Kategorier
Kemi The light side

Mina Grundämnen – Magnesium

Det finns några grundämnen som är vanliga men som man inte har ett speciellt förhållande till. För mig är magnesium en av dessa. Jag har egentligen inte arbetat direkt med magnesium, annat än aluminium/magnesium legeringar för olika detaljer som måste svarvas eller fräsas till rätt form.

Även om magnesiums atomära struktur är enkel har jag inte gjort någon spektroskopi på den. Det är så att säga ett hål i min direkta erfarenhet.

Men magnesium är intressant ur ett historiskt perspektiv då det är ett av grundämnena som «upptäckts» genom elektrolys. Entymologiskt har det samma grund som mangan och magnetit.

Biologiskt är det en av de viktiga grundämnena så en del av mig är magnesium och därför även ett av mina grundämnen.

Kategorier
Fysik The light side

Mine grundämnen – Natrium

De fleata har sett de gula ljusen i gatubelysning även om dessa nu håller på att bytas ut med LED. Det gula ljuset kommer av natrium som sänder ut gult ljus, 589.0 och 589.6 nm. Den så kallade natrium dubletten, något som ingår i alla atomfysik kursers laboratorium. Just natrium har fördelan av att vara en metall som både har låg smältpunkt och låg excitations energi, vilket gör att du kan relativt enkelt förånga och driva en elektrisk urladdning genom gases och få den att sända ut ljus. Detta kan man göra effektivt vilket förklarar varför natrium var/är populärt i lampor dr man vill få bra effektivitet. I tillägg är våra ögon ganska känsliga inom detta våglångdsområde vilket också är en fördel.

Men samtidigt är natrium lätt att excitera med ljus och då lasrer i första hand vilket gör att man har detta som ett textboksexempel i labbet. Att man har en gas-cell med natrium i labbet för demonstrationer är en självklarhet. Nu är natrium väl studerat så det är inte mycket ny forskning som kan göras. Men i slutet på 1980-talet jobbade jag i ett projekt där vi skulle göra ett experiment där vi behövde ett mycket homogent magnetfält över en längre sträcka. Det vi ville göra var att kunna mäta magnetfältet med hög noggrannhet inom ett litet område samtidigt som vi optimerade magnetfäletet. En teknik som inte fanns då. Här skulle vi utnyttja just natrium och titta på Zeeman-effekten (uppsplittring av spektrallinjer på grund av magnetfält) på olika punkter längs en linje. Genom att flytta detektionspunkten och variera ljusets frekves skulle vi kunna bestämma magnetfältet. De första experimenten fungerade bra och vi kunde optimera ionom ett mindre område, men det visade sig att det blev för komplicerat samtidigt som nya mindre magnetometrar utvecklades så vårt projekt fullföljdes aldrig.

Natrium är alltid ett problembarn därfr att det finns överallt, så när man skall titta på grundämnesinnehåll i olika prover så finns alltid natrium i rummet vilket kan ställa till problem i detektionen.

Natrium är en alkalimetall som kan fatta eld i luft eller om det hamnar i vatten så man måste vara varsam, så vi hade olika stt att «desarmera» natrium vilket ofta betydde att man lät det stå i luft eller att man spreyade vatten på det för att skulle oxidera.

Så jag har jibbat med natrium och det är något som alla atomfysiker har ett förhållande till, så även jag.

Kategorier
Fysik Kärnenergi

Kärnenergi – Uran – Gruvdrift

När man talar om kärnenergi och då fission måste man komma ihåg att det finns ett fåtal fissila atomkärnor (sådan som kan splittras och brukas i en reaktor). Den som brukas mest är Uran-235 som finns naturligt, Plutonium-239 som produceras av Uran-238 genom neutron infångning, Uran-233 som kan produceras från Thorium-232 via neutron infångning. Detta betyder att vi bara har en naturlig isotop som kan brukas direkt som bränsle i kärnreaktorer.

Uran-235 förekommer naturligt i uranfyndigheter och då det finns mer uran i jordskorpan än både silver och guld borde det vara enkelt att få tag på. Men det är som med alla grundämnen en sanning med modifikation. Det kan finnas mycket men det måste vara brytbart, dvs kostnaden för utvinning får inte vara för stor. Men detta gäller om man bryter med uran som huvudprodukt, ofta är uran en biprodukt vilket gör utvinningen billigare. Dock är detta något som måste tas i beaktande för kostnaden.

Om vi ser på produktionen av uran så ligger den på ca: 50 000 ton per år idag, något som täcker behovet. Det man skall komma ihåg är att naturligt uran innehåller ca: 0.72% Uran-235 medan lätt-vatten reaktorer behöver en koncentration på 3-5% i sitt bränsle, en koncentration som kan vara högre i SMRs.

Även om det finns Uran i många länder så dominerar Kazakstan, Namibia, Canada och Australien som tillsammans står för ca 3/4 av världsproduktionen. Detta är något som gör tillgången geografiskt begränsad och priset känsligt för påverkan. På ett sätt är Uran mer osäkert ur ett strategiskt perspektiv än exempelvis olja eller gas, där produktionen är mer spridd. Detta kräver då insatser för att säkra tillgången på bränsle lokalt eller regionalt. Detta kan då innebära utvinning i lokala förekomster av uran. Vilket kan bli kostsamt om andelen uran i mineralen är låg eller om uran inte utvinns som biprodukt. Vad jag sett av debatten är inte detta ett spörsmål som har tagit upp i någon större omfattning.

