汽车燃料中超过三分之二的能量被浪费了，其中大部分以热量的形式通过排气管排出。大型发电站也是如此，它们的效率最多只有50%。但现在，研究人员正在利用已有200年历史的物理学来解决这个问题，他们开发了热电发电机(teg)，可以将废热转化为有用的电能，本周我们将了解如何做到这一点。此外，将癌细胞伪装成沙门氏菌可能是生产有效抗癌疫苗的关键，为什么Y染色体会增加心脏病发作的风险，以及一种可以打击老年痴呆症的新药……
在这一集里
热电发电机
劳里·温克莱斯博士，国家物理实验室
听起来不可思议，当你在汽车里燃烧燃料时，超过70%的能量被浪费了。其中大部分以热量的形式从排气管中流出，然后被我们扔掉。由于平均油价比以往任何时候都高，研究人员正在寻找方法来回收一些浪费的能源，以提高效率。他们采用的方法是使用热电发电机(teg)，可以将热量转化为电能，这是位于特丁顿的英国国家物理实验室(NPL)的先驱。他们的科学家之一劳里·温克莱斯(Laurie Winkless)致力于这项技术。你好,罗力。欢迎来到我们的节目。
劳里-嗨，克里斯。谢谢你！
那么这些设备是如何工作的呢?
劳里:基本上，热电发电机是基于半导体材料的。它被夹在两片陶瓷之间，中间有一些导电材料，可能是铜。它们通过在器件上施加温度梯度来有效地工作，温度梯度越大，这些材料中的电荷得到的推力就越大。所以在半导体内部，有一个正电荷和一个负电荷。所以你有一个带负电荷的电子，还有一种叫做空穴的东西，它带正电荷。当你对这些设备中的一个施加温度梯度时，你给载流子提供能量，所以材料中的电子和空穴，都会在设备中产生电流。当你把几个这样的电偶加在一起时，你会得到一个非常好的，非常可靠的电力。
克里斯:这个物理理论听起来很前沿，但它并不新鲜，不是吗?
劳丽:一点也不。实际上，第一个热电效应是在19世纪被发现和描述的。我们知道这个理论很久了。它们可能从50年代或60年代就被用于太空工业，但现在在地球上，我们开始研究在过去的10到15年里以一种更现实的方式使用它们。
克里斯:那么19世纪的物理学家所做的和我们今天所做的有什么不同呢?
劳里:在19世纪的时候，没有关于半导体材料的信息。所有东西要么是绝缘体，要么是导体。半导体是最近才出现的现象。我们认为这是理所当然的。我们家里的每一件电子产品里都有它们，但半导体的发现和19世纪那些方程式的应用已经带来了一种利用温度梯度发电的新方法。
所以那些早期的科学家很聪明，他们发现会有影响。他们认为这在理论上是可行的，可以产生非常小的电压，但随着现代材料和现代工程的应用，我们可以产生真正有意义的电压，可以做一些事情。
劳里——是的，确实如此。他们以金属为例描述了这种效应。所以你得到一个非常非常小的电压。在半导体中，你可以得到一个更有用的电压，我们可以做一些事情。
克里斯-那我们到底要怎么做呢?
劳里:在国家物理实验室，我们的重点是试图理解这些材料的测量方法。我总是对人们说，描述这些设备的工作原理就像在不知道千克是多少的情况下测量质量一样。所以我们需要有这样的衡量标准。实际上，这些设备有很多应用，航天工业可能是最成熟的一个，它们被用作深空任务和其他任务的电源。发电厂工业也开始迎头赶上，汽车工业是最近投入大量资金研究使用这些材料和设备的行业。
克里斯-如果我真的要浪费掉油箱里70%的能量，那可是一大笔钱。这是合理的，如果我把引擎的所有热的部分，特别是排气，我应该能够得到能量回来，用这些设备之一，把它变成电流，我可以做一些有用的东西。如果我今天在我的车上安装这个，你认为我能省多少钱?
劳里:有一些非常先进的原型车，比如福特和宝马的，都有很高的功率，但我没有看到足够的证据来引用它们。五年前，他们把其中一个TEG放进去，实际上是在排气系统周围建立了一个完整的TEG系统，这样就能捕捉排气中的所有热量，在这辆车里高达500度。他们让汽车沿着高速公路行驶，产生了大约500瓦的功率，相当于节省了大约5%的燃料。
克里斯:从长远来看，这可以节省很多钱，不是吗?
劳里:从长远来看，至少值得研究一下。这些设备本身的效率还不是很高。我们还有很多工作要做，以使它们非常高效。但是，你已经看到了节省，你可以看到汽车系统的改进和效率。
克里斯-这些东西会放在排气管的侧面或者其他热源上。这是热的一面。你给了这些粒子，这些电子和空穴，热侧的能量。然后如何让它们移动到寒冷的那一边呢?如何使冷的一面产生电流?
劳里:我的梦想是，你可以用汽车在高速公路上行驶时的气流为例。但事实是，它并不是一个非常可靠的冷源。所以汽车工业特别想要使用的是已经存在于汽车中的冷却系统。所以它通常是乙二醇之类的东西他们只是改变冷却系统的路线包裹在teg周围然后产生冷的一面。
什么类型的材料，因为你说半导体很一般但是什么类型的半导体?我们使用的哪些材料在这方面取得了成果?
