Archive for the ‘Fysik’ Category

Att stämma en fiols stränghållarresonans

26/01/2014

Det finns en tumregel som säger att stränghållarens resonansfrekvens på en strängad och stämd fiol skall ligga ungefär på hälften av Helmholzresonansen A0 och kroppsresonansen B0. Jag har de senaste dagarna jobbat med att stämma min Guarneri #3 så att huvudresonanserna ligger korrekt för ett solistinstrument. Efter att ha mätt A0 och stränghållarresonansen kunde jag konstatera att stränghållarresonansen låg onödigt lågt vid 130 Hz då den önskade frekvensen skulle vara ungefär 136 Hz. Det faktum att stränghållarresonansen ligger för lågt betyder att stränghållaren är alltför tung vilket är naturligt för en rå omodifierad stränghållare.

Jag vet att stränghållaren är alltför tung och att jag alltså måste gröpa ur den på undersidan för att få ner vikten. Frågan är bara: Hur mycket vikt måste jag ta bort för att med minsta antal försök komma till den önskade frekvensen?

Vi kan ta lite hjälp från grundläggande fysik. Stränghållaren utgör en svängande vikt upphängd i fiolens strängar och senan över ändtappen. Om vi antar att upphängningens fjäderegenskaper inte signifikant ändras av att vi minskar massan d.v.s. att stränghållaren efter förändringen fortfarande är styv så kan vi uppskatta den vikt stränghållaren måste ha på följande sätt:

En vikt som svänger i en fjäder svänger med frekvensen

frekvens = fjäderkonstanten/kvadratroten(massan)

Jag har för enkelhetens skull kombinerat flera konstaner i det jag kallar fjäderkonstanten se t.ex. Wikipedia.

Vi hade tidigare mätt stränghållarens resonansfrekvens genom att spela in knackljudet då vi knackar på stränghållaren med en relativt mjuk hammare och dämpar strängarna t.ex. med handen. Resultatet av mätningen blev 130 Hz. Vi tar nu loss stränghållaren och väger den. Resultatet av vägningen blev 18 g. Vi har nu tillräckligt data för att beräkna fjäderkonstanten (vi löser fjäderkonstanten ur ovanstående formel).

fjäderkonstanten = frekvens*kvadratroten(massan)

Då vi lägger in talvärden får vi fjäderkonstanten = 130 * kvadratroten(18) = 551,5

Då vi nu känner fjäderkonstanten kan vi lösa massan ur den ursprungliga formeln och får:

massan = (fjäderkonstanten)²/(frekvens)²

Då vi lägger in talvärden får vi då vi strävar efter att justera frekvensen till 136 Hz :

massan = 551,5²/136² = 16,44 g

Min våg väger med ett grams noggrannhet och jag gröpte ur stränghållaren så att vågen visade 16 g. Efter att ha strängat fiolen och stämt den så mätte jag igen stränghållarresonansen med resultatet 136 Hz. Resultatet var perfekt!

Observera att det inte spelar någon roll om du anger vikten i gram eller kilogram eller någon annan viktenhet men du måste vara konsekvent. Den beräknade fjäderkonstanten kommer att ha olika värden beroende av vilket viktmått du använder, slutresultatet blir dock detsamma.

Är klimatvetenskapen en pseudovetenskap?

16/09/2013

Nobelpristagaren i fysik (delat nobelpris) 1973 Dr Ivar Giaever diskuterar global uppvärmning/klimatförändring och konstaterar att klimatvetenskapen har blivit en ny religion. Varför? Orsaken är att att man inte kan/får diskutera klimatvetenskap … han går därefter vidare och diskuterar olika avarter av vetenskap och avslutar det hela med pseudovetenskaper.

Dr Ivar Giaevers internetsida om nobelpriset finns här.

Video om pseudoklimatvetenskap … mycket sevärd. Videon är på engelska.

Att mäta temperatur

09/09/2013

Uppdaterad 12.9.2013. (Automatisk testkörning + uppdatering av texten)

Jag har länge planerat att bygga ett enkelt mätsystem för att direkt mäta temperaturstegringen från koldioxiden i atmosfären. Växthuseffekten till följd av koldioxid beror på att koldioxiden i atmosfären absorberar den infraröda strålningen från marken och därigenom hindrar den från att direkt stråla ut i rymden. En koldioxidmolekyl som har absorberat en foton antas efter ett kort ögonblick skicka iväg en motsvarande foton i en slumpmässig riktning. En del av fotonerna som koldioxiden absorberade kommer då också att träffa marken som då bör varmas upp.

Dagens klimatologer antar att den extra uppvärmningen från koldioxiden i atmosfären borde vara ungefär en grad C per fördubbling av koldioxidhalten. En grads uppvärmning, eller något i denna storleksordning bör vara relativt lätt att mäta direkt. IPCCs siffror på 4 till 6 grader är en följd av att IPCC antar att mängden vatten i atmosfären ökar och då vattenånga är en ännu kraftigare växthusgas än koldioxid så kommer det att ske en positiv återkoppling d.v.s. vattenångan förstärker effekten av koldioxid.

Man har redan för hundra år sedan försökt uppskatta hur stor växthuseffekten är. Fysikern R.W. Wood gjorde ett experiment år 1909 där han gjorde två identiska växthus (små!), det ena med glas som släpper igenom synligt ljus men inte infraröd strålning. Det andra var försett med ”glas” av natriumkloridkristall som släpper igenom infraröd strålning. Logiskt sett bör resultatet av att glas inte släpper ut IR betyda att det växthuset värms mera än växthuset klätt med NaCl kristall. Man har ofta hänvisat till Woods experiment i klimatsammanhang. Det visar sig dock att det inte är lätt att göra ett övertygande experiment. Fysikern Roy Spencer har försökt verifiera Woods experiment delvis med moderna material. Intresserade läsare kan bekanta sig med Spencers experiment via länken nedan.

http://www.drroyspencer.com/2013/08/revisiting-woods-1909-greenhouse-box-experiment-part-i/

Personligen ser jag Woods experiment som mycket tvivelaktigt. Orsaken till detta är att uppvärmningen av marken i växthusen kommer att leda till att varm luft stiger upp från den varma marken. Det kommer snabbt att uppstå konvektion d.v.s. luften rör sig. Luft i rörelse transporterar mångdubbelt mer värme än stillastående luft och också mycket mer än utstrålningen via IR. Vi har en situation där luften i rörelse effektivt värmer glaset som i sin tur värmer luften på utsidan. Det stora problemet blir att hålla koll på alla de möjliga felen till följd av konvektion.

Jag har tänkt svänga på experimentet. Jag använder ett rör som står vertikalt. Överst finns elektriska värmemotstånd som simulerar den varma marken och som kommer att stråla ut infraröd strålning på samma sätt som marken i ett växthus. Ca. 150 mm nedanför värmemotstånden placerar jag en välisolerad temperatursensor som är isolerad uppåt mot värmaren och tittar ner i röret. Temperatursensorn bör mäta den omgivande luftens temperatur men om det finns signifikanta mängder tillbakastrålad IR så bör strålningen ge en extra temperaturhöjning.