När det gäller gruvdrift är tumregeln att den nästan alltid är miljöförstörande, om man bryter i dagbrott är det stora områden som kan ödeläggas, men detta gäller också underjordiska gruvor där man får stora mängder av restmaterial som i tillägg är radioaktivt.

När man separerat mineralet som innehåller uran, måste man få ut uranet, detta sker genom urlakning, dvs man använder starka syror för att lösa upp uranet och utvinna det i oxid form. Något som i tillägg ger stora mängder giftigt restmateria, slagg, som också är radioaktivt, ofta i mer koncentrarad form på grund av sönderfallsprodukter, som radium, polonium och radon. Så miljöpåverkan är ganska stor.

Det finns ett alternativ och det är in-situ leeching (urlakning på plats) där man egentligen inte har en gruva utan man pumpar ner urlakningsvätska (syror eller i några fall alkaliska lösningar) i uranförande lager, där uranet löses upp och pumpas upp till ytan för vidare behandling. Det kan se ut som en bra metod, men ger lakrester som måste lagras på grund av giftighet och radioaktivitet. I tillägg är miljöpåverkan på grund av det som pumpas ner inte ordentligt utrett. Här kan man jämföra med oönskade effekter vid fracking.

Så man kan konstatera att brytning av uran inte är speciellt ren eller miljövänlig. Det är en aspekt som man bör titta närmare på och lyfta upp i debatten. Speciellt som det kan komma handla om gruvdrift i närmiljön som kommer ge betydligt större utsläpp av radioaktivitet än en kärnrektor ger.

Man bör dock notera att det finns stora mängder uran upplöst som joner i haven, något som det tekniskt sett är möjligt att utvinna, som visats av japanska forskare på 1980-talet, men det har inte varit praktiskt möjligt att få till det.

Här handlar det dock om att försöka få till en reell helhetsbild och inte cherrypicking.

Kategorier
Experiment Fysik Kemi The light side

Mina Grundämnen – Neon

Neon är en ädelgas och det 5e mest förekommande grundämnet i universum. Det är trots detta relativt sällsynt på jorden, där det till skillnad från Helium inte skapas genom radioaktivt sönderfall. Neon skapas genom fusion av kol-12 kärnor i stjärnor och allt neon i universum kommer från detta. Det som de flesta förknippar neon med är det röd-oranga ljuset i neon-rör. Men neon har används i olika typer av vakuum-rör, men även i olika typer av lasrar, He-Ne laser eller excimerlasrar för XUV inom litografi i halvledar industrin.

För min del har jag i första hand jobbat med He-Ne lasrar, både för upplinjering, som ljuskälla i undervisningslaboratoriet och som referens för en våglängdsmeter. En He-Ne har normalt tre moder (våglängder) där två har en polarisation och en den vinkelräta mot dessa. Detta gör att man kan isolera en mod och bestämma exakt vilken våglängd den har med hjälp av absorption i jod, eller låsa våglängden genom att variera längden på laserkaviteten. Även om denna tekniken nu ersatts av andra är det mycket att lära sig med att bygga en jod-stabiliseras He-Ne laser.

Även om jag inte direkt jobbat med neon så har jag arbetat med en applikation där neon spelar en viktig roll. I ntnu.no/blogger/fysikkforfakirer/2019/07/31/mina-grundamnen-helium/ skrev jag om mitt arbete med en jon-guide där exciterat He var en källa till problem genom att det hamnade i Triplett-tillståndet, samma tripplet tillstånd som står för energin överföring från He till tillstånd i Ne som ger laser effekten. I och med att vi har en nästan resonant överföring av energi bör en liten inblandning av Ne i He-jeten göra att man får en minskning av antalet tripell-tillstånd. En minskning större än den man hade observerat med inblandning av Xe som har en icke-resonant överföring. Jag skrev en proposal och skickade till labbet som jag hade lämnat 1 år tidigare och bad de att prova. Jag fick dock inte något svar så jag vet änideg inte om det gjorde försöket eller inte.

Så på det sättet är neon ett av mina grundämnen.

Kategorier
Fysik Kärnenergi Undervisning

Kärnenergi, strategi och utbildning

Det är i dagarna en debatt om kärnenergi och hur den skall lösa energikrisen. Man ser inlägg som är odelat positiva och som koncentrerar sig på ett fåtal aspekter av ett i grunden komplicerat problem. Just detta är något som bör belysas genom att titta på andra inte så ofta debatterade aspekter.

