Livet, Universum, Fysik, Undervisning, Lärande och allting annat..

jonaspe

Mina Grundämnen – Kol

av 18. august 2020 i Fysik, Historia, Kemi, The light side med Ingen kommentarer

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..

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

Flervalsfrågor och hemexamen

I dessa tider när examina inte ges i salar utan har gett som hemexamen har det dykt upp en debatt om fusk. Här har många blivit förvånade över att det förkommit samarbete mellan studenter och kallar hemexamen en katastrof eller något sådant. Men låt oss titta närmare på problematiken.

Jag har flera gånger haft kurser där examinationen varit en hemexamen. Men den examen har då varit designad till att vara en hemexamen och där jag räknat med att studenter har samarbetat. Med andra ord jag har designat examen på så sätt att det blir svårare att samarbeta.

Det första är att låta examen vara över längre tid minst 6 timmar och i vissa fall 24 timmar, allt efter kursens innehåll. Alla uppgifter skall besvaras genom långa svar (fritext) med motiveringar. Dessa kan vara korta men det är mycket svårt att kopiera korta svar utan att det upptäcks. Även skillnader i numeriska värden i uppgifterna är ett enkelt sätt, detta kräver dock att man har en algoritm som gör det enkelt att få fram svaren. Ofta så ingår även en mer öppen uppgift där studenterna själva skall anta ett visst värde, sannolikheten för att två skall välja exakt samma är liten. Just öppna uppgifter där man ligger på en högre nivå i Bloom’s taxonomi är mycket lämpliga i en hemexamen. Detta kräver dock mer arbete när man rättar men ger en bättre bild av vad studenten kan än andra uppgifter.

Det som dock är förbjudet i en hemexamen är flervalsfrågor. Detta av flera skäl. 1. man testar på en låg nivå i Bloom’s taxonomi. 2. Det är omöjligt att se hur studenten tänker. 3. Det går inte att se om det förekommit samarbete eller direkt kopiering.
Om man framhärdar i att behålla flervalsfrågor och försöker hindra samarbete så får det andra effekter.

Man ökar antalet frågor så att studenter inte hinner samarbeta => om studenterna inte hinner med ger man ett incitament till att samarbeta. Något som är kontraproduktivt.

Man ökar svårighetsgraden för att hindra samarbete=>om studenterna måste jobba mer och inte hinner med ger man ett incitament till att samarbeta.

Frågor och svarsalternativ blandas om=> detta genomskådas lätt och hindrar inte samarbete. Dock kommer en variation i ordningen av svarsalternativ göra att det tar längre tid att lästa uppgiften.

Flervalsfrågor är därför ett dåligt alternativ på hemexamen och borde inte få förekomma. Det är bättre att låta studenterna bara ge ett kort svar.

Men om vi undantar samarbete från diskussionen, kan flervalsfrågor (med hjälpmedel) påverka resultaten? Svaret är ja. Flervalsfrågor ger automatiskt fler godkända än frisvar genom att man kan gissa, dvs gränsen för godkänt sänks i praktiken, samtidigt som högre betyg påverkas mycket lite. Detta blir relativt oberoende på svårighetsgraden. Men här är det viktigt att veta att studenterna har tillgång till alla hjälpmedel, också gamla examina som om man inte är mycket noggrann vid examenskonstruktionen kommer vara till stor hjälp.

Väljer man att bara ha godkänd/icke godkänd kommer många att göra så mycket som de tror de behöver och troligen inte mer, så poängfördelningen kommer inte att kunna ge speciellt mycket information heller.

Så var ligger problemet? I alla fall inte enbart hos studenterna.

«Emergency Remote Teaching» och «Online Learning»

av 14. april 2020 i Uncategorized med Ingen kommentarer

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.

Att flytta undervisningen «online» kan öka flexibilitetet hos undervisning och lärande både med avseende på plats och tidpunkt. Men den hastighet i förändringen är helt unik. Det har funnit support för de undervisare som önskat att inför mer digitalisering i sina kurser men det är rört sig om ett fåtal och med ordentligt med tid för förberedelser. Något som inte varit fallet nu utan undervisare har kastats in i en situation där man måste vara till hälften undervisare, hälften IT-tekniker och hälften MacGyver, detta ger upphov till smarta lösningar för vissa men samtidigt en otroligt stressande situation.

