Kategorier
Examen Fysik Lärande Undervisning

Kan ChatGPT få godkänt på en fysikexamen?

ChatGPT har sedan introduktionen skapat en debatt om dess potential för bruk i undervisning. Frågan är om den kan få godkänt på en fysik-examen. Jag visar att det är teoretiskt möjligt men inte praktiskt på en skriftlig examen. Dock erbjuder ChatGPT möjligheter att kunna användas som ett hjälpmedel i examenskonstruktion.

År 2022 lanserade OpenAI ChatGPT-3.5 (Generative Pre-Trained Transformer) vilket har väckt en intensiv debatt om dess potentiella påverkan på utbildning och examination både på gymnasial och universitetsnivå. Denna diskussion är särskilt motiverad med tanke på OpenAIs tekniska rapport om GPT-4 som visade att den presterare på samma nivå som de 10% bästa mänskliga examinanderna på en simulerad advokatexamen. OpenAI hävdar att GPT-4 har förmågan att lösa svåra problem med högre noggrannhet, tack vare dess breda allmänna kunskap och problemlösningsförmåga. Det finns redan artiklar som (Rudolph et al. 2023) har bidragit till den övergripande diskussionen genom att ge en tidig recension och rekommendationer till studenter, undervisare och universitet om lämpliga strategier för bruk av ChatGPT.

Det bör noteras att ChatGPT bygger på ett neuralt nätverk som genererar resultat baserat på sannolikheter från inmatad information, vilket ofta kallas för en «Large Language Model (LLG)». Det innebär att ChatGPT är främst inriktad mot textbaserade tillämpningar och inte har faktisk kognition bakom de producerade svaren; de är helt beroende av den information som den tränats på. Följaktligen kan ChatGPTs påverkan vara särskilt tydlig inom textbaserade vetenskaper där den fått uppläring. Däremot uppstår frågor om hur ChatGPT presterar inom ämnen som fysik, där förmågan att lösa problem värderas högt. Exempelvis kan man fråga sig om ChatGPT kan klara en fysikexamen på universitetsnivå. Detta är av intresse då fysik i huvudsak inte handlar om att ge textbaserade svar utan handlar mer om problemlösning och att applicera fysiska principer på ett matematiskt sätt. Det vill säga att en ren språkmodell inte borde ha möjlighet att producera resultat som är giltiga i ett fysikperspektiv. Dock kan den ha tränats på utarbetade lösningar och kan generera svar som är korrekta.

Det har i två nyliga studier (Xuan-Quy et al., 2023), för Vietnamiska Nationella High School examen, och i en fysikkurs (Kortemeyer, 2023), undersökts hur en AI som ChatGPT klarar dessa. Båda visade att det var fullt möjligt.

Det är viktigt att notera att fysikkursen baserades på användning av mer formativa metoder som hemuppgifter, «klicker»-frågor, en mitt-terminsexamen och en slutlig examen.

Även om frågorna i den Vietnamiska examen motsvarar frågor på gymnasienivå och examinationen i fysikkursen skiljer sig från examinationsformerna i Skandinavien är dessa resultat inte direkt överförbara till en skandinavisk kontext, där formativ värdering är mer sällsynt. Frågan blir då om en mer summativ examen i form av en slutexamen, gör det svårare för ChatGTP att få godkänt.

För att undersöka detta har jag använt ChatGPT-3.5 (version July 20, 2023 och May 24, 2023) för att undersöka om den kan klara en fysikexamen. När jag förfrågade ChatGPT svarade den: När man ställer denna fråga till ChatGPT blir svaret: «Som en AI-språkmodell utan medvetande eller förståelse på samma nivå som en människa, kan jag inte genomföra en fysikexamen på universitetsnivå eller någon annan form av examen. Jag har inte förmågan att lösa komplexa uppgifter eller tillämpa fysiska principer på samma sätt som människor.