劳里:在较低的温度水平下，大约200摄氏度，你会看到相当奇特的打磨，碲化铋。这是一种半导体装置，在那个温度下，热电效率可能只有5%或7%，效率并不高。但是随着温度变化的增加，所以当你有更热的一面和更冷的一面，当你可能有500度以上，你必须开始寻找不同的材料因为碲化铋在那些温度下不是很好。你开始研究硅，锗之类的东西。所以，我们实际上已经非常熟悉的材料，因为它们在电子工业中使用。
克里斯:关键的是，这些材料的成本是多少?它们是否很容易买到，而且相当便宜，或者我们是否会看到价格大幅上涨，以节省每次加油的5便士?
劳里:嗯，碲化铋实际上非常便宜，便宜得惊人!你可以得到碲化铋的teg它可以产生大约100瓦的功率，大约90磅。所以通常一磅瓦的报价越高…
比催化转化器便宜，不是吗，催化转化器贵得离谱。
劳丽:是的，确实如此。但是当你达到更高的温度时，这些材料会变得更加奇特，所以价格也会相应上涨。
Chris -现在帮我解决一个挫折;如果你有一个导电性能很好的东西，它也能很好地导热。电子在周围振动，然后它们穿过材料，使其他东西也在周围振动，这就是热传递的方式。那么怎样才能得到这样的效率既能让电流和电子流动，又能让热量回流呢?这听起来像是一个悖论。
Laurie:是的，这确实是一个悖论，这实际上也是一个衡量问题。如果我们想知道有多少电可以流过这些材料，我们需要知道它的导电性，我们需要非常准确地知道它。我们还需要知道它的热导率——它有多乐意让热量流过。所以测量一个而不测量另一个实际上是非常困难的。它们紧密结合在一起。但在研究层面上的努力之一是研究这种材料的纳米结构。在纳米尺度上改变材料的形状，以增加热量和电子必须流过的屏障或界面的数量。电子很乐意通过界面碰撞。热量需要更多的击打，所以它减缓了热量在材料中的流动。
Chris -所以你不能制造一种既能让电子通过又能阻止热量通过材料的材料，因此你可以保持一个热的一面和一个冷的一面，并驱动电流。
劳里:在某种程度上你可以，当然，不幸的是，我们和其他事物一样，都要遵守热力学定律。我们的想法是尽可能长时间地保持温度梯度。你总是会变热或变冷，在某一时刻给你温暖，然后你开始失去能量输出。但是你可以冷却整个TEG，重新开始流动。
Chris -我也很喜欢“在某种程度上”这个双关语，Laurie。Laurie Winkless来自国家物理实验室。
热泵如何提高电厂效率
与格拉斯哥大学的安德鲁·诺克斯教授合作
Kat:我们听说过热电发电机(teg)是一种有效的方式，可以将废热转化为有用的电能，在小型环境中，比如汽车或类似的东西，但也有一些非常大规模的环境，比如一个发电站，它把大量的热量扔进冷却塔。那么，热电技术能帮上忙吗?现在我们要和安德鲁·诺克斯谈谈。他是格拉斯哥大学电力电子可再生和可持续能源的教授，他正在研究使用这种技术的可行性，但或多或少是相反的。晚上好，安德鲁。
安德鲁-晚上好，凯特。
Kat:首先，请告诉我，我们正在谈论的电站中热量损失的规模，以及为什么尝试使用热电技术会有吸引力?
Andrew -英国的大部分发电量来自所谓的火力发电站，也就是我们燃烧化石燃料的地方;天然气，煤炭，等等。从这一过程中产生的电力受到各种热力学限制。这和热电学的基本问题是一样的你有一个冷热面，最大效率是它们的函数由卡诺循环决定。
在一个传统的火力发电站，典型的情况是当你燃烧燃料时，比如说煤，它会在锅炉里产生蒸汽。然后，蒸汽通过涡轮机扎根，蒸汽通过涡轮机的力量带动发电机，从而产生电力。蒸汽经过一系列不同的涡轮机，每个涡轮机的压力都在逐渐降低，在这个过程的最后，当你从蒸汽中提取出尽可能多的有用的功时，你要做的就是把蒸汽重新冷凝成水，然后水再回到锅炉中再次使用。
作为发电过程的工作流体的水是非常纯净的，原因是任何杂质都会在正常的自来水中，例如，会很快把你的涡轮机变成瑞士奶酪。我的意思是，它真的会攻击涡轮叶片。
所以这个正在进行的过程——沸腾的水，驱动它通过涡轮，然后冷凝成水，再回到锅炉里——这个过程被称为朗肯循环，它是有限制的。
如果你开车经过一个大型热电站，让我们以M1公路上的轮渡桥为例。当它工作时，你会看到大量的蒸汽从c中排出
冷却塔和冷却塔是这些巨大的混凝土结构。这基本上是将蒸汽中的能量释放到环境中，所以这是浪费的热量。在最好的现代火力发电站，它们的效率大约是46%或47%，所以超过一半的能源被丢弃到环境中。
凯特:在发电站里，我们有很多非常热的东西，你试图让这些东西冷却下来，所以似乎确实有能力使用热电技术，但你提出了一种稍微不同的方式，不是利用冷热之间的差异来发电，而是利用其他东西。你认为我们怎样才能把热电技术引入发电站，使它更有效率呢?