Hur den rådande situationen kommer att påverka studenter och undervisare på längre sikt är oklart och det kommer troligen ta år innan vi vet hur detta påverkade studenter. För undervisare är situationen en annan, här ser vi möjligheten till en ökad positiv hållning till digitaliseringen, men samtidigt en risk att redan negativa hållningar förstärks.

Det som ligger till grund för detta är frestelsen att jämför ordinär undervisning med «online» undervisningen under rådande omständigheter. Detta är olyckligt av flera orsaker, bland annat genom polititisering. Det har blivit ett uttalat politiskt mål att undervisningen skall digitaliseras, samtidigt som detta kan brukas på olika sätt och motiveras av olika grunder.

Online undervisning anses av många som varande av lägre kvalitet än ordinär undervisning, trots att detta inte har stöd i forskningen. Och en snabb oförberedd övergång till online kan befästa detta. Men en sådan jämförelse är djupt orättvis då en övergång till online undervisning aldrig gjorts på detta sätt förut och utan att kunna förbereda och utnyttja alla möjligheter på ett optimalt sätt.

Det vi har nu är en ny situation och vi kan egentligen inte använda de benämningar som finns inom Undervisningsteknologin (educational technology) som tagit fram: «distance learning»,»distributed learning», «blended learning», «online learning», «mobile learning» och så vidare. Den förståelse av skillnaderna mellan dessa har egentligen inte nått utanför en begränsad krets av forskare och pedagogiska utvecklare. Så för att kunna föra utvecklingen vidare behöver man hitta en benämning för det som sker nu och som kan användas för att skillja den från andra.

Debatter på sociala medier har gett en passande benämning: emergency remote teaching. (ERT)

Även om man kan se detta som hårklyverier så behövs denna för att kunna skilja det som sker nu från hög-kvalitativ online lärande. Här lägger man emfas på att det rör sig om undervisning och lärande. Då det som sker nu är baserat på att undervisaren ändrar undervisningen i form av hur den levereras.

Online utbildning är något som studerats i flera årtionden och har gett ett system för hur den skall genomföras. Vi vet att den mest effektiva online lärandet kommer genom en noggrann instruktionsdesign och planering genom bruk av en systematisk modell för design och utveckling [ Robert M. Branch and Tonia A. Dousay, «Survey of Instructional Design Models,» Association for Educational Communications and Technology (AECT), 2015. ] Det är detta som ger goda resultat och som saknas i dessa snabba förändringar.

En sammanfattning av dessa kan man hitta i Learning Online: What Research Tells Us about Whether, When and How [ Barbara Means, Marianne Bakia, and Robert Murphy, Learning Online: What Research Tells Us about Whether, When and How (New York: Routledge, 2014). ]  

De som byggt upp online utbildning tidigare kan intyga att effektiv online läring handlar mycket om att skapa en läringsgemenskap och ger stöd inte bara genom instruktioner utan genom ett medägarskap och socialt stöd. Detta kan jämföras med det nätverk/stöd som finns för ordinär campus undervisning, socialt, formellt och informelt. Det handlar om att skapa ett lärande eko-system online som tar tid att identifiera och bygga. Så jämfört med vanlig undervisning så kan det se lätt ut att lägga det online, med det är ingen robust online läring då det omgivande ekosystemet inte finns.

Ser man till tiden det tar att utveckla (planering, förberedelser och utveckling) en online kurs så tar det mellan 6 och 12 månader innan kursen ges, och det tar 2 eller 3 itarationer innan man optimerat kursen. Det är omöjligt att göra detta på några dagar, även om det finns support.

Så fakta är mycket av det som erbjuds nu inte är optimerat. Samtidigt som man måste inse att alla gör det bästa de kan i rådande situation.
Men vi måste göra distiktionen att detta inte är den normala effektiva online utbildning som vi ägna oss åt utan att det är «emergency remote teaching» (ERT) och ingeting annat.

Den snabba insatsen med ERT kan ge en minskning i kvalitén på kurserna som ges. Detta speciellt när man jämför med tiden det tar att utveckla en (online) kurs. Den direkta motsägelsen att få detta gjort och den tid det tar att göra detta optimalt är något vi måste acceptera . Men det får inte misstas för en permanent lösning utan måste accepteras som en «nödinsats».

Detta gäller framför allt tillgången och kvalitén till läringsresurser, men även universell utformning av dessa. Universell utformning av läringsresurser skall fokusera på designen av läringsmiljön så att den är flexibel, inkluderande och student centrerad, så att alla studenter kan få tillgång till och lära sig från kursmaterialet, aktiviteter och uppgifter.