Vad jag kan göra är att ge information, förklara fysikaliska koncept och svara på fysikrelaterade frågor baserat på den kunskap jag har tränats med. Jag kan även hjälpa till med att lösa enklare problem inom fysik, men min prestation och förmåga har sina begränsningar.

Fysikexamen på universitetsnivå kräver djup förståelse, analytiskt tänkande och förmåga att tillämpa koncepten på avancerade problem. Det är utmaningar som en AI som jag ännu inte kan möta på samma nivå som en kvalificerad mänsklig student.«

Då ChatGPT har en sannolikhetsbaserad generering av svar, innebär det att den kan generera olika svar för identiska inmatningar. Så samma fråga matades in flera gånger och se om svaren var konsekventa och om den kunde ge rätt svar vid upprepade försök.

Den simulerade examen som jag använde var baserad på en skriftlig examen som gavs under den första fysikkursen i en fysikutbildning och omfattade ämnen som mekanik (kinematik och dynamik), grundläggande vågrörelselära och relativitetsteori. Examen bestod av 40 flervalsfrågor med 5 svarsalternativ. För att bli godkänd krävdes 41% rätta svar (ca 17 rätta svar). Medelbetyget på examen för studenterna var ett D (53-64%).

Eftersom fysikexamina ofta inkluderar figurer, syntolkades dessa för att ChatGPT skulle kunna lösa uppgifterna relaterade till respektive figur. Uppgifter som byggde på varandra gavs samtidigt i serie. Frågorna formulerades så att ChatGPT skulle ge svaret som ett av de givna svarsalternativen (A-E). Genom chat-funktionen möjliggjordes en dialogliknande diskussion, vilket gjorde det möjligt att se resonemanget och stegen i beräkningarna när sådana utfördes.

Vid första inmatningen gavs rätt svar för 15 frågor med 24 maj-versionen och 18 frågor med 20 juli-versionen. Vid på följande inmatningar gavs både nya rätta och felaktiga svar. Om man endast räknar med det första tillfället skulle ChatGPT (24 maj) få 37,5% och därmed inte bli godkänd, medan ChatGPT (20 juli) skulle få 45% och därmed bli godkänd.

Om man i stället summerar alla rätta svar, vilket har en sannolikhet att inträffa med slumpvis genererade svar, visar det sig att ChatGPT (24 maj) skulle få 25 rätta svar eller 62,5%, medan ChatGPT (20 juli) skulle få 22 rätta svar eller 55%. Båda versionerna skulle därmed kunna få betyget D.

Detta indikerar att en språkmodell-AI som ChatGPT kan få godkänt på en fysikexamen utan att ha någon reell förståelse för fysiska principer. Detta kan förklaras av flera faktorer. För det första använder ChatGPT en databas med inlärd information och sannolikhetsberäkningar för att generera svar, vilket gör att det är möjligt för den att hitta liknande frågor och svar om formuleringarna liknar de som finns där. För det andra kan examensuppgifterna vara utformade så att de inte testar en högre grad av komplex problemlösning, där flera fysiska principer och ekvationer måste användas på ett kreativt sätt. Frågor som testar mer komplex problemlösning är troligtvis inte vanligt det inlärda materialet än.

Även om studenter inte kan använda ChatGPT under en skriftlig examen visar studien på en svaghet i validiteten för tolkningen av resultatet på examen. Med andra ord, vad är det examen skall mäta och mäter examen det som den skall göra? Resultatet på en examen tolkas så att det omvandlas till ett betyg, som bör vara kopplat till lärandemål eller någon form av uppställda kriterier. Om ChatGPT kan få godkänt innebär detta att studenter potentiellt kan få godkänt utan en verklig förståelse av kursinnehållet. Då ChatGPT:s problemlösningsstrategi liknar en receptliknande metod, där man listar givna storheter, den sökta storheten och försöker hitta en passande ekvation med dessa storheter för att beräkna svaret, betyder detta att man får möjlighet att utvärdera graden av komplexitet när det gäller problemlösning i en examen med hjälp av ChatGPT. Strategin som ChatGPT använder fungerar bra för enklare uppgifter där en formel räcker, men fungerar inte när det krävs användning av flera fysiska principer (flera ekvationer) behövs eller när irrelevant information inkluderas i uppgiften.