Varför bygga experimentet upp och ned? Orsaken är att vi då åstadkommer en naturlig temperaturinversion där den varma luften är i huvudsak i toppen av röret och kallare luft finns nere i röret. Resultatet är en situation där konvektion inte uppstår och vi har eliminerat mängder av felkällor.

Kan man faktiskt köra experimentet i ett kort rör, atmosfären sträcker sig ju långt över 10 km upp? Denna fråga analyseras mera i detalj nedan.

Jordens atmosfär innehåller ca. 400 ppm koldioxid d.v.s. ungefär 400 molekyler på en miljon är koldioxid (d.v.s. ungefär en molekyl på 2500 är koldioxid).

Vi kan uppskatta den absoluta mängden koldioxid i luftpelaren från marken till atmosfärens yttersta gräns på följande sätt. Det är fråga om en överslagsberäkning, men det är tillräckligt för mina behov. Vid en atmosfärs tryck är trycket mot en yta på en kvadratcentimeter 1 kp vilket samtidigt betyder att atmosfären ovanför ytan väger 1 kg vilket betyder att volymen avanför är ungefär 1/1.2 m³ (en kubikmeter luft väger ca. 1.2 kg). Volymen koldioxid i denna luftmängd är om gaserna är väl blandade (400/1000000)*(1/1.2)*1000 liter = 0.333 liter.

Vi kalylerar nu hur långt ett rör med tvärsnittsytan 1 cm² måste vara för att det skall innehålla samma mängd koldioxid som hela atmosfären från jordytan upp till rymden. En meter rör kommer att rymma 100 cm² vilket betyder att vi behöver ett 3.33 meter långt rör för att det optiskt skall motsvara all koldioxid i atmosfären.

Min idé är att montera elektriska effektmotstånd upptill i ett stående rör. Effektmotstånden kommer att ge ifrån sig infraröd strålning (IR) precis som en varm markyta på jorden. Då röret är fyllt av koldioxid kommer en del av IR-strålningen att absorberas av koldioxiden och slumpmässigt emitteras i olika riktninga också bakåt tillbaka mot värmekällan. Om en välisolerad temperaturgivare som ser ner i röret placeras något nedanför värme-elementen så bör sensorn detektera en del av den tillbakastrålade IR strålningen vilket bör leda till högre temperatur.

Varför placerar jag uppvärmningen upptill och inte nedtill? Orsaken är att jag vill studera hur IR strålningen påverkar temperaturen utan en massa störande konvektion. Om jag skulle värma luften i botten av röret skulle den uppvärmda gasen börja stiga uppåt och kallare luft uppifrån skulle ”rinna” ner. Värmetransporten via konvektion är betydligt effektivare än värmetransport via strålning … det är inte utan orsak man använder fläktar för att skapa luftflöden över komponenter som skall kylas. Kylning som sker endast via strålning är ett måste i rymden men nere på jorden använder man värmeledning och konvektion. Genom att bygga systemet upp och ned kan jag på ett väldigt enkelt sätt förhindra i stort sett all konvektion.

Det är självklart att ett mätsystem av denna typ kräver god temperaturmätning. Det är inte viktigt att den absoluta temperaturen är exakt, däremot är jag intresserad av att detektera små temperaturförändringar.

Det första steget i processen är att se hur små temperaturvariationer det går att detektera.

temperatur

Fig. 1  Bilden visar två körningar. Den övre kurvan visar temperaturdrift i rummet och mitt i kurvan värms motstånden med 5W i en minuts tid. Man kan tydligt se hur temperaturen stiger och sedan börjar falla igen. Den nedre röda kurvan visar en senare körning där luftens temperatur i rummet har ändrat.  Då temperaturen börjar stiga värms motstånden med 9W under en minuts tid. X-axeln är i sekunder d.v.s experimenten har gått på ungefär en timme per körning. Y-axeln är graderad i tusendedelsgrader men så att hela grader har subtraherats.

Mätningarna görs med en analog LM35 linjär temperatursensor. Utspänningen från sensorn mäts med hjälp av en 18-bitars analog till digitalkonverter men så att adkonvertern gör trettio mätningar under ca. sju sekunders tid varefter ett medeltal beräknas. Mätningar lagras med trettio sekunders intervall. De första körningarna visar att brusnivån ligger på ca. 2/10000 grader. Observera att detta inte säger något om sensorns kortvariga inre temperaturdrift.  Tillverkaren anger att långtidsstabiliteten är ungefär +/-  80/1000 grader mätt över tusen timmar. Kortvarig drift kan då eventuellt antas vara proportionell mot mätningens längd vilket skulle vara ungefär 1/10000 grad C. Detta är också ungefär systemets brusnivå.

Bilden visar tydligt att den relativa upplösningen är bättre än en tusendedels grad. Experimenterande visar att systemet är så känsligt att det tydligt störs av att jag sitter vid datorn en halv meter från det 100 mm pvc rör i vilket sensorn befinner sig. En människa representerar en värmeeffekt på kanske 100 W vilket mätsystemet utan problem ser som ökad temperaturdrift.

Bilderna ovan visar tydligt hur temperaturen i rummet hela tiden förändras, tiondelsgrader har stor inverkan på mätningarna. Hur tänker jag hantera en föränderlig temperatur i omgivningen där förändringarna är betydligt större än de temperaturdifferenser jag hoppas se?

Lösningen är att jag låter datorn (Raspberry Pi) sköta både temperaturmätningen och kontrollen av värmemotståndet. Då datorn sköter datainsamlingen och kontroll av värmemotstånden behöver jag inte själv vara på plats och störa experimentet. En bättre noggrannhet går också att uppnå genom att låta datorn göra ett (stort) antal mätcyklar. Jag mäter alltså grundtemperaturen, därefter slås värmen på en stund t.ex. en minut varefter datorn mäter tumperaturen den närmaste timmen. Därefter mäts den nya bastemperaturen varefter värmen slås på under en minut o.s.v.

Mätningarna kalibreras i luft d.v.s. ett tillräckligt antal temperaturcykler mäts så att jag vet hur stor temperaturstegringen blir i luft. Då luften senare byts mot koldioxid kan dessa mätningar senare jämföras med mätningarna i luft.

IMGP5358

Fig. 2  Den grå rörstumpen är den övre ändan av vad som skall bli mitt växthuseffektexperiment. Röret är överst pluggat med en plugg av PVC. Längs den inre kanten av denna plugg finns fyra effektmotstånd om 3 W.  Totalt kan alltså motstånden ge ut max 12 W. Jag räknar med att kunna gå något högre eftersom uppvärmningen sker endast under kort tid. Med 6 volts drivspänning ger motstånden effekten 9W d.v.s. 2.25 W per motstånd. Vid 7.5 volt är effekten ca. 3.5 W per motstånd (14W totalt) vilket borde vara OK under en kort stund. Till höger i bilden ses min salladsodling i artificiellt ljus. En 100W ledlampa som producerar rött och blått ljus används (se andra artiklar). Bakom den runda plattan på framsidan finns temperatursensorn. Sensorn är monterad på en polyuretanplatta som är överdragen med aluminiumfolie. Tanken är att aluminiumfolen reflekterar IR strålning. Själva sensorn är monterad med tejp på nedre sidan av isolatorn utanför aluminiumfolien. Värmeledning i folien bör ge temperaturfel men jag hoppas trots detta se skillnader mellan vanlig luft och ren koldioxid. Bilden visar två Raspberry Pi Linux datorer, Den lilla datorn ost-sydost om mätröret sköter temperaturmätningen.  En annan likadan Raspberry Pi fotograferar hur salladen växer då artificiell belysning används.