En satsning på kärnenergi är en satsning som måste göras på lång sikt då det tar upptill 10 år att bygga ett stort kärnkraftverk, och till detta kommer en politisk process om placering och investeringar i tillhörande infrastruktur och miljöeffekter (bland annat från kylvatten). Så att bygga ett kärnkraftverk motsvarande de som finns i drift idag tar lång tid. En invändning som kommer är att det inte skall byggas konventionella kärnkraftverk utan det är små modulära reaktorer (SMR, https://www.iaea.org/topics/small-modular-reactors) som skall byggas. Dessa skall kunna massproduceras och vara mindre vilket gör att byggtiden går ner, de är enklare att placera nära existarande infrastruktur och vi kommer att ha de i drift fortare. Men detta är inte helt sant. Det finns idag över 80 olika designs för SMR men inte många är i drift idag. Man bör notera att The US Nuclear Regulatory Commission (NRC) har certifierat den första designen för en SMR med effekt 21 Februari 2023 https://www.federalregister.gov/documents/2023/01/19/2023-00729/nuscale-small-modular-reactor-design-certification.

Även om det finns olika designer så måste man demonstrera på ett adekvat sätt säkerheten i designen, då detta rör sig om en ny teknologi och att man inte har mycket erfarenhet med denna. Detta betyder att dessa måste först byggas och testas innan man kan börja en massproduktion, så även här kommer tidsfaktorn in och det dröjer troligen mer än 10 år innan det kommer att finnas generell tillgång på SMRs. Detta har också påpekats av representanter från näringslivet.

Men förutom detta så finns det idag en brist på personal som behärskar kärnteknik. På bland annat Direktoratet for strålevern og atomsikkerhet (DSA) finns det experter men inget kunnande vad gäller SMR och hur den tekniken ska kunna prövas för tillstånd att producera kraft. Detta är inte bara ett nationellt problem utan även ett Europeiskt problem. Många år av nedrustning och nedläggning av kärnkraft, ofta av ekonomiska orsaker, har inte bara lett till ökade utsläpp av växthusgaser och ett beroende av rysk gas, utan också till en nedmontering av den kunskapsbas som krävs för en utbyggnad. Det råder idag en brist på den kompetens som behövs för att kunna driva och kontrollera de nya kärnkraftverken (SMR och konventionella).

Det behövs ett kompetenslyft i Europa där det i dag saknas tillräckligt många utbildade personer på alla nivåer som kan utveckla och leda utbyggnaden av SMR. Detta gäller allt från forskning och utveckling på olika aspekter av SMRs, men även utbildning av personer som skall arbeta med ackreditering och kontroll och kompetent driftpersonal. Framför allt behövs forskning och utveckling som ge ökat stöd till den typ av SMR som kan producera eller återanvända sitt eget bränsle. De SMRs som planeras är inte generation IV reaktorer utan opererar med en öppen bränslecykel, där nytt bränsle måste tas in och avfallet hanteras på samma sätt som med existerande kärnkraftverk.

Tar man hänsyn till dessa aspekter är det tydligt att SMRs knappast kommer att kopplas till el-nätet inom en tidsperiod mindre än 10 år, utan de kommer troligen efter det. Om man tänker sig en framtid med SMRs så krävs en betydlig satsning på utbildning, exempelvis tar det minst 5 år att få färdigutbildade civilingenjörer inom fältet och skall man i tillägg ha en nationell utbildningen för att undvika att behöva rekrytera från redan existerande utbildningar i Europa, så krävs att planering av utbildningarna och rekrytering av undervisare inom specialfält startar minst 3 år innan utbildningen startar. Till detta kommer också behov för forskning, forskningsinfrastruktur och undervisningslaboratorier. Detta medför en kostnad som måste vara del i ett större beslut som satsning på kärnenergi. Det är därför inte bara en fråga om energiförsörjning utan även en utbildnings- och forskningsfråga där det behöver tas strategiska beslut.

Man bör även diskutera tillgång och framställning av kärnbränsle men det är en annan diskussion.

Kategorier
Fysik Kärnenergi Uncategorized

Kärnenergi – Ett enkelt problem?

Det har på grund av händelser i världen blivit en debatt om Kärnenergi (eller Kärnkraft som många kallar det) skall man bygga nya kraftverk eller rättare de skall byggas och det skall gå fort för att lösa energi krisen. Men är det så enkelt?

Fallet med Kärnenergi eller Fission är betydligt mer komplicerat än vad man kan tro. Debatten handlar mest om kraftverkan och inte alla steg före och efter. I tillägg måste man ta hänsyn till kompetens hos personal och byggtid.

Att bygga ett kärnkraftverk tar tid, från prospektering, byggande av infrastruktur och själva verket, så här kan fort byggtiden bli 10 år, och då är inte eventuella förseningar medräknade. Så med andra ord är det inte någon «quick fix». Det är möjligt att bygga mindre, Small Modular Reactors, men av dessa finns bara en (rysk) i drift när detta skrivs. Det finns designs och ofärdiga demonstrations exemplar, så det finns även här en osäkerhet angående tidsperspektivet. Så om man ser till det ligger den lösningen minst 10 år i framtiden. Här kommer det också ta tid att utbilda personal.

Men det finns andra aspekter som är viktiga att ta hänsyn till. Här ges några aspekter:

Utvinning av klyvbart material (bränsle), gruvdrift.

Anrikning av det klyvbara materialet.

Produktion av bränslestaver.

Drift av kraftverk.

Behandling av utbränt bränsle.

Upparbetning av utbränt bränsle.

Lagring av låg- och mellan-aktivt avfall.

Lagring av högaktivt avfall.

