液流過，沒有冷卻功能，所以

眼睛比較容易受到微波傷害。有趣的是，美國 Raytheon 公司的一個雷達工程師，受到微弱的微波照射，口袋裡的糖融化了，而不是疼痛感覺，使他發現那是微波加熱的效果。他的公司因此於 1940 年代末期製造出第一個微波爐，二十年後，才成為實用的家庭產品。手機和微波爐一般認為很安全，但是生命是

就是這麼奇怪，我們不能排除傷害的可能性。雖然可能性無法百分之百排除，還是不需要過份擔心，因

為使用者眾多，要是真有害，傷害的案例應該會很多，如果僅是少數的案例，可能的原因需要個案研究。

Q12：高科技對我們人類或南部地區是受惠或受害？微波一般該如何？使用期多久？使用到什麼期限會產生危機？政府是否有做保障或控管？

A：高科技對人類是益是害，是個哲學問題，這裡不能探討。南部的高科技發展是政府現在所特別重視的，我認為是好事。微波爐的壽命，也有一定的規範，例如全新的微波爐輻射外洩不能超過多少，幾年

舊的又不能超過多少等，由特定機構檢驗，所採用的標準也都是國際性的。我們是有條有理的社會，各

方面都應該有法規保障，只要執行的當就沒問題。擔心的是有時政治人物吵得太厲害，忘了老百姓的安

危，去關心這樣的事情，仍然是科學家的責任。

Q13：用微波爐加熱東西為什麼有時表面已經相當熱了，裡面卻還是冷的？加熱的物質含有一樣多的水分子，為什麼會有受熱不均的現象？

A：前面提到，微波加熱選定的頻率(2.45 GHz)，不但能進到物質裡面，還能被吸收。儘管如此，還是不能面面顧到；比如說作用腔裡面是駐波結構，有些地方強，有些地方弱，另外，食物的吸波係數也有很

大差別。所以特別熱的地方可能是放在駐波強的區域，或者是食物的表面吸收特快，裡面還沒加到熱就

已經被表面吸收掉了，這都有可能。微波爐裡面設有一個轉盤，就是為了避免食物一直停留在駐波最弱

或最強的地方。

大合照：

左起： 1. 國立高雄應用科技大學通識教育中心 郭進春 主任 2. 主持人：金屬工業研究發展中心 黃文星 執行長 3. 演講人：國立清華大學物理系 朱國瑞 院士 4. 計畫主持人：國立高雄應用科技大學機械系 李旺龍 教授 5. 國立高雄應用科技大學機械系 張國明 教授