Effekten per kvadratmeter är med 7.5 volts drivspänning 1778  W/m².  Vid 6 volts uppvärmningseffekt är effekten 1143 W/m². Eppvärmningseffekten är större än den utstrålade effekten från jordytan vid normal temperatur.  Jag hoppas att effekten skall vara tillräcklig för att detektera något …

test_20130912

Fig. 3  Bilden visar en automatisk testkörning den 12.9.2013.

Kontroll av mätningar och av värmare sker nu helt automatiskt. Driften i systemet minskar i mycket hög grad då allt styrs automatiskt och jag inte själv behöver sitta bredvid systemet och störa det.  I fig 3 kan man se ett steg på ungefär 10 mK (10/1000 grad) vid ungefär 6700 sekunder. Detta temperatursteg är en följd av att jag gick in i rummet, satte mig vid datorn, slog på bildskärmen och kontrollerade om körningen fortfarande var igång … det var den varpå jag genast gick ut igen.  Vid 8000 sekunder lämnade jag dörren öppen vilket gav kraftig temperaturdrift.

Bilden är skalad i tusendedelsgraders förändring från en bastemperatur. Då uppvärmningen aktiveras för ungefär en minut vid 2100 sekunder stiger temperaturen med ungefär 0.2 grader. Uppvärmningseffekten är 9W vilket ger en uppvärmning som ungefär motsvarar den effekt som i medeltal träffar en yta på jorden. Uppvärmningen begränsas av de röda linjerna.

Mitt program som gjorde mätningen ovan har följande utseende:

echo "*************"
echo "Program start"
echo "*************"
rm myFile.dat
echo "Measure temperature base line"
./repeat.py 40 interval 55 { ./measure_ad.py 1 18 4 10 myFile.dat }
echo "Set heater to on"
./heater.py on myFile.dat
./repeat.py 30 interval 2 { ./measure_ad.py 1 18 4 10 myFile.dat }
./heater.py off myFile.dat
./repeat.py 120 interval 55 { ./measure_ad.py 1 18 4 10 myFile.dat }
echo "Program done!"

Jag skrev några enkla Pythonprogram repeat.py och heater.py som används för att upprepa enkla operationer. Fördelen är att jag inte hela tiden behöver skriva om ett stort mätprogram. De kritiska delarna kan då hållas små och enkla att förstå. Skriptet/Programmet ovan läsar av programmet controller.py som kör en rad i taget.

Programmet börjar efter diverse kommentarer med att temperaturen mäts 40 gånger med en minuts intervall.  Mätningen sköts av programmet measure_ad.py . Parametrarna betyder kanal nummer 1, ad konverterns upplösning 18-bitar, förstärkning 4x, antalet mätningar i resultatet 10 (medeltal). Mätresultatet lagras i filen myFile.dat .

Kommandot heater.py on myFile.dat gör att värmen slås på och den exakta tidpunkten lagras i filen myFile.dat .

Temperaturen mäts nu snabbt under den tid värmaren är på.

Värmaren stängs av (off) varefter programmet gör 120 mätningar med en minuts intervall.

Denna artikel kommer att uppdateras under de närmaste månaderna då jag kompletterar mätsystemet med mera funktionalitet.

Står vi inför en energirevolution?

23/05/2013

Uppdaterad 25.5.2013, nya länkar.

Uppdaterad 29.5.2013, ny länk.

Man har nu fått de första oberoende mätningarna av Rossis E-Cat apparat som bygger på LENR där Nickel transmuterar till Koppar och energi produceras.

Forskning kring LENR har pågått oavbrutet sedan slutet av 1980-talet då Fleishmann och Pons meddelade att de hade detekterat abnormal värmeutveckling vid elektrolys med palladiumelektrod.

Italiano: Schema della cella di Piantelli-Foca...

Bild: Generell uppbyggnad av Rossis LENR reaktor.

Den klassiska kärnfysiken stod helt oförstående till fenomenet och man försökte snabbt lägga locket på den nya upptäkten. Man uppfattade att det måste vara bluff eftersom man inte kan slå ihop atomkärnor med några elektronvolts energi d.v.s. ungefär samma energi som vid kemiska reaktioner … man visste ju att det behövdestusentals gånger mera energi för att tränga igenom coulomb potentialvallen. Uttrycket kallfusion myntades eftersom de låga LENR energierna gjorde att komponenterna som transmuterade kunde uppfattas som extremt kalla jämfört med t.ex. temperaturen i en konventionell Tokamac fusionreaktor som man då aktivt arbetade med.

Jag har själv, dock utan klara resultat, experimenterat med motsvarande reaktioner som Fleishmann Pons.

katodplasma

Bilden visar min försöksuppställning. Jag använder Thoriumdopade Wolframelektroder. I elektroden i mitten matas det in protoner från den omgivande vätskan. Spänningen ligger på ca. 300 V och effekten är flera hundra watt. Ett extremt klart lysande plasma bildas mellan vätskan och centralelektroden.

Vad händer om vi byter polaritet? I stället för protoner som strömmar mot centralelektroden matar vi in elektroner. Strömkällan är exakt densamma i båda fallen.

elektronplasma

Ett svagt plasma uppstår då man matar in elektroner i mittelektroden. Färgen kommer antagligen från natrium i elektrolyten.

Rossis LENR reaktor

Den 16.5.2013 publicerades en forskningsrapport där utomstående forskare har haft möjlighet att mäta Rossis E-cat reaktor. Med i forskargruppen fanns forskare från

Giuseppe Levi (Bologna University, Bologna, Italy), Evelyn Foschi (Bologna, Italy), Torbjörn Hartman, Bo Höistad, Roland Pettersson och Lars Tegnér (Uppsala University, Uppsala, Sweden), Hanno Essén (Royal Institute of Technology, Stockholm, Sweden).

Man kan ladda ner forskningsrapporten från http://arxiv.org/abs/1305.3913 .

Vad kom man fram till:

Abstract

An experimental investigation of possible anomalous heat production in a special type of reactor
tube named E-Cat HT is carried out. The reactor tu be is charged with a small amount of hydrogen loaded nickel powder plus some additives. The reaction is primarily initiated by heat from resistor coils inside the reactor tube. Measurement of the produced heat was performed with high-resolution thermal imaging cameras, recording data every second from the hot reactor tube. The measurements of electrical power input were performed with a large bandwidth three-phase power analyzer.
Data were collected in two experimental runs lasting 96 and 116 hours, respectively. An anomalous heat production was indicated in both experiments. The 116-hour experiment also included a calibration of the experimental set-up without the active charge present in the E-Cat HT. In this case, no extra heat was generated beyond the expected heat from the electric input. Computed volumetric and gravimetric energy densities were found to be far above those of any known chemical source. Even by the most conservative assumptions as to the errors in the measurements, the result is still one order of magnitude greater than conventional energy sources.