Det är egentligen mycket att säga om varje aspekt, så det blir ett inlägg för varje. Så håll ögonen öppna.

Kategorier
Fysik Kemi The light side

Mina Grundämnen – Fluor

Fluor är ett grundämne som finns i ganska mycket och som har en hel del miljömässiga problem. CFC-gaser och andra fluor baserade föreningar. Teflon känner de flesta till och finns i de flesta kök som non-stick i stekpannor och grytor.

Min erfarenhet av fluor har främst handlat om rengöring av glas, med fluorvätesyra (flussyra) som etsar glas men som också kan brukas för att få bort ytliga repor. I mitt fall fick vi en repa på Brewster-fönstret i vår argon-jon laser som behövde fixas. Så destillerat vatten, fluorvätesyra och optiskt papper användes för att fixa detta.

Den andra närkontakten med en Fluor-föringar (SF6) fick jag i England vid acceleratorn i Daresbury (Nuclear Structure Facility) under min postdoc då utrustning från denna skulle demonteras och packas för flytt till Jyväskylä. Acceleratorn, en van der Graff arbetar med höga spänningar varför man har SF6 som en skyddsgas för att hindra urladdningar. Detta är en tung gas, så om det blir ett läckage kommer den att ansamlas i lågt liggande fördjupningar som gropar eller dalar. Larmet gick och vi fick evakuera till skyddsvallarna runt anläggningen. En speciell upplevelse men den gången var det ett falsk larm.

Även om SF6 i sig är inert så kan man kvävas om den fastnar i lungorna på grund av sin tyngd. Tidigare har den dock brukats i små mängder för att få fram motsatsen till He-röst (hög frekvens) då man får en rejäl bas-röst. Men detta är för farligt så det party-tricket hoppas jag ingen gör längre.

Kategorier
Experiment Fysik Kemi The light side Uncategorized

Mina Grundämnen – Oxygen/syre

Oxygen/syre kan man kalla en av de lyckligaste grundämnena i Finland; happi! Men oxygen är oftast något man inte vill ha då det oxiderar metaller och annat. Oxygen är också en av orsakerna till massutdöenden på jorden. När organismer kunde utnyttja fotosyntesen så var oxygen en bi- eller avfallsprodukt som samtidigt råkade vara giftigt för många organismer som då dog ut.

Vi tänker inte på det men oxygen är giftigt för oss så koncentrationer över 30% är toxiska. Normalt innehåller atmosfären runt 21% så vanlig luft är livsviktig och inte toxisk. Det kan vara värt att notera att under Perm (250-300 miljoner år sedan) var oxygen koncentrationen närmare 30%, vilket gjorde att insekter med sina trakéer som fungerar genom diffusion kunde växa sig större än idag.

Även om man inte vill ha oxygen, så finns en del intressanta aspekter som man kan få med sig. Flytande oxygen är paramagnetiskt så det är möjligt att fånga flytande oxygen mellan två magnetiska poler [https://www.youtube.com/watch?v=Lt4P6ctf06Q ] problemet är att få fram flytande oxygen(kokpunkt 90K). I videon brukas en gastub och rör i flytande nitrogen (kokpunkt 77K) men man kan även låta flytande nitrogen förångas i en öppen termos, man får då en svagt blå vätska när det mesta förångats, detta är oxygen som då kan brukas för försöket.

Man kan också stoppa ner stålull i vätskan, ta upp och sätta eld på den. På grund av oxygen innehållet kommer det bli en explosiv förbränning, tidigare kunde man hitta brännmärken både på bänkar och i tak där fysik-studenter gjort just detta.

Kategorier
Fusion Fysik Kärnenergi Uncategorized

Fusion “Breakthrough”?

Den 5 December skedde det som omtalades som ett genombrott inom fusion vid Lawrence Livermore National Laboratory’s National Ignition Facility (NIF), genom «inertial fusion». Påföljande presskonferens den 13 December förstärkte den bilden. Men frågan är om detta egentligen är ett steg på vägen?

Det som NIF är del av är ett simuleringsprogram för att testa om kärnvapen som lagrats fortfarande ger önskad(?) sprängverkan. Det rör sig alltså inte om ett projekt där målet är att uppnå fusion för energiproduktion. Fusion i detta fall är ett medel för att se om simuleringarna stämmer.

Det som framstår som en «breakeven», det vill säga att mer energi skapas än det som man tillför systemet, är också en sanning med modifikation. Det som hände var att 2.05 MJ i 192 UV-laserstrålar fokuserades i en liten kavitet (hohlraum) med en pellet gjord av deuterium och tritium. I kaviteten skapades röntgenstrålar som tryckte ihop pelleten så att man fick igång en självgående fusion under någon miljarddels sekund. Här omvandlades ca delar av bränslet till He, neutroner och energi, totalt frigjordes 3.15 MJ. På det sättet är det en framgång, men hur för detta oss närmare kommersiell Fusionsenergi?

Det första man måste tänka på att man räknar med energin in i systemet (2.05 MJ) men det krävs nästan 300 MJ in i lasrar och andra delar för att få till detta. Det gör alltså att man måste öka effektiviteten 100 gånger innan man uppnått «grid-breakeven», dvs total energi in kontra det man kan ta ut.