Laurie提到的其中一件事是半导体热电发电机。这些热电发电机的特性之一就是，正如劳瑞所描述的，如果你施加温差，你就会产生电压，但是如果你对同样的材料，同样的设备施加电压，你可以用它把热量从一边转移到另一边。在发电站的背景下，在发电站的冷凝器中，用过的蒸汽被转换回水，因为蒸汽放弃了它的能量，凝结了蒸发的热量，通过使用一些热电，我们实际上可以捕获一些能量并将其重新注入发电厂而不是将其排除在大气中。
凯特:所以你说的是吸收热量，然后把热量放回系统，再产生一点电力。
安德鲁:是的。这是一种很低的热量，但从概念上讲，它被认为是蒸汽转化回水时释放的能量。
Kat -所以这意味着你会得到更多的回报。所以对于你燃烧的煤的量，你最终会从另一端得到更多的电。
安德鲁:对。你最终将不得不燃烧更少的煤来获得一定数量的发电机输出电力。
这听起来很棒，但它有多现实呢?尝试和实施这种技术有哪些挑战?
有两大挑战，第一个是冷凝器本身的工程设计。换句话说，你需要成千上万个这样的半导体设备，适当地安排在蒸汽流中，以最大限度地提高热量传递，第二件事是优化用于驱动这个过程的电子设备。被称为珀尔帖效应，这是半导体材料的特性当它像这样被使用时，它有一个性能系数。这是由冷热面之间的温差决定的。一般来说，随着温差的增大，性能系数减小。所以你不能把它用到你喜欢的温度。这实际上只在低温下使用，对于一个典型的大型发电厂来说，从涡轮机最后一级出来的蒸汽大约是30-35摄氏度。
凯特:那么，你认为你所说的这种技术实际上可以应用到我们现在的发电站中吗?还是需要一种新的发电站?
安德鲁-我认为它既适合新建，也适合复古。使用今天的设备和今天的材料的效率意味着我们正处于盈亏平衡点。有两个因素对我们有帮助，一个是发电站的效率本身，当我们经过超临界，高温，高压蒸汽时，这对我们有帮助。此外，随着半导体器件中材料的改进，这也有助于热泵的整体效率，因此，热泵的性能系数。
Kat -我知道这有点像“一根绳子有多长”的问题，但如果所有的研究都进展顺利，你认为这种技术什么时候能被引入?
安德鲁-我觉得你可能要坐10年牢。要做一个大型发电站，或者像摆渡桥或德拉克斯这样的发电站，至少可以说是雄心勃勃。但如果你想要一个相对较小的，1兆瓦或5兆瓦的发电站，我希望在10年的时间里看到，这将是可用的，有一个改进的朗肯循环。
Kat -利用节省煤炭成本的效率所带来的好处，实际上会让投资这种技术变得值得。
安德鲁:是的，我喜欢。即使你只是在谈论百分之几的效率，增加整体煤到电的转换，这百分之几代表了巨大的电力，如果你考虑到发电站的整个生命周期，也许是25年，再加上能源价格在我看来将继续上涨。
所以这绝对是值得调查和投资的事情。非常感谢你，安德鲁。这是格拉斯哥大学的安德鲁·诺克斯教授。
Y染色体提供心脏病线索
虽然心脏病的死亡率在下降，但它仍然是一个主要杀手。与同龄的女性相比，男性更容易患冠心病。人们常常把这归咎于生活方式不健康的人，但一个由莱斯特的科学家组成的国际研究小组刚刚在《科学》杂志上发表了一篇论文《柳叶刀》这表明实际上可能有遗传因素在起作用。
尽管男性和女性几乎拥有相同的基因，但有一个重要的区别。女性有两条X染色体，而男性有一条X染色体和一条Y染色体。Y染色体上只有少数基因，总共约有27种蛋白质，其中大多数被认为对性发育和使男性具有男子气概很重要。
但近年来，这种微小的遗传遗传与艾滋病和自闭症等疾病之间出现了一些有趣的联系。因此，科学家们决定分析3000多名英国男性的Y染色体基因组成，这些男性参与了三项不同的心脏病研究。
因为Y染色体几乎是完整地从父亲传给儿子，很少有遗传混乱代代相传，所以只有有限数量的不同“口味”，或Y染色体的单倍群。正因为如此，在寻找基因变异和疾病之间联系的大多数大规模遗传研究中，Y染色体经常被排除在外。
在这种情况下，研究人员发现所有的男性都属于9个单倍群，90%的Y染色体只来自两个不同的单倍群。当研究人员查看他们的心脏病病史时，他们发现，Y染色体来自某一特定单倍群的男性患冠心病的风险比Y染色体来自其他单倍群的男性高50%。
经过一番深入研究，研究人员证实，这种关联与心脏病的其他风险因素无关，比如饮酒、吸烟等生活方式因素或其他已知的生物风险因素。当他们仔细观察来自不同单倍群的男性的基因活动模式时，他们发现，在与炎症和自身免疫反应有关的某些基因的活动水平上，高风险组和其他组之间存在明显差异，这两种基因都被认为在心脏病中起着重要作用。
目前，这还只是一种联系——尽管这是第一个强有力地揭示心脏病和Y染色体之间联系的研究——需要做更多的工作来证实这一发现，并弄清楚Y染色体上的基因是如何产生这些影响的。但在未来，它可能有助于找到新的方法来降低男性患心脏病的风险，甚至可能治疗这种疾病。由于Y染色体是由父亲传给儿子的，这也告诉我们，在某些情况下，对心脏病的易感性可能以这种方式代代相传。
感冒宜吃，癌症宜饿
一项新的研究表明，自我禁食可能会使抗癌治疗的效果翻倍。
写日记科学转化医学南加州大学的科学家Valter Longo和他的同事们通过培养皿中培养的细胞和实验小鼠的实验表明，禁食会使癌症对化疗药物敏感。