Evaluering av Emergency Remote Teaching

För att vi skall kunna dra ordentliga slutsatser om effekterna av situationen är det viktigt att det sker en evaluering. Men frågan bli vad är det som skall evalueras, eller vad är det som inte skall evalueras. Här måste vi vara på det klara att en direkt jämförelse mellan ordinarie undervisning med en online version inte är meningsfull. Denna typ av medie-jämförelser ger egentligen inget av värde.

För det första så är mediet endast ett sätt att presentera information, och inget medium är automatiskt bättre eller sämre på detta. För det andra så måste vi förstå hur personer använder olika medium för att kunna designa studier på ett effektivt sätt. Slutgiltigheten så finns det för många andra variabler som gör att det är svårt att få en större validitet i studierna.

Man bör då titta på andra typer av evaluering. Utfallet av distans undervisning beror på hur man definierar en succé. Här är det utfallet alltså hur mycket studenterna har lärt sig som är viktigt. Det handlar för universiteten om hur väl studenterna uppnått den kunskap och färdigheter som önskas och då i förhållande till kursplanerna. För studenterna är även detta viktigt, men här kommer även det de uppfattar som möjligheter till att lära sig så bra som möjligt in. Här kommer även attityderna till online undervisning att påverka hur man uppfattar det som menas med succé.

För distans-undervisning så har vi en helt annan tidsskala att arbeta med där man kan se effekter av hela utbildningar(kurser), medan i den rådande situationen har vi bara delar av kurser. Detta gör att vilka resultat vi får nu inte säger speciellt mycket om vare sig online-undervisning eller design av online kurser.

Detta gör att de rekommendationer som finns för väl-designade distans eller online undervisning inte kan brukas direkt. Detta medför att vi måste göra evalueringar som spänner över större frågeställningar.

När det gäller ERT så bör evalueringen vara med fokuserad på kontexten, input och processen än på själva lärandet. Detta betyder inte att man inte skall evaluera lärandet utan det är viktigare att titta på övergången. Detta kan man se genom att många kurser har gått från bokstavsbetyg till godkänd/icke godkänd.

De frågor som bör besvaras är till exempel:

  • Fanns det nödvändiga interna och externa resurser för en övergång till digital undervisning? Vilka aspekter var viktiga för en effektiv övergång? (Kontext)
  • Hur påverkade universitetets information till studenter och personal den upplevda lyhördheten för övergången till ERT?(kontext)
  • Var teknikinfrastrukturen tillräcklig för att hantera behoven?(input)
  • Hade campus support tillräcklig kapacitet för att hantera ERT-behoven?(input)
  • Var den pågående pedagogiska utvecklingen tillräcklig för att möjliggöra ERT? Hur kan vi förbättra möjligheterna för akuta och flexibla inlärningskrav relaterade till alternativa metoder för undervisning och lärande?(input)
  • Vad kämpade fakulteten, studenter, supportpersonal och administratörer mest med under ERT? Hur kan vi anpassa våra processer för att svara på sådana utmaningar i framtiden? (process)
  • Hur kan feedback från elever, fakultet och campus supportteam brukas för eventuellt framtida ERT-behov?

När det gäller kursutvärderingar är det viktigt att ta hänsyn till den speciella situationen och fokusera mer på processer än innehåll och undervisaren.

Situationer som vi hamnat i är speciell och förhoppningsvis snart bara ett obehagligt minne. Men det är viktigt att ta lärdom av detta och fundera mer på hur vi undervisar och hur vi skapar det sociala nät som omger både ordinär campus-undervisning och distans-undervisning. Det är viktigt att det är mycket mer än bara föreläsningar och övningar utan en avancerad social struktur som skall läggas online och detta är inte lätt.

Mina grundämnen – Bor

av 1. februar 2020 i Fysik, Kemi, The light side med Ingen kommentarer

Bor är liksom Be ett grundämne som inte skapas genom fusion i stjärnor, utan genom fotofisson och spallation. Det är essentiellt för växter och något vi använder bland annat i olika typer av glas.

För min del har jag erfarenhet av bor i form av bornitrid (BN). En material med intressanta egenskaper, där kombinationen av att vara islator samtidigt sm det leder värme bra gjort att man kan tillverka ugnar för att få atomstrålar. Enkelt uttryckt en burk med ett litet hål som man värmer upp med en wolfram eller tantal tråd snurrad runt. Man kan dock även skapa andra designer beroende på applikationen. För min del vad det olika försök med atomstrålar av Ba, Ca och Mg, med mål att skapa en ugn för Be. (Se inlägg om Be)

Mer än så är det inte att säga.