Detta innebär att det är möjligt att evaluera hur både förståelse och problemlösningsförmåga testas på en examen genom att använda ChatGPT. Med andra ord om uppgifterna som ges har en lämplig nivå av komplexitet och bedöma utfallet på en examen som helhet för en simulerad student med begränsad förståelse. Med andra ord kan det vara möjligt att öka validiteten för en examen för dessa kriterier.

Slutsatsen man kan dra är att teoretiskt sett skulle det vara möjligt för ChatGPT att få godkänt på en fysikexamen. Jag kan visa att AI:n kan ge svar som ligger nära eller över gränsen för godkänt betyg på en fysikexamen. Dock är det inte sannolikt att ChatGPT faktiskt kommer att användas som ett hjälpmedel eller för fusk under en skriftlig examen. Det som är viktigare är att  ChatGPT kan användas som ett hjälpmedel vid uppgiftskonstruktion, där den kan fungera som en simulerad student för att få en uppfattning om vilka svar som kan förväntas ges utan en djupare kognitiv förmåga. ChatGPT kan vara ett användbart verktyg för att utvärdera och justera examina för att säkerställa en passande nivå av komplexitet och svårighetsgrad med avseende på förståelse och problemlösning.

Sammanfattningsvis har jag visat på ChatGPT:s möjligheter och begränsningar för en fysikexamen, men det finns ingen anledning till oro för att den kommer att användas för fusk under en skriftlig sals-examen. Teknologin kan dock vara användbar som ett hjälpmedel i undervisning och uppgiftskonstruktion, där den kan ge insikter om möjliga svar och komplexiteten i uppgifterna.

Jag har valt att inte ange vilken examen jag har använt för att skydda anonymiteten hos examinatorn. Examensuppgifterna och konversationerna med ChatGPT kan dock erhållas från mig.

Referenser

Kortemeyer, G. (2023). Could an artificial-intelligence agent pass an introductory physics course? Physical Review Physics Education Research, 19(1), 010132. https://doi.org/10.1103/PhysRevPhysEducRes.19.010132

Xuan-Quy, D., Ngoc-Bich, L., Xuan-Dung, P., Bac-Bien, N., & The-Duy, V. (2023). Evaluation of ChatGPT and Microsoft Bing AI Chat Performances on Physics Exams of Vietnamese National High School Graduation Examination. arXiv preprint arXiv:2306.04538. https://doi.org/10.48550/arXiv.2306.04538

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
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
Experiment Fysik Historia Kemi The light side

«Mina» grundämnen!

I samband med periodesystemets år 2019, finner man olika typer av aktiviteter och artiklar om olika grundämnen. I Sverige har man tilldelat de olika universiteten olika grundämnen som de är faddrar för. I tillägg had det gjorts ett försök med Landskapsgrundämnen för att få upp kemiintresset.

Då jag varit aktiv inom både atom- och kärnfysik som forskare och genom detta kommit i kontakt med olika grundämnen, kan det vara naturligt(?) att skriva om mina erfarenheter med just dessa grundämnen. En del har jag bara(?) behandlat teoretiskt medan andra har haft en mer praktiskt betydelse, som material i utrustning eller som grundämne som jag deltagit i studier av. Totalt rör det sig om ett 30-tal grundämnen som jag haft kontakt med både bildligt och bokstavligen. Jag kommer att behandla grundämnena i olika inlägg och ska försöka begränsa mig till ett grundämne åt gången, men i vissa fall kan man behandla flera på en gång.