最初，研究小组使用酵母细胞进行基因编程，使其携带一种会导致人类癌症的基因突变。他们发现，用不含任何营养物质的水代替培养基，使细胞饥饿48小时，会引发严重的压力，增加细胞死亡率。然而，缺乏致癌基因的细胞受到同样的治疗，却对这种侮辱有更强的抵抗力，对过氧化氢等有毒化学物质也不那么敏感。然后，研究人员在由空腹或正常喂养的小鼠血浆制成的培养基中培养癌细胞。
不出所料，在禁食小鼠培养基中生长的细胞比正常营养的细胞表现出更大的压力迹象，更高的死亡率，更容易受到抗癌药物的影响。为了找出这种效应是否会从培养皿转化为真正的癌症病例，研究人员随后对携带一系列肿瘤类型的小鼠进行了治疗，包括黑色素瘤、胶质瘤(脑肿瘤)和乳腺癌。
他们发现，接受化疗前禁食的小鼠癌症扩散率降低了40%，长期存活率提高了42%，而正常喂养的小鼠死亡率为100%。
研究小组认为，这一非同寻常的观察结果背后的机制是，使癌细胞不受控制地生长的相同过程也阻止了细胞在面对压力(包括禁食引起的压力)时关闭它们的活动并保护自己。在这种状态下，细胞比健康组织更容易受到化疗药物的影响。研究人员认为，这可能是一种提高人类抗癌效果的方法，同时将副作用降到最低。
把癌症伪装成沙门氏菌
和西奈山医院的Julie Magarian Blander教授
让癌细胞看起来像沙门氏菌可能听起来很奇怪，但奇怪的是，它可能是制造抗癌疫苗的关键，这种疫苗可以触发免疫系统攻击癌症。为了解释这一点，我们请来了纽约西奈山医学院的朱莉·马加里安·布兰德教授。你好,朱莉。
朱莉-你好。
首先，为什么免疫系统不首先攻击癌症?
免疫系统通过一种叫做模式识别的过程来识别自己的组织。所以当它寻找微生物时，它实际上是在寻找与微生物相关的模式，而这些模式在正常的健康组织中是不存在的。因此，因为肿瘤细胞和癌细胞来源于正常细胞，它们没有免疫系统喜欢看到和瞄准的微生物模式。
克里斯-所以他们才逃过了正常的监视。那你拿沙门氏菌做什么?
朱莉:沙门氏菌中有一种叫做鞭毛蛋白的蛋白质，沙门氏菌和其他细菌实际上利用它来运动，因此，我们用这种蛋白质——这种蛋白质的序列——它很容易在细胞中表达，因为它是一种天然的蛋白质。我们在肿瘤细胞中表达它是为了让它们在免疫系统看来更像微生物。通过这样做，我们可以瞄准识别这些与微生物特异性相关的模式或结构的受体。通过这种方式，你欺骗了免疫系统，让它认为肿瘤细胞实际上有一种来自微生物的成分，然后它们就以这种方式为目标。
所以这些细胞看起来更像细菌。这引起了免疫系统的兴趣免疫系统通过这些特殊的受体来捕捉病原体。然后免疫系统攻击肿瘤细胞。在肿瘤细胞中加入了类似沙门氏菌的基因，这一切都很好，但是身体其他部位的肿瘤呢?
朱莉:那么，在动物模型中，在老鼠身上，我们的策略是取出肿瘤细胞本身，引入这种鞭毛蛋白，以免疫系统的受体为目标，然后照射肿瘤细胞，将其用作全细胞癌症疫苗。我们做了两组不同的实验，给没有肿瘤的动物接种疫苗，然后测试它们对不表达鞭毛蛋白的野生型肿瘤的后续攻击的保护作用。我们还做了一些实验，让患肿瘤的动物接种疫苗，然后我们监测免疫反应。在这两种情况下，我们都能够看到免疫系统有效地产生强大的免疫反应——CD8细胞毒性T细胞反应和辅助反应系统，这些系统对使CD8 T细胞具有攻击性并能够攻击肿瘤细胞很重要。
Chris -所以免疫系统，一旦它被类似疫苗细胞的沙门氏菌激活，一旦你把它们放进去，它们就被杀死了，不会去别的地方，然后系统就开始攻击肿瘤的其余部分。大概是有某种交叉吧。由于鞭毛沙门氏菌基因的存在，免疫系统学会了识别癌细胞。
朱莉:对，没错。我们能够证明的是，我们可以增强记忆反应。传染病疫苗接种的整个基础是，例如，你用一种微生物的特定成分接种疫苗，然后接种疫苗的个体受到保护，有时在他们的一生中，对抗感染本身。这里也是一样的道理。因为微生物已经被发现了鞭毛蛋白来自肿瘤细胞中沙门氏菌的微生物成分，免疫系统可以对肿瘤做出反应然后这种记忆反应可以防止肿瘤进一步发展或生长。
Chris -免疫系统不会有攻击健康组织的危险因为免疫系统会对细胞产生兴趣并对细胞上的错误物质产生反应然后开始攻击健康组织。
朱莉:是的。这是对全细胞癌疫苗的警告，许多研究人员不喜欢这样做，但免疫系统固有的强大耐受机制也存在。在我们的研究中我们还没有解决这个问题，但这些机制是如此强大，我们认为我们可能会倾向于呈现特定的癌症衍生分子，而这些分子将优先成为目标。所以，癌细胞可以和健康细胞共享正常的蛋白质，但它们也有自己表达的一套蛋白质，在识别这些蛋白质是什么方面有很多努力。我们的希望是，通过引入鞭毛蛋白，我们可以绕过系统地识别癌细胞可能独有的、在正常细胞上不表达的单个蛋白质的过程。通过这种方式，我们可以，在不知道这些特定蛋白质是什么的情况下，我们可以让免疫系统对一系列对免疫系统来说是新的东西做好准备。因此，这些正常的蛋白质可能不是目标，但我们需要在动物身上进行测试。
克里斯:最后，我们来谈谈动物，你在研究中测试的老鼠，它们表现如何?用这种疫苗治疗的动物得到了什么样的改善或临床结果?