Även om man räknar snällt med detta så kommer det inte vara möjligt att ta ut all energi som skapas, utan det kommer finnas förluster innan man kan få ut brukbar energi i form av elektricitet eller värme. Här kan verkningsgraden bli mindre än 50% (snällt räknat då <10% är troligare). Den teknologin är inte fullt utvecklad än och där har mycket arbete gjords vi JET och ITER där man vill skapa fusion med «magnetic confinement». Detta finns inte vid NIF, vilket förklaras av syftet att upprätthålla USAs kärnvapenarsenal.

Nästa är att lasrarna som man använder inte kan avfyras oftare än 1-2 gånger i veckan. För energiproduktion måste man troligen göra detta flera gånger per sekund. Vilket är ett mycket stort stag att ta. Som det är nu måste lasrarna och den optiska utrustning justeras om efter varje «skott» i tillägg till att optiken kan skadas vid varje «skott» och måste då bytas ut.

Kaviteten (hohlraum) som brukas måste göras med mycket hög precision då fel i storleken av en bakterie kan göra att det inte går att få till fusion. Varje av dessa kostar fler hundratusen dollar och flera månader på att utvecklas och konstrueras.

Så var det ett genombrott? För fusionsforskningen, ja. För energiproduktion med fusion, nej. Man har fått större förståelse för processerna men det är knappast ett steg mot energiproduktion, det är för många och stora problem som måste lösas först. Det stora genombrottet behövs inom «magnetic confinement» där man skall kunna ha en gående fusion över tid istället för under korta ögonblick. Så den tidskonstant som var aktuell när jag läste fysik på 1980-talet är troligen fortfarande sann; Om 30 år har vi kommersiell fusionsenergi. Det dröjer fortfarande 30 år….

Kategorier
Fysik Historia

I Principia eller inte…

Newton’s Principia är en av de mest banbrytande vetenskapliga arbeten som någonsin skrivits. Samtidigt är den av naturliga skäl en av de minst lästa av nutida fysiker och matematiker. Detta beror till stora delar på att den är ganska svår, inte bara för språket, den är skriven på latin, men också för att nomenklaturen är svår och till stora delar baserad på geometri på ett gammalt sätt. Att den första engelska översättningen, av Andrew Motte, i tillägg är otydlig och svårtolkad hjälper inte. Det finns en nyöversättning, av Anne Whitaker och Bernard I Cohen, som är lättare att läsa men fortfarande ganska svår för moderna människor. Detta och att matematiken ändrats sedan Newton’s tid bidrar till att få läst den. Samtidigt gör detta att en del referenser till Principia blir fel.

Principia består av tre «böcker» med olika innehåll. De två första innehåller den nya matematiken och Newton’s lagar och är riktade till en akademisk målgrupp. Den tredje boken, «The system of the world» är annorlunda. Den är mer populär och innehåller mer tillämpningar och exempel. Men här dyker det upp något intressant.

Motte’s översättning från 1729, innehåller de tre böckerna, men i tillägg även något som ser ut som en tidigare eller alternativ verson av den tredje boken. Här presenterad som «Treatise of the system of the world». Det vill säga den är egentligen inte en del av Principia, utan ett tillägg i den engelska översättningen.

I the treatise.. beräknar Newton den gravitionella avböjningen hos en pendel vid sidan av ett hemisfäriskt berg, vilken skulle vara mindre än 2 bågminuter, något Newton inte trodde skulle vara möjligt att observera. Men det var det och redan på 1770- talet genomfördes Schiehallion experimentet, av bland annat Nevin Maskelyne, där avböjningen observerades. Det som är intressant är att Maskelyne refererar till Principia och inte till The treatise… Denna «felcitering» har sedan följt med i beskrivningar fram till idag.

Hur gick det till? Maskelyne kunde Latin och borde haft tillgång till Principia i original. Men han kanske använde Motte’s översättning till vardags och tänkte kanske inte på att det inte fanns den latinska versionen. Svaret på detta får vi troligen aldrig, men en läxa av detta är att alltid gå och läs i original artikeln, lita inte på vad andra säger deg är inte säkert att de har läst den heller.

Kategorier
Fysik Kemi The light side Uncategorized

Mina Grundämnen – Nitrogen

Nitrogen, främst i sin flytande form är den form som jag använt mest. Då den har en temperatur på 77 K så fungerar den bra som hjälpmedel för sorption i vacuum system. Under min tid i Göteborg hämtade jag ofta nitrogen i en 25 liters dewar. Påfyllningen gjordes i ett rum där man satte i påfyllningsröret, satte på påfyllningen och gick ut. Genom fönstren där kunde man då se hur dimma bildades när notrogenen kokade bort innan vätska fylldes och när man såg att det sprutade över gick man i och stängde av.

Vi hade en del party trick med flytande nitrogen, man kunde låta det rinna över händerna, Leidenfrost effekten skyddade, kyla ner olika föremål eller «dricka» det. Återigen så skyddar Leidenfrost men man kan inte ha mycket i munnen eller låta det komma nära tänder. En ryss brukade svälja lite för att sedan komma med ett gigantiskt rap. När man kyler ner med nitrogen, händer det en hel del roliga effekter: Blommor blir skära som glas.

