這個計劃的目的之一是要制造新一代、可扭曲式的電子模塊，它既是紡織品又是電子模塊，包含一個底層及上面的功能層，所以制造時需要把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，但是底層是另一種材料，具有另一種功能，因此底層的溫度不能太高，太高的話就被會燒熔掉。在這樣的限制下，把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，可以立刻熱到一千多度，很快就完成了致密的融合，而底層還在五、六百度的熔點之下。做這樣的工作不能用一般的高溫爐，因為在一般的高溫爐中溫度都一樣，沒辦法達到這樣的效果，放在封閉的微波爐中恐怕也不行，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，就可以很快地完成，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那么大的，就要放在一個移動式機械平臺上，進行二維掃描，連續地處理。

微波除了用在通訊、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，電子或離子在里面被電場加速。***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，送到儲存環里面轉七、八個鐘頭，在轉彎時，會輻射出很強、頻率接近X射線的光。儲存環外的周圍，擺了各種的儀器進行科學或工業應用研究，在每一個轉彎處都引出3道光，可做3組實驗，一圈共可做18組實驗，這是同步輻射研究中心的大概情況。

電子在加速環里轉的時候，每經過一次高頻共振腔，就被踢一腳，加速一點，從慢速度變成非常高的速度。送到儲存環之后，在旋轉時會輻射出光，耗損能量，儲存環里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。

電子在儲存環里頭，每秒鐘走3百萬圈，要走8個鐘頭不碰到墻，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？這個數據不是很好，因為在同步輻射研究中心如果把光速當成3×1010 cm／sec，這個1億美金的設備就要泡湯了。在那里光速要用2.9979×1010 cm／sec，這其實還不是精確的光速，光速的精確值在后面還有好多個位數，只是加速器計算的精確度到小數第4位即可。

加速環里的高頻共振腔，就是加速的地方，可是加速不是唯一的需求，里頭還有各式各樣的磁鐵，可以讓電子轉彎，并自動修正軌道的偏差。電子要在儲存環里面轉那么久而不碰到東西，里面的真空度必須非常高，所以到處都是真空泵，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，要做各式各樣的處理，因此需用到很多的設備，也就構成一個龐大的實驗站。在同步輻射研究中心里，這樣的實驗站一圈下來將近有20個左右，但還是有很多人排隊等著做實驗。這個光源，全***很多學校都在用，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，我們還可以用里頭的高能粒子發掘宇宙的奧秘。比如原子核里面是什么？原子核里面的質子又是什么？固然有一些奧秘是理論可推論的，但必須用實驗證明后大家才相信。實驗時，把一個帶電粒子加速到很高的能量，并用它來把另一個粒子打散掉，以產生各式各樣的其它粒子，比如產生夸克等。科學家就可以說我們看到了理論預測到的，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復雜。光是從粒子加速器這個應用，大家就可以想象微波對科學研究有多大的重要性。

再回頭來說高頻共振腔，就是剛剛所謂的電子加油站。把電磁波送進高頻共振腔里，就會激發共振膜產生電場，電子進來的時候會被電場加速。這里用的頻率是500 MHz，也就是每秒中振動5億次、改變方向5億次，在改變方向以后，再進來的電子，不但不加速反而還減速，因此在加速器里面，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，屬于UHF頻段。

高頻共振腔和很多其它附帶器件構成一個高頻系統，其中有一個速調管，這是電視臺所用的微波源，產生60千瓦的功率，其它還有冷卻系統、微波循環器、控制系統、同軸傳輸線等。60千瓦那么高的功率相當于三、四十臺冷氣機，到處都會留下熱，所以高頻系統的各個地方都需要冷卻，要是不冷卻，馬上就燒掉。因此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，高功率微波射出后萬一反射回來，絕不能讓它回到原來的地方，這就好像一門大炮射出炮彈，如果反射回到炮口，是會吃不消的。當然炮彈發生這種情況的機會并不存在，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。

微波加熱的原理

最后介紹微波爐。微波爐是大家最熟悉的，和我們的關系也很密切。也許大家還沒想到，跟各位關系最密切的不是微波爐里的微波，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高的。微波爐的主體是一個作用腔，是個用金屬封閉的箱，微波射進去加熱食物。箱上有一個可看進去的窗口，可是微波漏不出來。其它還有磁控管、高壓電源、風扇、波導管等，這是整個微波爐的機械結構。

磁控管是微波爐里面最主要的器件，它是一個微波發射器。因為磁控管可應用在家用的微波爐中，產量動不動就是幾百萬個，這里面的商機就很多，而最尖端雷達所使用的磁控管通常賺不了錢，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利基產品。加速器也是一樣，要找人做還得四處拜托，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。

微波加熱是利用什么原理？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時，竟然在可見光頻段有那么一個大峽谷。同樣神奇的是，水一直冷縮到攝氏4度，然后在攝氏4度以下開始膨脹，這又是少有的。假如水在攝氏4度以下繼續冷縮，水面結成的冰就會沈到水底，明年夏天來時，因為隔了那么深的一層水，水底的冰無法融掉，然后冬天來了，又有一堆冰沈下去，大概幾十年后整個湖都是冰，即使夏天也一樣。生物是從水里發展出來的，如果水沒有這個特性，可能就不會有生物，也沒有人類。

為什么水和微波爐的關系這么密切？因為水分子另外還有一個特性：它天生就有電偶極。在水中，水分子的電偶極通常排列很紊亂，微波爐作用時，作用腔內就有電場產生，水分子在電場中受到力矩作用，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，不斷地打轉。

是否每打一個轉就增加一點能量呢？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，波峰過后船又下降，下一個波峰來了，又做相同的動作，一再重復相同的動作，船的能量并沒有一直增加。這個道理運用到水分子的轉動上也是一樣，能量不會一直增加，所以并沒有加熱。要加熱，水分子周圍必須要有東西，這樣才能在轉動的同時，因彼此之間碰撞而加熱。

比如一塊肉，電磁波讓里面的水分子轉動，去擠動旁邊肉的組成分子，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，在空氣里頭的熱能就是如此。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。水分子在電場里一起有序的動，也不是熱能，能量還可以再回傳給電場。可是當水分子和其它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。

微波加熱不但要使微波能進到食物里面，還要能被吸收。頻率太低，大部分都穿透過食物，頻率太高，在食物表面上就被吸收，進不到里面，微波加熱的頻率（大都是2.45 GHz）就是在這個條件下所選擇的，這是微波爐專用的頻率，所以不會干擾通訊。由于微波能進到食物里面，同時加熱各處，所以加熱速度快。此外，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。