Forskargruppen konstaterar att de gjorde två experiment som sträckte sig över 96 och 119 timmar. Det senare experimentet (119 timmar) använde dessutom en inaktiv cell som inte uppvisade anomal energiproduktion som referens.

Experimenten tog betydligt längre tid än väntat eftersom den första  cellen man avsåg att mäta  överhettades och stålcylindern i vilken cellen befann sig smälte.

fig_1-2_final

Rossireaktorn kör. Observera de mörka skuggorna från värmemotstånden som används för att reglera effekten.

energiprod_final

Kurvan Plot 2 visar att uteffekten från reaktorn är ca. fem gånger större än den inmatade eleffekten. Energimultiplikationen är således bättre än för en typisk värmepump.

Intresserade läsare uppmanas läsa den ursprungliga artikeln som rätt ingående visar hur mätningarna har gått till.

Slutsatser

Om forskargruppens slutsatser stämmer så står vi på trösken till en ny tidsålder vad gäller tillgång till billig energi. Nickeltillgångarna på jorden är mycket stora och tillgången till väte i havet är outsinlig. Det är självklart att om man kan visa att en LENR reaktion fungerar så kommer man rätt snabbt att hitta också andra reaktioner som fungerar då man blir av med forskarnas blockeringar. Min gissning är att det finns en serie tänkbara material som borde fungera i LENR reaktioner. Rossi har använt Nickel i kombination med okända tilläggsämnen i små mängder. Typiskt för Ni är att det finns fem stabila isotoper och sex relativt stabila isotoper. Det första material man använde i LENR reaktioner var Palladium som har sex stabila isotoper och sju ”halvstabila” isotoper. Min gissning är att Palladium direkt kan ersätta Nickel men Palladium är ett dyrare material. Ett annat intressant material är Wolfram.

För en vanlig villaägare skulle effekten av en fungerande Rossi-cell betyda att kostnaden för uppvärmning skulle minska till ca. en femtedel. Elförbrukningen i vår villa är ca. 30 000 kWh per år. Denna elförbrukning skulle sjunka till kanske 10 000 kWh vilket skulle betyda en betydande sänkning av uppvärmningskostnaderna.

Om det visar sig att Rossis högtermperaturcell fungerar så ger det möjlighet att använda cellen till att producera elektricitet autonomt. Det skulle således vara möjligt att både producera elektricitet och värme. En förutsättning för elproduktion är tillräckligt hög drifttemperatur för att man skall få en vettig termisk verkningsgrad.

Vilken typ av avfall produceras?

En LENR reaktor av Rossityp producerar koppar ur nickel och väte. Restprodukten d.v.s. det uttjänta bränslet har fortfarande ett värde!

Intressanta länkar:

http://nextbigfuture.com/2013/05/nuclear-fusion-summary.html

http://nextbigfuture.com/2011/12/newenergytimes-gets-three-nasa.html

http://newenergytimes.com/v2/government/NASA/20110922NASA-Nelson-GRC-LENR-Workshop.pdf

http://www.gizmag.com/nasa-lenr-nuclear-reactor/26309/

http://climate.nasa.gov/news/864

http://www.extremetech.com/extreme/149090-nasas-cold-fusion-tech-could-put-a-nuclear-reactor-in-every-home-car-and-plane

NASAs metod för att snabbt hitta optimala LENR varianter. Spekulation om rymdflygplan med LENR kraftkälla.

 

Fysiker titta hit, fantasin flödar

16/04/2013

Efter att jag skrev artikeln ”Dimma, moln och jetstrimmor” har jag tittat lite på olika skriverier på nätet. Jag hittade bl.a. följande fantastiska fantasiblomma på nätet 😉 . Orginalet är från http://www.geoengineeringwatch.org/geoengineered-snow-storms-wreaking-havoc-around-the-globe/

———klipp———-

Engineered Ice Nucleation Cools Air Masse

Many of the snow events occurring around the US, even at this time of year, are amazingly still occurring at above freezing temperatures. Some are at temperatures of 10 degrees or more above freezing. How is this possible? Have the laws of physics changed?

It is done with various processes of chemical ice nucleation. This is the same as the first aid chemical ice pack. Mix the chemicals and you have ice. Whatever the existing temperatures of a storm and the surrounding air mass at the time the artificial nucleation is commenced, temperatures are lowered significantly further by the nucleation process. If the nucleation process is started at far above freezing temperatures, then the temps can fall to near freezing or below as the process continues. If the region where an “ice nucleated” event is being carried out is already well below freezing, the temperatures will fall to still lower temperatures. If the chemical nucleation process is inflicted aggressively enough, in already cold regions, temperatures can be driven to deadly levels well below zero. Northern Europe is currently in the grip of what appears to be just such a geoengineered event.

———-klipp———-

En fysiker kan knappast göra annat än le åt ovanstående resonemang. För en oskolad journalist/aktivist är naturligtvis situationen solklar. Is == köld och man hugger i sten så att gnistorna flyger.

Översättningen blir ungefär:

————Översättning————–

Designade iskondensationskärnor kyl stora luftmassor

Många av de snöhändelser som inträffat på olika håll i USA, även under den här tiden på året, sker förvånande nog fortfarande vid temperaturer ovanför fryspunkten.  I vissa fall sker det vid mer än tio grader över fryspunkten. Hur är detta möjligt? Har fysikens lagar ändrats?

Det görs via olika processer där kemiska kondensationskärnor för is används. Det här är detsamma som isförpackningne i en förstahjälpsväska. Blanda kemikalierna och du får is.. Vilken temperaturen än är i en åskstorm och i den omkringliggande luften vid den tidpunkt då de artificiella kondensationskärnorna tillförs så kommer temperaturen att sänkas genom kondensationskärnorna.  Om processen startar över långt över fryspunkten så kan temperaturen sjunka till eller under fryspunkten. Om starttemperaturen är låg så faller temperaturen ytterligare. Om processen genomförs riktigt aggressivt på kalla områden kan temperaturen nå dödliga nivåer under noll (antagligen Farenheit) d.v.s. -18 grader C. Norra Europa är för tillfället i något som verkar vara i en  geoingenjörsprocess grepp.

—————– Översättning slut—————-

Vad händer på riktigt i ovanstående situation? Jag hänvisar till bilden av temperaturfördelningen i ”Dimma, moln och jetstrimmor”.

Utgångspunkten är att vi behöver luft som är saturerad med fuktighet men inte har kondenserats till vatten till följd av att kondensationskärnor har saknats (alltför ren luft). Då man tillför mikroskopiska kondensationskärnor kommer det att kondenseras vatten runt varje kondensationskärna och kondensationsvärme frigörs d.v.s. temperaturen stiger. Den varmare luften börjar stiga uppåt och utvidgas och börjar samtidigt kylas ned. Medan nedkylningen sker kommer vattendropparna att växa. Rätt snabbt når luftmassan en höjd där demperaturen sjunker under fryspunkten och de mikroskopiska vattendropparna fryser till is. Då vattendropparna fryser till is frigörs igen stora mänder värme och lufter fortsätter att stiga uppåt. Eftersom luften, ju kallare den är, kan innehålla allt mindre mängder vattenånga kommer is att kristalliseras på de frusna vattendropparna som då bildar snöflingor samtidigt som värme frigörs. Under hela processen kommer naturligtvis värme också att försvinna i form av infraröd strålning ut i rymden.