Mina Grundämnen – Beryllium

Beryllium är ett av de grundämnen som inte borde finnas, den stabila isotopen Be-9 kan inte bildas genom fusion och Be-8 skulle bestå av två alfa, vilket inte är en partikel-stabil isotop, kan inte bildas. Beryllium kan vi dock få genom att tyngre kärnor genomgår fotodissociation.

Men samtidigt är det bra då beryllium är mycket giftigt för oss. Men samtidigt har det en rad mycket bra egenskaper, lätt, starkt och leder värme mycket bra, vilket gör att det används inom rymdindustrin (med ordentliga säkerhetsföreskrifter). Men vi kan hitta beryllium i ex. golfklubbor (beryllium-brons) vilket gör att en golfklubba kan innehålla tillräckligt mycket för att ta livet av en mellanstor stad.

Det är inte bara beryllium utan även berylliumoxid har bra värmeledningsegenskaper, samtidigt som det är en isolator. Detta gjode att BeO användes som isolationsplattor för högeffek-transistorer i ex. gas-lasrar. Man kunde också hitta BeO i laserrör hos vissa tillverkare. Numera är wolfram det som är vanligast även om BeO förkommer.

Beryllium har i tillägg en intressant position i periodesystemet som gör det intressant får beräkningar av atomstrukturen. Men samtidigt är det en metall med hög smältpunkt varför det saknades experimentella data under 1980-talet. Det var vid den tiden jag började titta på möjligheten att få en atomstråle av Be med en population av meta-stabila (långlivade tillstånd) som har låg sannolikhet att deexiteras till grundtillståndet. Test av andra metaller med hög smältpunkt visade att det var möjligt att få en stråle. Populationen kunde ökas genom en urladdning i strålen. Så i princip var det möjligt. Problemet som kvarstod var att få till en laser i ultraviolett. Detta var ett problem som då inte var löst, det är det idag, så lösningen var att exitera med pulsade lasrar och använda rf för att studera tillstånden.

Planen var att använda en smalfrekvent kontinuerlig laser och använda den som oscillator (seed) i en pulsad förstärkare. Vi hade tillgång till pulsade lasrar som kunde pumpa förstärkaren, men var tvungna att se om det skulle gå att få till. En gammal blixlamps pumpad färgämneslaser användes för ett första test. Vi såg en liten förstärkning i en uppställning som var långt i från optimal, så det såg ut att vara möjligt.

Vi designade en ny uppställning och skaffade uppgifter om kostnaden. Totalt ca350000 kr i den dagens penningvärde och skrev en ansökan till NFR (forskningsrådet) vilket var inom den angivna ramen. Problemet var att beloppet var stort och skulle behandlas av FRN istället, med de hade en undre gräns på 500000kr. Så ansökan som kom högt upp på rangeringen hamnade utanför på grund av beloppet.

Vad hände sedan? Grupp en förlorade några medlemmar och andra satsade på andra projekt, så det kom ingen uppföljning nästa år och projeket dog ut…

Så beryllium är lite speciellt för mig då jag har haft bruk för det samtidigt som det är en påminnelse av ett projekt som aldrig blev..

Mina Grundämnen – Lithium

av 11. november 2019 i Fysik, Kemi, The light side med Ingen kommentarer

Litium är ett grundämne som skapades vid Big Bang och som inte kan bildas genom fusions-processer i stjärnor. Detta delar litium med beryllium och bor. Men genom att tyngre atomkärnor kan splittras eller spalleras av högenergi gamma elller partiklar så har det skapats litium efter Big Bang. Detta förklarar även varför litium är relativt lite förkommande i universum.

Litium är en alkali-metall och som sådan reaktiv, men det är långt i från lika reaktivt som natrium eller rubidium. Men metallen som är ganska mjuk måste förvaras i olja för att inte oxideras. Problemet är att litium har en densitet som är hälften av vatten (den flyter i vatten) vilket gör att den även måste hållas under ytan även i olja.