朱莉:我们有几个模型，我们有可移植的淋巴瘤细胞和转移性黑色素瘤细胞。对于黑色素瘤细胞来说，这是非常戏剧性的。将这些黑色素瘤细胞静脉注射到小鼠体内，它们会转移到肺部。那些接种了含鞭毛蛋白黑色素瘤全细胞疫苗的小鼠没有任何转移。与未接种疫苗的对照动物相比，它们的肺部完全没有转移。同样的，那些肿瘤的皮下生长，淋巴瘤细胞我们将其皮下移植到免疫小鼠中，所有的小鼠都排斥肿瘤并且能够对肿瘤产生强大的记忆反应与野生型未免疫对照相比。
克里斯:太棒了!我们就讲到这里，谢谢你的讲解。以上是纽约西奈山医学院的朱莉·马加里安·布兰德的报道。
药物治疗老年痴呆症
一种被批准用于治疗淋巴瘤和多种癌症的药物也可能是一种有效的抗阿尔茨海默氏症的药物，一项新的研究显示。
Bexarotene，以Targretin销售，被许可用于治疗一种叫做皮肤T细胞淋巴瘤的疾病，尽管它后来也被用来抑制许多其他癌症的生长，包括乳腺癌和肺部恶性肿瘤。但由于这种药物的作用方式，通过激活一种被称为类视黄醇X受体(RXR)的信号分子，这种分子存在于DNA上并控制基因表达，动物实验现在已经证明，它还可以溶解导致阿尔茨海默氏症的淀粉样斑块，并逆转与该疾病相关的一些认知缺陷。
凯斯西储大学的研究人员加里·兰德雷斯和他的团队在《科学》杂志上发表文章说，他们给老鼠注射了这种药物，使老鼠患上了相当于老年痴呆症的啮齿动物。接受过治疗的幼年动物显示，浸泡在它们脑细胞中的液体中溶解的β -淀粉样蛋白的水平几乎立即下降了25%。治疗14天后，与对照组相比，淀粉样蛋白沉积的数量下降了75%。在老年动物中，斑块数量减少了50%。
这些结构上的变化也反映在功能上的改善上，经过治疗的老鼠恢复了记忆和认知能力，包括能够回忆起可怕的刺激，更好地找到自己的路，对气味做出适当的反应。
研究小组认为贝沙罗汀的作用是通过增加大脑中一种叫做ApoE的物质的水平。这可以分解淀粉样蛋白聚集体，而淀粉样蛋白聚集体是这种疾病的神经学标志。先前对人类受试者进行的实验表明，减轻这些沉积物的负担可以减轻疾病症状，这表明该制剂可能能够对人类受试者产生类似的影响。
奥林匹克努力让孩子们学习生物学
与史蒂夫·雷德格雷夫爵士，英国赛艇队，马克·沃尔波特教授，惠康基金会
在2012年奥运会之前，伦敦本周启动了一项新项目，旨在通过体育锻炼和一系列科学实验，让全国各地的学生思考自己的身体以及身体是如何工作的(如果他们需要帮助的话)。Meera Senthilingam参加了这次发射。
米拉——本周，东伦敦圣保罗信托学校的学生们接受了一系列实验包的治疗，帮助他们在锻炼时探索身体的内部运作。Wellcome Trust的主任马克·沃尔波特解释说，作为受2012年奥运会启发的一项倡议的一部分，这些工具包将被送到英国各地的学校，以帮助学生们活跃起来。
马克-威康信托基金会为学校推出了一系列名为进入状态，向下一代传授关于身体和健康的知识，这是为学校的各个阶段设计的，所以它将被2.3万多所小学和6000多所中学使用。每个盒子里都有一系列的实验。
米拉:所以它真正关注的是可能在运动中对人们有益的生理特征。
马克:是的，这是一部分，还有一部分是告诉人们他们的身体对运动的反应。所以，如果你想到大脑，反应时间很重要，所以有一个实验可以测量反应时间。你的肌肉在运动中显然是非常重要的，所以，对于小学生来说，有一些简单的实验，比如，如果你的四肢更长，你能跳得更远吗?在中学，我们做了一些实验来教人们肺活量。显然，如果你的肺很大，你可能会更健康。你的心率是衡量你的健康状况的一个很好的指标以及你的心率在运动中是如何变化的，所以我们有脉搏血氧计。这是一系列的实验，一方面，与课程相关，所以它们与科学相关。另一方面，它们专门与健康和锻炼有关。
米拉:马克，你自己试过那些设备吗?
马克:是的，我试了一些，但我不确定我是否想告诉你结果!