Till slut når man en punkt där luften har avkylts så mycket att rörelsen uppåt avstannar och de bildade snöflingorna tillsammans med avkyld luft börjar falla nedåt. Beroende av på vilken höjd vattnet kondenserades och snön bildades finns det flera alternativ till vad som kan hända:

  • I tropikerna t.ex. över ett ökenområde kommer den nedfallande luften tillsammans med snön att värmas upp medan den faller nedåt. Uppvärmningen kan bli så kraftig att största delen av snön som blir till regn hinner avdunsta innan den når marken.
  • På andra områden då luftens temperatur nära marken från början var lägre så hinner snön smälta på vägen ner medan den omkringliggande luften värms. Resultatet blir regn.
  • Om temperaturen nära marken var nära fryspunkten då processen startade hinner inte snön värmas upp så mycket under färden ner att den smälter. Resultatet blir snöfall.

Observera den ursprungliga vebbsidans ”förklaring” som blev totalt fel. Slutresultatet blev detsamma men processen är en helt annan. Man använder de vertikala rörelserna i atmosfären som en extremt effektiv storskalig kylmaskin som tar värme från markytan och via mellanstegen kondensation och isbildning för värmen högt upp i atmosfären där den avges i form av strålning till rymden. Det finns helt enkelt inte en sådan fysikalisk process(*) att man helt enkelt skulle tillsätta ytterst små mängde kondensationskärnor och resultatet skulle vara kyla. Resan upp och ner genom atmosfären är nödvändig för att kylmaskinen skall fungera korrekt.

Kylmaskinen är exakt densamma som finns i normala åsk- och regnmoln. Det är alltså ingenting konstigt i processen och den är relativt väl känd.

Man kan producera kyla för t.ex. en förstahjälpsvätska genom att man blandar lämpliga salter med vatten. Lösningen av salterna i vattnet kräver värme vilket leder till att temperaturen sjunker. Detta system fungerar inte för att producera kyla storskaligt, mängderna salter som skulle behövas är ofantliga och regnvattnet skulle genast avslöja processen eftersom regnvattnet skulle vara odrickbart. En liknande process användes förr för att åstadkomma kyla för t.ex. glassproduktion. Då man blandar finhackad is med vanligt salt kommer temperaturen att sjunka till ca. -18 grader C vilket är tillräckligt kallt för att glass skall stelna.

Dimma, moln och jetstrimmor

14/04/2013

Lite bakgrund om MOLN

Orsaken till att den här artikeln har skrivits är diskussioner på nätet angående kondensstrimmor från flygplan.

Det verkar finnas grupper på nätet som anser att i stort sett alla kondensstrimmor är storebrors försök att påverka vädret eller undersåtarna via såkallade chemtrails. Eftersom det är tydligt att många skribenter inte har en aning om hur normala moln uppför sig kan det finnas behov av lite bakgrundsinformation.

Vatten och aggregationstillstånd

Vatten kan förekomma i olika tillstånd. Vilket tillståndet är beror av temperaturen och det atmosfäriska trycket.

Fast vatten, snö och is

Då temperaturen är under noll grader övergår vatten i fast form och förekommer då som snö och is. Trots att temperaturen är under noll grader kan vatten i viss utsträckning övergå i gasform genom såkallad sublimering om luftens fuktighet är låg eventuellt kopplat till lågt lufttryck. Vatten i fast form är naturligtvis mycket konkret påtagligt.

Flytande vatten

Vatten i havet, i bäckar och åar samt i form av regn är flytande vilket vi alla känner till. Vatten i flytande form är naturligtvis också mycket påtagligt.

Vatten i gasform

Då man kokar vatten börjar vatten övergå i gasform och vatten i denna form är helt genomskinlig och i princip osynlig. Då gasens temperatur sjunker tillräckligt mycket kan en del av vattenångan kondenseras till mikroskopiska vattendroppar som syns som dimma.

Vatten övergår i osynlig vattenånga i bilden ovan.

Ångan från den varma koppen hinner kondenseras så att dimma bildas. Dimman består av mikroskopiska vattendroppar alltså vatten i vätskeform.

Hur bildas dimma

Under vissa tider på året är det vanligt att det bildas dimma nära marken på låglänta ställen under kvällen och natten. Då solen går upp kommer dimman rätt snabbt att försvinna. Vad är det fråga om?

Under en klar dag kommer rätt stora mänder vatten att avdunsta från marken och att avges av gröna växter som en biprodukt av fotosyntesen.

På kvällen kommer luften att ha en hög luftfuktighet. Då solen börjar gå ner minskar mängden instrålad energi och utstrålning av energi till rymden börjar bli dominerande. Resultatet är att markytans temperatur sjunker eftersom värme kontinuerligt strålar ut. Luften nära marken kommer att kylas av och bli tyngre.

Om vi betraktar en dalgång så kommer den kalla tunga luften nära markytan att börja rinna ned i dalgången varvid varmare luft högre upp tar dess plats och kyls ner. Den kalla luften kommer att samlas längst ner i dalen eftersom den inte kan rinna längre ner då marken kommer emot. Nedkylningsprocessen då värme strålar ut kombinerat med kall luft som rinner ner längs slänterna är så effektiv att det t.o.m. på sommaren kan bildas frost nere i dalen. Den typiska situationen är dock att temperaturen sjunker så lågt att den relativa luftfuktigheten når 100% varvid vattenånga övergår i vattendroppar och det bildas dimma. Då dimma bildas kommer det att frigöras värme och samtidigt kommer dimman att minska utstrålningen av värme.

Då solen går upp kommer det rätt snabbt att stråla in så mycket värme att dimmans vattendroppar igen övergår i vattenånga som är genomskinlig … dimman försvinner.

Motsvarande situation uppstår lätt på hösten över ett varmt hav då lufttemperaturen blir lägre än havsytans temperatur. Nära havsytan är luftfuktigheten mycket hög. Då temperaturen sjunker så bildas på motsvarande sätt som ovan dimma nära havsytan. Dimlagrets tjocklek behöver inte vara mer än några meter.