Strunt är strunt och snus är snus om än i gyllne dosor.
Mer rosor i ett krus är ändock alltid rosor.

Men i Nitrogen blir det:

Strunt är strunt och snus är snus om än i gyllne dosor.
Mer rosor i ett nitrogen krus blir spruckna rosor.

En klocka i bly klingar nedkyld som en fin mässingsklocka. Men ett radergummi (viskelär) kan explodera spontant på grund av spänningar i materialet när den kyls ner.

Maskinen som kan får fram flytande nitrogen med är i princip en Stirling-motor som körs baklängs, dvs det är möjligt att bygga om en sådan till en motor, något en kollega ville prova med en rysk maskin som stod i Jyväskylä. Det intressanta med den var att det var en exakt kopia av en väst-maskin. Till och med Made in och serienumret var kopierat.

Så nitrogen är ett grundämne som förutom att finns runt oss även ett som jag har jobbat med..

Kategorier
Föreläsningar Lärande Undervisning

Teaching into a void – Zoom undervisning

I motsats som många tror så är inte en föreläsning en en-vägskommunikation. Eller rättare sagt i de flesta fall. De föreläsare som står vända mot tavlan hela tiden eller läser direkt ur sin anteckningar utan att se upp är det inte många kvar av. Som föreläsare har du alltid möjlighet att läsa av dina åhörare genom deras ansiktsuttryck eller kroppsspråk, även ljudnivån från åhörarna spelar roll. Man kan se om man behöver justera presentationen, minska tempot, repetera någon och så vidare.

Men med övergången till digital undervising (Emergency Remote Teaching ERT) på grund av pandemin ändrades detta fullständigt. De «föreläsningar» som nu skulle göras digitalt erbjuder inte detta form av kommunikation på ett enkelt sätt. Om man har inställningen att en föreläsning endast är en «överföring» av kunskap och därför en-vägs kommunikation så uppfattas inte detta som ett problem. Men låt oss titta på vilka tänkbara effekter detta kan få.

Zoom-föreläsning

Vi tänker oss den enklaste formen av föreläsning, med en presentation på Zoom, där föreläsaren kan skriva i presentationen. Så långt är skillnaden inte så stor från en normal föreläsning. Men föreläsaren kan inte se (eller höra) studenterna. Föreläsaren har då ingen möjlighet att läsa av sina åhörare och kan då inte anpassa sig på samma sätt som under en föreläsning i sal. Studenterna kan ha på kamerorna så att föreläsaren med rätt hjälpmedel kan se en mosaik av ansikten och ev. läsa kommentarer i chatten. Men ofta så är det svarta block som möter föreläsaren i stället för ansikten, då studenter förståeligt nog inte vill visas. Men man måste då tänka på att även det kan påverka föreläsaren negativt. Har du bara en massa svarta fyrkanter kommer detta naturligtvis minska motivationen.

Att detta inte påverkar föreläsarens insats borde vara klar och det kräver extremt mycket att kunna hålla motivationen uppe i tillägg till att det är mentalt utmattande att genomföra sådana sessioner. Jag har själv gjort det flera gånger (pre-corona) och det är som att springa ett maraton mentalt.
Men nu påverkar detta även studenterna som inte kommer få den undervisning de borde, ämnesmässigt kanske innehållet är lika men en föreläsare som inte är på «topp» påverkar även studenternas lärande negativt.

Hybrid-föreläsning

En lösning skulle kunna vara så kallade hybrid föreläsningar där man sätter upp en kamera som filmar en föreläsning med några deltagare fysiskt närvarande. Men även detta bjuder på problem. Det är ännu mindre sannolikt att de som sitter hemma kan ställa frågor, detta under förutsättning att föreläaseren inte har en medhjälpare som kontrollerar chat och styr kameran. Men här kommer föreläsarens fokus helt ligga på de som är i salen och detta skapar ett «socialt utanförskap» för de som är med via dator.

Är föreläsningar nödvändiga?

Den fråga man kanske borde ställa sig först är om föreläsningar i den form som ges i salar verkligen är nödvändiga att genomföra digitalt? Vi har sett på några negativa aspekter ovan och det finns flera. Men det löser inget. Här kan man ta lärdom av de metoder som utvecklats inom «Digital Education» och distansundervisning som funnits i flera årtionden.

Här finns det möjligheter att bryta med det som är gällande praxis och istället se möjligheter förutsättningslöst. En lösning är att inte ha «vanliga» föreläsningar utan diskussioner baserade på «flipped classroom» principen, man spelar eventuellt in en video i förväg där man går igenom teori eller visar något. «Föreläsningen» på zoom skall då istället ta upp frågor och aspekter av innehållet i videon. Här är det viktigt att få studenterna att förstå varför man gör så. Frågor är alltid svåra att få från studenter, men här kan man ha en icke-räknade quiz som skall besvaras innan föreläsningen. (man bör dock ge poäng för att man gör den men inte resultatet), svaren i quizen kan då bilda grund för diskussionen och eventuella fördjupningar och förtydliganden. Här kan man då få mer aktiva studenter och i tillägg en substitution till det «sociala trycket» att gå på föreläsning och därmed en rutin i vardagen som är så viktig under tider av kris.