米拉-惠康信托基金董事马克·沃尔波特。虽然马克并不热衷于分享他的结果，但许多学生都很喜欢，因为他们公开进行了一些实验，包括一个测量肺活量的实验……
库索莫-你好。我是库索莫·贝克。我今年13岁，九年级。
米拉:库索莫，这里有一个实验包，是一个长长的塑料袋，上面写着很多数字。
库索莫-基本上，袋子上有升。你必须向里面吹气，这样你就能知道你能从肺部吸入多少气体。
米拉-这是看你的肺活量。
库索莫:是的，肺活量。这与你的身高有关，如果你比较长，你会吹得更高，或者如果你比较矮，你会吹得更低。这取决于这个。
米拉-好吧，你有多高?
库索莫——我身高5英尺3英寸。
米拉-好吧，看看你能放出多少空气。
库索莫-好吧，那我就试试。
米拉-…你呼出了一升半的气!
库索莫-是的。
Meera -有一个人可以装满整个6升的袋子，甚至更多，他是5次奥运会金牌得主史蒂夫·雷德格雷夫，尽管他身高6英尺4英寸，这个工具包可以帮助你了解身高对这种特殊的生理属性有很大的好处。
史蒂夫-你好。我是史蒂夫·雷德格雷夫，今天和惠康基金会在一起，我们做了很多有趣的实验。
米拉:你认为在赛艇比赛中取得成功的人需要具备哪些主要的生理特征?
物理方面是杠杆的长度。你不会让非常小的人在最高水平上竞争。你可以把矮个子的人调整到一个合理的水平，但当它真正降到运动员的身高时，他们都很高。在某种程度上，这都是关于长杠杆的。
米拉:长得高是好事。你有这些杠杆让你很快地通过水，但你的内部器官和生理机能呢?
赛艇是一项以耐力为基础的运动。所以你有了物理方面，你有了正确的样本杠杆方面。他们还必须接受训练，变得非常高效。如果你没有肺活量，VO2的吸收将氧气转化为能量，进入红细胞，供给肌肉，从这个角度来看，你不会很有效率。因此，它背后的科学变得非常庞大——训练、准备、监测，一直努力提高水平。
当我在70年代开始工作时，还没有这些。我记得有个总教练想给我做个肌肉活组织检查。我花了好几年的时间锻炼肌肉，他们想插一根小针，再拉一点出来，看看我是快肌纤维多还是慢肌纤维多!耐力运动往往需要较慢的抽动，较快的速度往往更需要较快的抽动。我是一个不错的短跑运动员，所以我必须在我的化妆品中有一定量的快肌纤维，但耐力方面，你可以训练它。所以拥有自然速度的能力，然后再训练耐力，所以在某些方面是两全其美的。
Meera:通过这些训练和科学的方法，你了解了很多关于你的身体是如何工作的吗?这对你变得更好有帮助吗?
史蒂夫-我想是的。在体育运动中，每个人似乎都在变得更快。他们可能不会每次都跑得更快，或者在一年内，甚至是奥林匹克运动会，四年的周期。但随着时间的推移，时间变得越来越快，运动员的速度也越来越快。你必须运用方方面面，饮食、训练、背后的科学——这一切都是成为比以前更好更快的运动员的一部分。
38:54 -振兴城市河流-地球星球在线
振兴城市河流-行星地球在线
与Bella Davies, Wandle Trust和Angela Gurnell，伦敦玛丽女王大学合作
城市和城镇的河流在过去几年里经历了一段艰难的时期——经常改道、隐藏或用混凝土填塞。有些甚至变成了下水道!
但现在，在世界各地，城市河流正在复兴，许多河流成为野生动物的避风港。行星地球播客主持人理查德·霍林厄姆参观了伦敦南部的一个项目，在那里，保护科学正在帮助将一条长期被忽视的河流变成城市的资产……
我在伦敦西南部克罗伊登附近的卡沙尔顿，200年前，这里是一个乡村，现在它是环绕伦敦的广阔郊区的一部分。中心的旺德尔河(Wandle)曾经流经农田，现在被公路、铁路、房屋和企业包围。在这样的地方，河流往往最终被忽视、污染和不受爱。
贝拉:几百年前，这个地区更像乡村。
理查德·h·-我是旺德尔信托的贝拉·戴维斯。
贝拉:而且这条河已经被许多磨坊占用了。它实际上因其规模而被称为世界上最辛苦的河流之一。从那时起，我们有了工业革命，大量的污染进入，全国各地的河流普遍受到忽视。到了20世纪60年代，它变成了一个开放的下水道，生物上或多或少已经死亡。在70年代，它变得非常运河化，并且变得非常直，以帮助防洪问题。到现在为止，我们正在努力恢复许多自然过程和自然栖息地。
理查德-信托基金会使用了伦敦玛丽女王大学的安吉拉·格内尔的专业知识。她的研究发现，即使是用混凝土砌成的河流，覆盖着桥梁或被堰所阻断的河流，仍然值得拯救。
安吉拉:我们有一个令人惊讶的发现，实际上，某些类型的工程可以与相当多样的、令人赏心悦目的河流相兼容，如果水质良好，这些河流的生态功能相当强大。
Richard H. -所以，真的，即使被混凝土包围，在城市地区，也不会失去一切。
安吉拉:在这种情况下，越来越多的机会出现了，我们站在这样的地方，河流的一边是公路，另一边是房屋，我们上方是铁路桥。你仍然可以做很多事情来改善这一段，只要轻轻地推开工程，移走你实际上不需要的部分，让河流以一种不完整的方式恢复。
贝拉-还有我们所做的
就是拆掉一部分堰，让水通过，所以同样体积的水通过一个更小的空间，所以水流的速度比自然流速要快得多。我们在这片区域引入了大约60吨的砾石，并对其进行了雕刻，使其具有一系列不同的栖息地和不同的形态。我们已经使上游的河流变窄，修建了新的堤岸，清除了一些淤积在堰后的淤泥。在顶部，我们种了一千多种本地植物。
理查德·h -这意味着旺德尔不仅看起来更自然，而且鱼类和以它们为食的鸟类，比如翠鸟，也回来了。
但在更远的上游，河流完全消失了。在克罗伊登市中心附近的一个公园里，我遇到了克罗伊登议会的汤姆·斯威尼。
1967年，理事会在这条河中涵洞;它被埋在地下。但几周后，我们将看到旺德尔河在公园里重新出现的迹象。
理查德·h -它在哪里?