Temperaturfördelningen i atmosfären

Atmosfären brukar delas upp i olika delar

  • Troposfären (0 – 11 km). Troposfären når i medeltal 11 km över jordytan, 7 km vid polerna och 17 km vid ekvatorn och innehåller omkring 80% av atmosfärens gaser. Temperaturen minskar med höjden. I troposfären blandas luften livligt vertikalt på grund av att varm luft stiger uppåt där temperaturen är lägre, däremot blandas luften mycket lite mellan norra och södra halvklotet. Blandningen mellan troposfären och stratosfären är också liten. Allt väder äger rum i troposfären, och nästan alla moln finns i troposfären.
  • Stratosfären (11 – 55 km). Temperaturen ökar med höjden. Detta beror på att ozonlagret i mitten av stratosfären absorberar ultraviolett ljus och den övre delen av stratosfären absorberar mer energirik kosmisk strålning. Luften blandas mycket mindre vertikalt i stratosfären eftersom temperaturens stigning med höjden hämmar stigningen hos eventuell varmluft. I stratosfären förekommer ibland pärlemormoln.
  • Mesosfären (55 – 85 km). Temperaturen minskar med höjden; detta är den kallaste delen av atmosfären, speciellt kring sommarpolen där nattlysande moln ofta förekommer.
  • Termosfären (85 – 600 km). Temperaturen ökar först kraftigt med höjden på grund av solens joniserande strålning, men planar sedan ut så att termosfärens övre delar blir i stort sett isoterm. Detta beror på att molekylernas fria medelvåglängd inom övre termosfären kan bli tusentals km, och när molekylerna kan röra sig fritt så långt tar de även med sig temperaturen från där de var tidigare. Inom termosfären förekommer aldrig några moln, däremot kan norrsken förekomma där.

Regionerna mellan dessa fyra lager kallas tropopausen, stratopausen och mesopausen.

Då man förflyttar sig från markytan uppåt i atmosfären visar det sig att temperaturen sjunker med en hastighet man brukar kalla ”lapse rate”. Allmänt kan lapse rate beteckna hur en godtycklig atmosfärisk variable avtar med höjden, men vi betraktar nu temperaturen.

Upp till ca. tio kilometers höjd kommer temperaturen att avta rätt jämnt med höjden. Temperaturen sjunker med ca. 6.4 grader C/km . På ungefär tio kilometers höjd är temperaturen ungefär -50 grader C. Då man betraktar bilden ovan ser man att temperaturen vid 12-13 km höjd igen börjar stiga för att nå ungefär noll grader på 50 km höjd.

Hur bildas moln?

En varm vårdag lyser solen på ett svart plöjt fält. Stora mängder vattenånga avdunstar från marken och bildar en ”bubbla” ovanför fältet. Vattenånga har molekylvikten 16 g/mol + 2 gram/mol = 18 g/mol (en syreatom + två väteatomer) vilket är betydligt mindre än molekylvikten för huvudkomponenterna kväve och syre (28 g/mol respektive 32 g/mol) vilket betyder att bubblan förr eller senare lossnar från markytan och börjar stiga uppåt ungeför som en ballong, samtidigt börjar följande bubbla bildas på samma plats. Tätheten hos vattenånga är alltså lägre än luftens täthet. Vattenångan fungerar alltså som lyftgasen i en gasballong. Situationen påminner mycket om situationen i en kokande kastrull där samma punkt ofta genererar ångbubbla efter ångbubbla.

Då den fuktiga luftbubblan stiger uppåt kommer dess täthet att minska eftersom lufttrycket minskar högre uppåt. Resultatet blir att temperaturen i bubblan sjunker med i medeltal ca. 6.4 grader/km. Eftersom luften ovanför fältet var nästan mättad med vattenånga behövs inte någon stor temperatursänkning för att ångan kanske en halv kilometer upp skall kondenseras till vattendroppar d.v.s. dimma och resultatet är att ett moln bildas.

En normal solig dag då det är högtryck kommer det nybildade molnet att omges av torr luft vilket betyder att de nybildade vattendropparna i molnet rätt snabbt kommer att blandas med torrare luft och dropparna avdunstar och försvinner eftersom vattenånga är genomskinlig. Vattnet finns fortfarande i leften men vi kan inte se den.

Vårt svarta plöjda fält kommer att regelbundet att generera nya bubblor under dagen och varje bubbla ger upphov till ett litet moln. Då man betraktar situatione från ett flygplan ser man ofta rätt tydligt hur samma punkt på marken ger upphov till en rad små moln som så småningom löses upp och försvinner.

De varma fuktiga luftbubblorna ger upphov till något som kallas termik. Segelflygare kan använda stigande termikbubblor som hiss och på detta sätt vinna höjd utan att använda motor.

Det är intressant att notera att den nedre kanten på moln ofta är rätt distinkt d.v.s. nästan knivskarp. Orsaken är helt enkelt att den höjd som dimma bildas på bestäms av temperaturprofilen i atmosfären och höjden där moln bildas ur termikbubblor bestäms av lapse rate.

Om det bildas väldigt mycket termikbubblor så kan bubblorna gå ihop och större moln bildas. Eftersom det då inte finns torrare luft kring bubblorna så kommer molnen inte att upplösas utan luftmassan fortsätter att stiga uppåt med hjälp av den frigorda värmen från kondenseringen vattenånga-dimma. Då den fuktiga luften når en nivå där temperaturen ligger under noll grader fryser dimman till is och stora mängder värme frigörs vilket gör att luftmassan förs ännu högre upp. Om tillräckligt mycket vattenånga avdunstar från marken på tillräckligt stora områden kan höga åskmoln skapas där de vertikala luftströmmarna inne i molnet kan skapa statisk elektricitet … vi får ett åskmoln. Toppen av ett åskmoln kan nå upp till tio kilometers höjd.

Det visar sig att moln kan bestå antingen av små vattendroppar på samma sätt som dimma eller av små iskristaller. Typiskt så är molnen ”dimma” nära marken och iskristaller högre upp i atmosfären.

Hur bildas jetstrimmor

Då flygfotogen (kerosen) förbränns i en flygmotor bildas koldioxid, vatten och små mängder sot (mikropartiklar av kol). Då flygplanet flyger på en höjd där temperaturen är tillräckligt låg så kommer vattenångan i avgaserna att kondenseras till dimma/moln och vi ser en jetstrimma.

Då flygplanet landar/startar är luftens temperatur så hög att den osynliga vattenångan inte kondenseras till synlig dimma. På låg höjd brukar således inga kondensstrimmor bildas. Observera att mängden vatten är så liten i avgaserna att blandningen med luft nere i atmosfären snabbt får en jetstrimma att försvinna.

Då ett flygplan startar/landar flyger det med en relativt låg hastighet vilket kräver att vingarna genererar mycket lyftkraft vilket i sin tur kräver mycket lågt tryck på vingarnas översida. Då trycket på ett mycket kort ögonblick sjunker, då luftströmmen passerar vingen,  bildas ofta temporärt dimma nära vingspetsarna. Denna dimma försvinner lika snabbt som den skapades då luften igen värms upp då trycket återgår till det normala bakom vingen.

Vad avgör om en jetstrimma blir hängande kvar

Information om jetstrimmor och varför de ibland hänger kvar och ibland försvinner rätt snabbt hittar du här (engelska) contrail.

För att det skall bildas en jetstrimma som hänger kvar länge krävs att temperaturen är mycket låg d.v.s. -50 … -60 grader C samt att luften är supersaturerad i förhållande till is. Då agaserna kommer ut ur motorn innehåller de ca. 1.2 kg vattenånga per liter förbrännt flygbränsle. Avgaserna blandas med omgivande luft och kyls ner. Om den omgivande luften är väldigt torr kommer vattenångan inte att kondenseras till vattendroppar/iskristaller och man får ingen bestående jetstrimma.