Detta innebär dock mer arbete för föreläsaren, men till skillnad från de andra inspelningarna kan materialet användas på nytt och även bidra till att reformera undervisningen när pandemin är över.

Även om detta låter enkelt är detta en ändring i paradigmet och som sådan mycket svår att få till…

Kategorier
Uncategorized

The Star of Bethlehem

Christmas is approaching and so is a rare planet conjunction, this time Jupiter and Saturn. This has caused a number of media outlets to proclaim that a similar conjunction was the origin to the story of the Star of Bethlehem, that you can read about in the gospel of Matthew.

There exists a number of explanations to this myth, a supernova, a comet or a conjunction. We can exclude a supernova as none was recorded by that time by Chinese astronomers. A comet was an ill omen and can thus be excluded. Conjunctions are plausible but have some disadvantages.

It should be noted that it is only Matthew that mentions the star and considering that it was written after70 BC it is quite possible that the story is distorted from what actually happened and written more in a then present-day context. That is, to give legitimacy to the claim, fulfilling prophecy.

But the story of the star is interesting in it self. with some interesting features of the star:

  1. It signified a birth
  2. It signified kingship
  3. It was related to the Jewish nation
  4. It rose «in the East»
  5. King Herod had not been aware of it
  6. It appeared at an exact time
  7. It endured over time

First of all, the wise men or Magi, travelled from Mesopotamia thus they must have either seen it or expecting it to happen. The travel would have taken some time, so it might still be a conjunction. But rising in the east does not mean that that it could be related to the Jewish nation. Thus we need more information.

The solution of the problem can come from social influence in the Roman empire. The society was superstitious and Rome was more or less based on it. That means the the story in Matthew could be aim at that. That is, using a argument based in astrology to convince people.

In order to examine this further we can look at the features. Since Astrology is forbidden in mosaic religion, Herod, despite his roman education, should not have had any knowledge of the inner workings of astrology.

Astrology at that time opens up for a birth of a king, and different signs in the zodiac can be attributed to different nations. In the case of the Jewish nation this would be Aries. The Birth of a King could be that Jupiter and Saturn rises before the sun and that the moon does the same and this when the sun is in Aries. If both Mars and Mercury rises after the sun even better. An occultation of Jupiter by the moon would be a bonus. But this actually happened in the possible time period 6 BC in april on the 17th.

The royal planet Jupiter also performs a retrograde motion in Aries that year also something that seems to be according to the gospel.

Considering this I am more convinced that the Star of Bethlehem had an astrological explanation rather that a planet conjunction in 7 BC involving Jupiter and Saturn. But I guess we will never know the answer.

Kategorier
Fysik Historia Kemi The light side

Mina Grundämnen – Kol

Kol är ett grundämne som är mycket speciellt. Ser man astrofysiskt så borde egentligen inte Kol finnas. Eller rättare sagt, det är en mycket speciell egenskap som gjort att liv och tyngre grundämnen överhuvudtaget kan existera. Fusion i stjärnor ger i princip bara He-4, men Be-8 som man får när två He-4 kolliderar är inte partikelstabil, vilket betyder att den har en livstid på under 10^{-16} s det vill säga under den tiden måste en He-4 kollidera med Be-8 för att bilda ett exciterat tillstånd av C-12. Detta är mycket osannolikt, men nu finns en liten detalj till som hade kunnat ge en ännu mindre sannolikhet, dvs energinivåer i C-12. Det finns ett energitillstånd i C-12 som ger en ökad sannolikhet för reaktionen, hade energin varit annorlunda hade inte sannolikheten varit mycket mindre och hade inte kunnat ske. Så om det inte vore för det.. inget kol och inget liv..

Men det speciella med kol tar inte slut där. I sitt yttre skal finns 2s- och 2p-elektroner och det ger några mycket speciella egenskaper. p-elektronerna kan bilda 3 olika orbitaler och vi kan även få en hybridisering där s-elektronerna kommer till. Summan av det hela är att kol kan ha upptill 4 olika bindningar, se metan CH4. Men bindningarna kan variera så vi kan ha 1,2,3 st, vi kan ha dubbelbindningar och trippelbindningar. Något som gör att det kan binda med andra grundämnen på ett mycket varierat sätt, det vi kallar organisk kemi. Detta är grunden för liv.

Men vi får en annan egenskap och det har med kristallstrukturen att göra. Vi har två kristall strukturer som förekommer i naturen, Grafit och Diamant.

Grafit består av en hexagonal struktur med relativt starka bindningar i ett plan och svagare bindningar mellan planen. Planen bilder grafen, ett material med speciella egenskaper. Men planen kan också rullas ihop till rör eller till «fotbollar». Under mina studier så var det en forskargrupp (nabogruppen) som sysslade med beräkningar på just detta så vi fick hela tiden information om vad som hände i forskningsfronten. Så C-60 och C-70 var på den tiden «hett». Jag sysslade inte själv med det men det fanns diskussioner om hur man kunde göra olika experiment.

Diamant ligger mig varmare om hjärtat. I min utbildning ingick Fasta tillståndets fysik, där examinationen var en hemexamen där frågor skulle besvaras för ett grundämne som lottades ut bland studenterna, där jag fick kol, och valet var mellan Grafit och Diamant.