Kategorier
Uncategorized

Studentmedverkan i utbildningen

Att studenter skall delta aktivt hur en utbildning ser ut och genomförs ses idag som en självklarhet. Men samtidigt finns det ett antal gränsvillkor som gäller och som man inte kan komma bort från. En av dessa har med det ämnesmässiga innehållet att göra. En utbildning skall ge vissa klart definierade kunskaper som är relevanta för studenternas framtid. Kan verkligen studenter när de startar sin utbildning förhålla sig till dessa? Svaret borde vara ja, under förutsättning att de vet exakt vad deras utbildning skall ge. Men detta är inte alltid fallet. När det gäller professionsutbildningar (riktade mot ett speciellt yrke) så finns ett klart mål med klara krav på kunskaper. Men detta gäller inte alla utbildningar, speciellt inte där det inte finns en klar yrkesroll. Men även om det finns en klar yrkesroll är det inte säkert att studenter har en bra bild av den rollen.

Det är nästan så att man inte kan ha en god överblick av sin egen utbildning förrän efter att man arbetat ett antal år efter examen. Hur är det då möjligt för en förstaårsstudent att kunna ha en holistisk bild? Men här kan man titta på utbildningar i ett annat perspektiv, man kan se om utbildningen är konsistent internt med avseende på innehåll. Med andra ord får man tillräckliga kunskaper för att ha en god grund att börja på högre kurser. Detta är en indirekt metod at titta på det ämnesmässiga innehållet.

Om man ser på varje kurs för sig är det svårt att se denna kontinuitet då man bryter upp helheten till att bara titta på en bit, vilket gör att kommentarer och åsikter kan vara direkt skadliga för helheten.

Att det är helheten som är det viktiga gör att studentmedverkan blir svårare att få till men långt ifrån omöjligt. Det handlar om att rikta fokus på de saker som betyder något. Om studenterna klagar på att det är för mycket av något som ses som ålderdomligt, till exempel Newtons första lag, så kommer det få konsekvenser när man behandlar grundläggande koncept i senare kurser. I vårt fall så blir Relativitetsteorin svårare om man inte förstått Newtons första lag. Detta beroende på att allt hänger samman inom ett ämne.

Hur löser man frågan om studentmedverkan? Det första är att ta en holistisk ansats, och låta studenter från alla år samlas och byta erfarenheter. Ge alla en chans att komma med KONSTRUKTIV kritik. Men det är just kunskap som ligger till grund för konstruktiv kritik.

Man ska initialt inte diskutera enskilda kurser utan föra en diskussion som inriktar sig på studieprogrammets övergripande uppbyggnad, innehåll och framtid. Vad skall man kunna är den första och största frågan. Detta är en fråga som kan diskuteras med både studenter, vetenskaplig personal och alumni.

När man om möjligt nått en enighet om vad man skall kunna, handlar det om att fördela dessa mål till olika kurser och se till att det finns en progression. Man har då en bättre diskussionsgrund för diskussioner om enskilda kurser när det gäller innehåll. När innehållet är klart kan genomförandet diskuteras….

Men detta är en process som inte har ett slut för man måste med jämna mellanrum uppdatera vilka kunskaper som studiet skall ge, och vilka ändringar som bör göras.

Hur ordnar men detta praktiskt? Detta är alltid ett problem, då mycket av arbetet för studenternas del kommer att ske via ombud. Samtidigt behövs i processen kreativitet och nya ideer vilket inte går att överföra via ombud för att det skall fungera. En lösning är att ordna så kallade «student-ting» man håller ett ting där alla kan föra fram sin mening och kan skapa diskussioner. Är det många som deltar kan man dela upp i mindre grupper och sedan se vad man har för förslag. Dessa ting bör då bestå av studenter från alla år, stipendiater och om möjligt vetenskaplig personal. Mycket av det som kommer fram kommer inte att vara praktiskt genomförbart men man får igång processer.