Då luften är mycket kall -50 … -60 grader C samt dessutom i stort sett saturerad med fuktighet så kondenseras vattnet i avgaserna och det bildas dimma/iskristaller som inte kan avdunsta eftersom den omkringliggande luften är nästan mättad med vattenånga. Jetstrimman kan då bli hängande kvar under rätt lång tid.

En jetstrimma kan slås på/stängas av skenbart slupmpmässigt. Orsaken är lätt att förstå. Antag att flygplanet flyger med samma motoreffekt. Då planet får order att byta flyghöjd från säg 11500 m till 8000 m dyker det från extremt kall luft ner i betydligt varmare luftlager. Som man ser i ovanstående referens är det höjdområde inom vilket synliga jetstrimmor bildas  begränsat och då flyghöjden sänkts tillräckligt så upphör plötsligt jetstrimman att bildas.

Då flygplanet flyger nära gränsen för det område där kondensstrimma bildas blir situationen följande. Gränsen mellan det kalla saturerade området där kondensstrimma blir kvar och det lägre varmare området är inte en matematiskt plan yta utan mera att betrakta som ytan av ett hav med vågor. Vi kan då få en situation där flygplanet plöjer igenom osynliga vågor i atmosfären och vi ser områden med kvarhängande jetstrimma omväxlande med områden utan jetstrimma.

Det är värt att notera att flygmotorutvecklingen har lett till att om ett gammalt och ett nytt flygplan flyger bredvid varandra på samma höjd så tenderar det moderna flygplanet att generera jetstrimma oftare än det äldre flygplanet. Orsaken är att det nyare flygplanets motorer har en högre verkningsgrad vilket betyder att de utströmmande avgaserna är kallare. De kallare avgaserna hinner lättare frysa till iskristaller innan de blandas med omgivande torrare luft, som får dem att försvinna, än de varmare avgaserna från det äldre planet. De varma avgaserna från det gamla planet blandas med den omgivande torrar luften och innan is hunnit bildas har vattendropparna redan avdunstat till vattenånga som är osynlig.

Dagens moderna flygplan flyger på allt högre höjd eftersom luftmotståndent minskar ju högre man flyger (proportionellt mot luftens täthet). Högre flyghöjd betyder samtidigt automatiskt att sannolikheten för att en ”bestående” kondensstrimma skall bildas är högre än då planen flyger på lägre höjd.

Chemtrails?

Det finnas grupper av människor som tror att i princip alla jetstrimmor är avsiktliga utsläpp av en okänd maktgrupp och som är avsedda att påverka vädret eller människors psyke via olika kemiska tillsatser, detta är ren smörja.

Man har i USA, i Sovjetunionen och i Kina med varierande resultat besått regnmoln med bl.a. silverjodid för att på konstgjord väg skapa regn. Man har kunnat få existerande moln att producera regn t.ex. så att regnet har fallit framför en stad eller t.ex.Olympiska spel och på detta sätt minska vädrets inverkan lokalt genom att låta regnmoln regna ur sig innan de når området man vill skydda.

Den främsta orsaken till att chemtrails skapade genom tillsattsämnen i flygbränsle  är ren smörja är att flygmotorer är extremt dyrbara. Att lägga till små mängder biodisel i flygplansbränslet krävde år av experiment eftersom ingenting får skadas och motorerna måste hållas igång kontinuerligt. Att lägga till mikropartiklar av Aluminium, kolpartiklar och andra ämnen i bränslet är att beställa stora problem, något ingen vågar riskera.

Chemtrail-troende verkar tro att man med blotta ögat kan avgöra vilka kondensstrimmor som är såkallade chemtrails och vilka som är ”naturliga”. Motsvarar detta den gamla metoden att spå framtiden i kaffesump?

Vår framtida energiförsörjning

11/04/2013

Denna artikel behandlar samhällets framtida energiförsörjning utgående från de tekniska och politiska randvillkor vi känner idag. Vårt geografiska läge på höga nordliga breddgrader gör att tillgång till en­ergi inte är en bekvämlighetsfråga utan en kritisk överlevnadsfråga. Artikeln visar att vissa alternativ för produktion av basenergi som förts fram i offentligheten inte är realistiska. Våra internationella förpliktelser att begränsa utsläpp av växthusgaser tvingar oss att i framtiden i allt högre utsträckning frångå fossila bränslen. Artikeln pekar också på att rädslan för den med kärnkraft förknippade strålningen är i hög grad irrationell.

Artikeln ingick i Ekonomiska samfundets tidskrift år 2002 nummer 1.  Nedanstående artikel diskuterar vilka delar av analysen som visade sig bli rätt när vi nu har tio års perspektiv på utvecklingen. Observera att referencerna i vebbversionen kan vara fel. Ladda ner den ursprungliga artikeln från Ekonomiska Samfundet om du behöver kontrollera någon referems. Omservera också att en del vebbreferenser har försvunnit på tio år. Googla!

Den ursprungliga artikeln hittas här:

http://www.ekonomiskasamfundet.fi/est/files/est_102.pdf

Energi och samhälle

Ett modernt samhälle behöver stora mängder energi. Vår höga materiella levnadsstandard är en direkt följd av att vi har tillgång till i princip obegränsade mängder relativt billig energi.

Vi kan i tredje världen tydligt se vilka problem som uppstår då energi till ett överkomligt pris inte finns att tillgå. Skogar skövlas och öknar breder ut sig på många områden som en direkt följd av att ved används som bränsle i ineffektiva eldstäder. Insamling av en familjs ved för matlagning samt vattenhämtning kräver flera timmars arbete varje dag. Den tid som läggs ner på ineffektivt arbete för anskaffning av livets nödtorft är förlorad för utbildning och annat som på sikt, permanent, kunde höja befolkningens levnadsstandard.

Olja blir en bristvara

Mänskligheten har i några hundra år haft tillgång till i princip obegränsade mängder lätt tillgänglig fossil energi i form av kol och olja. Uppskattningar av hur länge de återstående fossila energitillgångarna räcker till varierar för olja mellan kanske 50 och 150 år. Koltillgångar finns det för ytterligare många hundra års konsumtion. Det är dock intressant att notera att man uppskattat1 att den genom historien maximala årsproduktionen av olja kommer att uppnås mellan åren 2006 – 2010. Vissa konservativa uppskattningar säger att produktionstoppen infaller ca. 2020, även i detta fall således inom en relativt nära framtid. Efter detta kommer oljeproduktionen att börja minska för att aldrig mera signifikant öka. Hur oljebrist och till följd av detta sti­gande oljepriser kommer att påverka högteknologiska samhällen som är beroende av olja blir intressant att se.

Kommentar: Ny (mer än 40 år gammal) teknik för att borra böjda hål och på hydraulisk väg (fracking) spräcka oljeförande berg har lett till en situation där tömda oljefält plötsligt producerar olja igen. I USA ser vi idag en överproduktion av naturgas då man för några år sedan importerade gas. Man uppskattar att gasreserverna räcker hundratals år och att import av olja till USA kan bli onödig inom en nära framtid. Det har visat sig att hittills alla förutsägelser om att någon specifik resurs tar slut har kommit på skam.