汤姆:我们现在正站在它上面呢!
理查德·h -我们在一个有点泥泞的地方。
汤姆:我们在这里画了一些红线，表示我们要在哪里为河流建新的源头墙，然后它会延伸到克罗伊登的中心，穿过那块空地的中间，一直延伸到公园的另一端。
理查德·h -所以你实际上是在把管道变回河流?
汤姆:是的。
就在我们看着的时候，挖掘机开始铲土，露出涵洞的顶部和被遗忘已久的水道。安吉拉•格内尔……
安吉拉:通过打开这些涵洞，我们将河流的各个部分重新连接在一起，从生态学的角度来看，这是非常棒的，因为它允许物种在系统中上下移动。
城镇和城市的水道可能永远不会恢复到以前的辉煌，自由地蜿蜒穿过景观，不受文明的影响，但在科学技术的支持下，一些变化正在将它们变成野生动物的走廊。
用teg为航天器提供动力
与莱斯特大学空间研究中心的理查德·安布罗西博士合作
给宇宙飞船提供动力是一个挑战。传统的化学电池会变瘪，而在没有太阳照射的更深的太空探索中，太阳能是不可能的。相反，欧洲航天局正在研究依靠放射性来提供运行热电发电机所需的热量的装置。理查德·安布罗西博士来自莱斯特大学空间研究中心，他的工作有助于为我们的火星任务提供动力。你好,理查德。
理查德-嗨，克里斯。
Chris -我已经顺便提到了其中的几个，但是在太空中为探测器供电的主要问题是什么?
理查德:嗯，主要的问题是当你无法接近太阳的时候。所以，如果你想探索更遥远、更寒冷、更黑暗、更荒凉的环境，那么你就需要一种替代能源，而核能就是其中一种替代能源。事实证明，即使你想在离太阳很近的地方运行，你也会遇到太阳能电池板产生大量热量的问题，所以它们的效率会降低，因此，核能可以起到很大的作用。其他的例子包括在月球的夜晚生存或者探索黑暗，寒冷的月球陨石坑，当然，如果你想在火星上昼夜不停地工作，长途旅行，长时间工作，你需要开发替代能源。
克里斯-当研究阿波罗任务和早期探测器的太空科学家们看到这些问题时，他们想出了什么样的解决方案?他们是真的对这个有200年历史的物理学说，热电发电机是未来的发展方向吗?
嗯，他们基本上就是这么做的。在太空中使用放射性同位素热电发电机可以追溯到60年代。美国已经成功地发射了许多这样的系统来探索月球和探索深空。俄罗斯在使用热电发电机将太空反应堆产生的热量转化为电能方面非常成功。俄罗斯已经向太空发射了30多个反应堆。
Chris -所以本质上，你有一个放射源，一块钚或锶，或者一些放射性衰变剧烈并产生热量的东西，这给了你热电半导体的热面，就像我们讨论的那样。我猜这个空间很冷，绝对零度以上3度，这是一个很好的冷面。
Richard -是的，但它实际上是相当具有挑战性的，开发一个系统为你提供恒定的热源，恒定的T，并允许你将任何未转换的热量辐射到你的环境中，而不影响散热器结构的整体质量或你的热管理系统必须消散多余的热量。所以这实际上是相当具有挑战性的，开发一个有效的，质量有效的系统，你可以从所涉及的质量中获得大量的能量。
克里斯:这些源的放射性有多大?它们有多大?所以如果我有一个1吨重的卫星或者探测器我要把它发射到太空深处，这个热电发电机的质量是多少它里面有多少放射性物质?
理查德:嗯，如果我们看看美国的系统，我们说的是100到250瓦的单位。质量效率范围从每公斤3瓦到每公斤7瓦取决于味道。
克里斯-但那不是有很多放射性物质吗?
理查德-嗯，不是放射性物质占了质量的大部分。这是整个系统，所以你必须考虑到放射性物质被封装在一个密封系统中。它被一个空壳包围，使它能够在最坏的情况下幸存下来，重新进入大气层。然后在所有的热管理系统中都有一个散热器结构。如果我们讨论的是一个欧洲设计的系统它的质量效率大约是每公斤2瓦的电我们讨论的是100瓦的电那么整个系统的重量应该是50到100公斤。
Chris -所以当你在设计系统的时候你正在设计发射探测器到火星去探索其他行星的表面等等，你在工程安全方面要做些什么?我们有一个俄罗斯的任务，它没有离开地球，最近又回到了大气层，phobos grunt那么，你要做些什么来确保那里的放射性不会构成威胁?