Mina erfarenheter av litium är i samband med charge-exchange, dvs soom ett medel att tillföra elektroner till positiva joner, genom att låta dessa passera genom en litium-gas. Det vill säga en cell som håller ca 400 grader celsius. Detta var den metod som brukas när jag jobbade vid University of Birmingham. I samband med flytten av utrustning till finland från Daresbury acceleratorn så hade dessa testats för radioaktivitet (under bakgrundssgrålningen) så var ganska mycket kontaminerat med LiO och LiOH, som HMS där inte visste hur de skulle hantera. Dock öppnade HMS-ansvarig kemilabbet och försvann varvid jag och en kollega spolade av utrustningen med varmt vatten tills allt skölts bort. egentligen olagligt med det är preskriberat nu.

Det inträffade dock en incident i Finland, när det behödes fyllas på med litium. Cellen var fortfarande varm när litiumet las in. Varvid det började brinna i cellen. Det enklaste var att kyla och få bort oxygen så det var bara att ta flytande nitrogen och skvätta på medan vakuum kammaren gjordes klar och en fortfarande glödande cell sattes på och trycket sänktes snabbt när pumparna gick igång. Det var på ett sätt inte det bästa sättet, så jag konstruerade en kammare där cellen kunde stoppas ner i flytande nitrogen om detta hände igen. Vad jag vet behövde den aldrig brukas….

Mina grundämnen: Nihonium

av 15. september 2019 i Fysik, Kemi, The light side med Ingen kommentarer

Grundämne 113 som syntetiserades på RIKEN 2004. Det rapporterades först från Dubna, men det japanska ansågs ha dokumenterat det bättre.
Jag har själv inte jobbat med det, men var på RIKEN i Wako-shi i slutet av 1990-talet och kände många av de som jobbade på projektet som syntetiserade Nihonium. (som Morita-sama)

Det har dock en ganska kul koppling för mig. Jag bodde i en lägenhet inte långt från järnvägsstationen i Wako-shi och gick varje dag till RIKEN. I samband med 50 års jubileet till RIKEN i Wako-shi, markerade man det genom att skapa en «väg» från järnvägsstationen och döpte den till Nihonium street. ( https://itaintmagic.riken.jp/whats-up-with-us/nihonium-street/ ). Till stora delar samma väg som jag gick till RIKEN på.
Jag hittade en video på YouTube där en person går från stationen till RIKEN längs Nihonium street. Så jag kunde över 20 år efter jag bodde där uppleva vägen igen. Det har skett mycket, huset där jag bodde är borta men jag mindes många av de hus, grönområden och broar som syns i videon ( https://www.youtube.com/watch?v=PYTZZ0E4jF8&vl=en-US ). Från det jag minns så startade min väg 4 minuter in i videon.

Så på det sättet kan jag säga att nihonium är ett av mina grundämnen.

Mina Grundämnen – Helium

Helium är det näst vanligaste grundämnet i universum. Trots det är det inte så vanligt på jorden, utan kan klassas som utrotningshotat (se: https://www.ntnu.no/blogger/fysikkforfakirer/2018/02/02/utrotningshotade-grundamnen/ ). Men detta beror främst på svårigheter att utvinna helium. Dock är det så att de tyngre grundämnena i jordens inre konstant genererar helium genom alfa-sönderfall.

Helium är ett grundämne som man observerade på solen(därav namnet, Helium efter Helios solguden i grekisk mytologi) innan man fick fram det på jorden. Solförmörkelsen 1868 gjorde att många observerade den gula He-linjen i coronan, Det är dock Janssen som fått äran, ibland med Lockyer som föreslog att det var ett nytt grundämne. De första som isolerade helium på jorden var Cleve och Langlet 1895.

Det främsta vetenskapliga bruket av helium är för att kyla ner supraledare, och det finns många artiklar som tar upp cryogenetiska användelser och studier av helium vid låga temperaturer. Jag har inte jobbat med flytande helium men har arbetat med det på andra sätt.

Helium spektret är ett av de experiment som jag fick göra som student och senare som handledare. Det intressanta med det spektret är att det är två spektra i ett. Singlett-He och Triplett-He, Parahelium och Ortohelium. Något som borde göra det enkelt att lösa, men så är inte fallet. Det går att göra grova beräkningar för att få fram energinivåerna, med systemet är ett tre-kroppa problem utan analytsika lösningar så olika approximationsmetoder måste användas. Men mina erfarenheter med detta visade sig komma till nytta på ett oväntat ställe.