Diamant är en speciellt material, det är metastabilt, dvs diamanter förstörs sakta, det är i ren form en halvledare, men leder värme bättre än de flesta material. Det är transparent, extremt hårt och har ett högt brytningsindex.

Diamant förekommer naturligt och då ofta med olika föroreningar som ger de olika färgnyanser.

Rent fysiskt har diamant speciella egenskaper som gjorde svårt att att hitta data för min hemexamen, jag hade mer än 3 olika typer att förhålla mig till och att det antingen fanns mycket data eller inget alls. Så jag har ett intressant förhållande till kol och diamanter..

Kategorier
Föreläsningar Lärande Undervisning Video

Hur att se inspelade föreläsningar.

I samband med COVID-19 pandemin ställdes skolor och universitet inför faktum att normal undervisning inte kunde genomföras på grund av hälsomässiga orsaker. Detta gjorde att nästan över en natt måste alla kurser ges «online» eller digitalt. Detta gjordes av ren nödvändighet och det fanns inte tid till eftertanke. Detta är något jag skrev om i ett tidigare inlägg (https://www.ntnu.no/blogger/fysikkforfakirer/wp-admin/post.php?post=146).

Men frågan är hur detta påverkat brukarna (elever och studenter)?

Man måste komma ihåg att flytta undervisningen «online» kan öka flexibiliteten hos undervisning och lärande både med avseende på plats och tidpunkt. Men detta kräver dock att man planerar och lägger upp material som verkligen gynnar lärande. Detta gör att materialet måste vara anpassat till den digitala studiemiljön. I många fall måste denna byggas upp och i tillägg måste brukarna kunna anpassa sig till denna.

Baserat på erfarenheter och forskning handlar mycket om att skapa en läringsgemenskap och ger stöd inte bara genom instruktioner utan genom ett medägarskap och socialt stöd. I en digital miljö är det lätt att bli ensam och då utan det nätverk/stöd som finns för ordinär campus undervisning, socialt, både formellt och informelt.

Föreläsningar

Låt oss titta på en föreläsning i ett auditorium. På ytan kan det se ut som en envägskommunikation, en föreläsare som pratar vid tavlan och följer ett manus. Men ser vi närmare så pågår en kommunikation ständigt mellan åhörarna och föreläsaren. Åhörarnas kroppsspråk och minspel avslöjar mycket som en erfaren föreläsare känner av och anpassar sig till. Vi har en icke-verbal kommunikation som också påverkas av ljudnivån av åhörarnas inbördes kommunikation. Men även här har vi en aktiv kommunikation där frågor och svar utväxlas mellan åhörarna. Så motsatt vad en del tror så är det en omfattande kommunikation som föregår inom föreläsningens studiemiljö.

Anteckningar tas, för förhoppningsvis inte verbatim, utan bearbetas av den enskild åhöraren.

Om vi nu tittar på en inspelad föreläsning dvs när man satt en kamera i auditoriet under en vanlig föreläsning, vad kan vi se är annorlunda för tittaren av inspelningen?

För det första, tittaren har ingen kontakt med föreläsaren och deltar heller inte i den icke-verbala kommunikationen som sker i auditoriet. Detta kan vara frustrerande och det på en undermedveten nivå. Referenser som föreläsaren har kan hamna utanför bild vilket gör att tittaren missar information.

Den andra skillnaden är att om tittaren är ensam har hen ingen att fråga och diskutera med. Det är möjligt att pausa eller spola tillbaka men det är fortfarande tittaren som skall förstå utan att få en annan synvinkel eller förklaring på frågeställningen.

För det tredje, det är lätt att när man tittar ensam att de anteckningar man gör blir sämre eller att man inte skriver något överhuvudtaget. Man lutar sig tillbaka och kan uppleva en «illusion of mastery». Det verkar så lätt att man inte anstränger sig. Man kan också frestas att spela av föreläsningen med högre hastighet. Redan vid 1.4x missar man ord och hjärnan måste jobba extra för att ta emot och sortera informationen, den kognitiva belastningen blir så stor att läringseffekten blir liten.

Så det är inte bara att lägga ut en föreläsningsvideo och hoppas på det bästa. Man bör visa brukarna att man missar information i en inspelad föreläsning och att den sociala studiemiljön med sina fördelar och krav saknas.

En sak som bör påpekas är att om möjligt skall man se en föreläsningsvideo i grupp så att man kan pausa och diskutera svåra partier i videon. Man skapar med detta en studiemiljö där man kan kommunicera med någon och hjälpa varandra. Bestämmer man att träffas skapas också ett socialt tryck att se videon utan prokrastinering, vilket också är positivt. Med tanke på att föreläsningar vid en bestämt tidpunkt också fungerar som en skapande av rutiner i tillägg till det sociala trycket att delta, så kan det att man träffas vid en bestämd tidpunkt ersätta detta tryck till viss del.

Man antar att det är nog med att lägga ut en video, men man bör också ge råd om hur man skall se på den för bästa effekt. Man tror kanske att det sätt man gör är det optimala men den som är lättast att lura är dig själv.

The first principle is that you must not fool yourself and you are the easiest person to fool. - Richard P. Feynman