嗯，你必须确保放射性物质被完全包裹在一个系统中，这个系统将阻止物质的扩散，不管再入大气层的情况如何;所以不管它是落在海里还是地面上。你还必须设计安全功能，使其能够承受发射台爆炸。这些都是进入发射安全框架的要求美国和俄罗斯有发射安全框架将放射性物质发射到太空欧洲将面临发展自己的发射安全框架的挑战。
Chris -你提到这些装置是几百瓦。这并不是很多，当你想到我的电脑，只有300W的电脑。所以，对于运行非常高端的系统来说，这不是很多。他们基本上是用发电机给电池或大电容器充电，这样你就有了一些东西来给你提供电流，让能量密集的设备在短时间内运行?这就是它们的工作原理吗?
理查德:嗯，你可以用多个单位。例如，在一个需要600瓦的任务中如果你的单位产生100瓦，你就会使用6个单位。你不一定需要使用电池。你可以将它们与电池结合使用。但是空间仪器和空间系统的设计是为了尽量减少它们运行所需的能量。
Chris:那么你们现在正在努力克服的最大挑战是什么呢?因为我们在这些方面已经研究了40或50年，不是也很成功吗?那么，还有哪些重大挑战有待克服呢?
Richard -嗯，对欧洲来说，挑战是发展自己的能力，建造放射性同位素热电发电机和放射性同位素加热器。欧洲将使用一种替代过去使用的同位素，所以挑战也将是能够大量生产这种同位素。
为什么我们需要我们自己的能力?为什么我们不能直接去美国国家航空航天局说，“我们要借用你的一个。”
理查德:钚生产普遍短缺，欧洲可以获得镅-241，这是在英国塞拉菲尔德分离的钚中。因此，对欧洲来说，使用现有的材料将更具成本效益。
克里斯:太棒了!理查德，非常感谢你。这是Richard Ambrosi。他来自莱斯特大学。
我们能否利用海洋中垂直管道的能源?
劳里:对于一些非常高效的发电机来说，即使是很小的温度梯度也能产生能量。这种情况下的困难在于，你往往想要在一个比放入海洋的管道小得多的设备上应用温度梯度。所以难点在于如何让梯度穿过设备的正确位置。但是，是的，即使有这些温度梯度，你也可以得到一些功率输出。
Chris -然后你就会有精力去制造和部署这样一个系统。通常人们不会考虑到等式的这一方面。他们可能会想“我可以在这里节省5%”，但他们不一定会考虑制造太阳能电池的材料来自哪里，或者购买这些材料的成本是多少，以及将它们运往世界各地的碳足迹。
劳丽:我认为生命成本是个大问题。你必须生产材料，它们必须足够均匀，它们必须有足够好的质量，然后它们需要被实施。这方面一直是个难题。
我们可以利用身体的热量来发电吗?
安德鲁:是的，这很有可能。人类的体温是30-35摄氏度，而环境温度可能是20-25摄氏度，一个小小的温差就足以产生少量的能量，电子产品也变得越来越高效;我们现在在很多方面都降到微瓦的水平。所以，是的，你完全可以用teg作为动力机制来制造人力电子设备。
我们能用家用加热器发电吗?
Andrew -家用燃气锅炉，我怀疑，可能不是热电的一个特别好的用途，因为热电目前本质上是非常低效的，可能只有5%。
然而，如果你拿一个木头燃烧的炉子，它的主要目的是在房间里产生热量，如果你用热电材料覆盖炉子的表面，你可以通过热电的热量传递产生一定量的电能。换句话说，炉子的主要用途是加热房间，热量通过热电装置达到这个目的，但你可以将一部分转化为电能。
你能从炼油厂的火焰中产生有用的电力吗?
劳丽:有可能，但是你会遇到很大的工程问题。如果你把东西放进火里，你可能会有一些机械问题，你可能会烧掉电气连接，这就会破坏把它放在那里的目的。
克里斯-真的有那么多能量吗?它很大，很直观，但在一个宏大的计划中，它可能是微不足道的，不是吗?
劳里:是的，可能是微不足道的。
什么时候在发电厂使用teg变得有价值?
我想说这是一个悬而未决的问题。如果我真的要冒险，我会说一兆瓦将是你得到一个具有成本效益的系统的点。
你能在零重力下酿造啤酒吗?
我们向多伦多大学的查理·布恩教授提出了这个问题。
查理，事实上，我已经把酵母送到太空了。我们的团队与NASA合作，我们在上一次航天飞机任务中发射了酵母。我可以保证它们在太空中生长得很好。
我们从未尝试过在太空酿造啤酒，但我敢打赌，你可以在太空酿造出美味的啤酒。如果你把酵母和葡萄糖混合在肉汤里，它们会喜欢吃葡萄糖，它们会把葡萄糖变成乙醇，就像它们在地球上一样。
会有一点问题，他们不会在啤酒中沉淀下来。气体会混合在一起，当酵母生长时，你必须排出气体，最后，你会得到非常浑浊的啤酒。这就是我敢打赌的!
我们也把这个问题交给了斯坦福大学的芭芭拉·邓恩博士。
芭芭拉:作为一名酵母研究人员，同时也是一名业余啤酒制造商，我想说的是，如果一切都在合适的温度下进行，酵母就会生长得很好，在零重力的情况下，就能酿造出啤酒。他们会制造出通常的酒精含量和大多数通常的味道。
如果你要做一大批啤酒，你实际上必须担心酵母在发酵过程中产生的所有二氧化碳，并确保它不会使宇航员窒息。
最后，发酵结束后，我想几乎不可能装瓶了。我想所有东西都会到处跑。所以总的来说，我想说它可能不是最美味的啤酒，也不是最好看的啤酒，但它绝对是世界上最好的啤酒。
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