Efter att jag försvarat min avhandling fick jag jobb vid University of Birmingham, UK, där ett experiment med laserspektroskopi på radioaktiva isotoper skulle flyttas till Finland. Vid den tiden var varma jonkällor vid acceleratorer i bruk på den flesta ställen. Men i Jyväskylä använde man sig av en gas-jet (He)(IGISOL) där producerade isotoper stoppades och tog åt sig elektroner i gasen, så att sedan skjutas ut i en gas-jet. Jeten som man får (om tryckskillnaden är stor nog) är supersonisk, dvs de enskilda atomerna är kall (låg spridning i hastighet) i alla fall om man har en fri expansion. Då var det många som sa att det inte skulle vara möjligt att få en smal hastighetetsfördelning som möjliggjorde laserspektroskopi. Det fanns studier som antydde att så var fallet.

Dock hade man i dessa studier använt elektriska fält (runt 500 V/cm) i expansionsvolumen. Då alla atomer rör sig med ungefär samma hastighet där så kommer ett fält att accelerera ev. joner (som skall studeras) och de kommer då att kollidera med långsammare He-atomer och tappa fart, vilket i sin tur ger en ökad hastighetsspridning. Lösningen var att minska fält-styrkan för att undvika detta.

Men det fanns ett problem till, med gas-jet, den är inte speciellt effektiv så allt som stoppas kan inte utnyttjas utan det kan sluta som atomer eller dubbelladdade joner. Här kommer heliums energinivåer in. Grundtillståndet ligger på runt -24eV, vilket gör att allt som stoppas i gasen borde sluta som dubbelladdade joner. Men det sker inte, något som man kan tro beror på föroreningar i gasen. För mycket och man tappar alla joner. Men Helium har två system Triplett-He som är metastabilt har en «jonisationsenergi» runt 4,7 eV. Men denna energinivå tillsäger att man bara får atomer. Så det handlar om en balansgång. Problemet är att man inte vet om det finns Triplett-He i gasen, det borde men vad jag vet så är det inte bekräftat än. Det finns två sätt, 1) obsertvera ljus får gas-kammaren och se efter triplett linjer eller 2) under exteremt rena förhållanden se efter en jon med massa 8, He-molekyl jonen. Även om Helium är en ädelgas så kan den bilda molekyler men då måste en eller båda av atomerna vara i triplett-tillståndet.

Så helium är ett av de grundämnen som jag har ett speciellt förhållande till.

Mina grundämnen-Väte/hydrogen

Väte är det lättaste grundämnet och består i sin enklaste form av en proton och en elektron. Det förekommer i tre olika isoptoper som har fått egna namn, Deuterium och Tritium (efter 2 och 3). Namnet Väte fick det då Ekeberg(1795) inte hittade ett bättre svenskt namn för hydrogenium (vattenbildare) som är det engelska namnet, Wasserstoff på tyska. Så på ett sätt är det en slump att Svenska (och Finska, Vety) avviker till viss del från andra språk.

Väte är det vanligaste grundämnet i universum och kan observeras på himlen, både med optiska teleskop (Balmer alfa- linjen i rött) och med radioteleskop (7 cm linjen).

Som atomfysiker är väte-spektret en av de första som man träffar på. Det är relativt enkelt att både studera och analysera. Samtidigt så används vätets olika spektrallinjer inom ex. astrofysiken. Men samtidigt är väte intressant för olika typer av precisionsmätningar. Att mäta vätespektret med hög precision var under min studietid något som genomfördes på de främsta laboratorierna. Och nya mer precisa värden av ex. Rydbergskonstanten kom med jämna mellanrum allt medan nya spektroskopska tekniker utvecklades. Även idag så finns ett stort intresse men då när det gäller mätningar på Anti-väte (en antiproton och positron) för att se om det finns någong skillnad mellan materia och anti-materia.

För min del så var vätespektret en av laboration som jag handledde som doktorand under flera år vid CTH. Den utrustning som vi hade där (en prisma spektrometer) hade inte den bästa upplösningen, men det finns idag relativt billiga spektrometrar där det är möjligt att se isotopskiftet mellan väte och deuterium.

Men det är inte bara inom atomfysik man kan utnyttja väte. Deuterium och protoner är ganska bra projektiler i kärnfysik experiment. I tillägg kan man detektera väte med radioteleskop, vilka idag är tillgängliga för amatörer. Så det finns en ganska stor potential i undervisningen.

Även om jag inte direkt jobbat med väte i forskningen, så är det ett grundämne som är där och som vi fortfarande utforskat fullt ut. Man har kanske observerat metallist väte nu. Men det behöver bekräftas, så historien är inte slut än.

Topp