Videon visar hur den nya tekniken fungerar.

Förbränning av fossila bränslen såsom kol och olja men också naturgas producerar ofantliga mängder koldioxid, som är en s.k. växthusgas. Växthusgaserna absorberar effektivt den från jorden utgående infraröda värmestrålningen vilket kan höja temperaturen på jorden. Man bör dock hålla i minnet att ca. 95% av den växthuseffekt som är orsaken till att jorden är beboelig är förorsakad av vattenånga i atmosfären. Den lilla återstoden 5% täcks av koldioxid, metan och andra växthusgaser. Den maximala förändring koldioxiden kan ge upphov till i växthuseffekten är sålunda några pro­cent inte tiotals procent som man kanske skulle tro då man läser populärpressen. Dagens klimatmodeller är så inexakta att ingen ännu med säkerhet kan säga hur stigande temperaturer påverkar det globala kli­matet. Man kan inte ens med säkerhet säga om den temperaturstegring man kunnat se under senare år beror på mänsklig verksamhet eller om den beror på förändrad solaktivitet2. Vårt ansvar för kommande gener­ationer kräver dock att vi strävar efter att hålla mänsklig klimatpåverkan så liten som möjligt för att inte skapa problem för kommande generationer.

För många utvecklingsländer är energiproduktion baserad på kol det enda realistiska alternativet då inhemska koltillgångar finns och eftersom kolkraften kräver rätt lite kapital och tekniskt kunnande. Man kan därför förvänta sig en kraftig utbyggnad av kolkraften i utvecklingsländerna under de närmaste åren. Trycket på de utvecklade länderna att frångå fossila energikällor är sålunda mycket stort.

Kommentar: Jordens medeltemperatur har inte stigit på 16 år och det ser ut som om klimatmodellerna skulle ha laborerat med fel klimatkänslighet för CO2. Indien och Kina bygger ut kolkraften (men också kärnkraft) så snabbt det är möjligt eftersom tillgång till billig energi är en förutsättning för att lyfta upp befolkningen ur fattigdom.

Globalt effektbehov 2000 GW

Man har uppskattat3 att mänskligheten inom de närmaste årtiondena måste ersätta ca. 2000 GW (en GW motsvarar ungefär effekten hos de två kärnkraftverken i Lovisa) effekt producerad främst med kol som bränsle, men siffran innehåller också existerande kärnkraftverk som måste bytas ut. Den angivna effekten motsvarar den globala fasta energiproduktionen idag. Det energiproduktionsbehov som måste ersättas motsvarar att man kontinuerligt färdigställer ungefär ett kärnkraftverk av storleken Olkiluoto I + II per vecka4, vi återkommer till detta senare i artikeln.

Småskalig eller storskalig energiproduktion

Den mest ekonomiska storleken på kraftverk beror av flera olika faktorer. Finns lokala bränslen tillgängliga och hur skall bränsletransport och lagring skötas? Hur är kraftverkets pris beroende av storlek och byggtid? Vilken är kapaciteten hos energidistributionsnäten? Kommer energin att användas lokalt eller distribueras den över ett större område? Skall kraftverket användas för produktion av endast elektricitet/processvärme eller kan spillvärmen vars andel är över 50% av kraftverkets totala effekt användas för t.ex. fjärrvärme? Om spillvärmen kan användas som fjärrvärme kan kraftverkets totala verkningsgrad stiga från 35 – 45% till 80 – 90%. Kombinerad produktion av elektricitet och fjärrvärme är således mycket lönsam. Ur rent fysikalisk synvinkel uppnås sannolikt den bästa ekonomin om energiproduktionen sker centraliserat vid ett relativt litet antal kraftverk. Hur många enheter som behövs är beroende av distributionsnätet, av vilken redundans man vill ha samt av om spillvärmen från energiproduktionen på nordliga breddgrader kan utnyttjas för fjärrvärme. Stora kraftverksenheter tillåter i allmänhet effektiv rening av utsläpp och god kontroll över det avfall som produceras. Teknikens utveckling kan dock på sikt medföra att relativt små enheter kan bli lönsamma om de producerar både värme och elenergi.

Konventionell produktion av basenergi

Konventionella alternativ för energiproduktion bygger på kol, naturgas, hyggesrester och annat avfall, vat­tenkraft samt kärnkraft som i denna artikel behandlas separat. Möjligheter att i betydande omfattning bygga ut vattenkraften finns inte i praktiken vilket den politiska långdansen kring Vuotosbassängen tydligt visat. Det viktigaste framtida konventionella bränslet utgörs av kol kombinerat med lokala bränslen såsom hyggesavfall och torv. Torv och bioavfall måste av lönsamhetsskäl användas relativt nära bränslekällan eftersom de i förhållande till sin volym har ett relativt litet energiinnehåll. Naturgas är ett bekvämt och relativt miljövänligt bränsle vars pris kan utgöra en samhällsrisk, eftersom det ofta är kopplat till oljepriset. Naturgas är i likhet med olja en begränsad resurs. En orsak till att man i USA på nytt lyfter fram kärnkraften som alternativ för produktion av basenergi är att det börja uppstå gasbrist vilket höjer gaspriset.

Kommentar: Överproduktion i USA idag till följd av storskalig användning av ny teknik: Fracking.

Småskaliga alternativ för energiproduktion i Finland är vindkraft, biogas och bioavfall samt naturgas. Det finns många områden i vårt land där lokal produktion i liten skala är välmotiverad till följd av långa avstånd till det landsomfattande elnätet. Exempel på sådana om­råden är Åland och Åbo skärgård samt sannolikt områden i Lappland. Marginell energiproduktion baserad på vind och biobränslen kommer säkert att finnas också på andra områden.

Vindkraft

Vindkraften har blivit populär under de senaste årtiondena. Betydande tekniska förbättringar har skett så att verkningsgraden blivit bättre, priset sjunkit och behovet av service min­skat. I många kretsar har vindkraften förts fram som en lösning på våra framtida energiproblem eftersom vindkraften i likhet med vattenkraften ses som absolut ren, säker och outsinlig. Vinden är dock nyckfull och energiinnehållet i vinden är litet. Vindkraftverk måste till följd av den låga energitätheten i luftflödet byggas mycket stora för att bli lönsamma. Statistik1 visar att vindkraftverk som ett årsmedeltal uppnår en verkningsgrad på ca. 20%. Trots detta brukar man vid marknadsföring av vindkraftverk anta att de kan producera 30% av toppeffekten som medeleffekt under ett år. Vindkraftens väderberoende medför att det behövs stor reserveffekt för att hantera perioder av svag vind under tider då elbehovet är stort. Detta betyder att man måste bygga t.ex. gaskraftverk som är dyra i drift för att hantera avbrott i produktionen.

Man har i England undersökt vindkraftens lönsamhet då man ställer samma krav på vindkraftens pål­itlighet som på andra energikällor. Kravet på andra energikällor är att ett kraftverk skall kunna ange vilken energimängd som finns till salu under de närmaste 3.5 timmarna. Undersökningen visade att den vind­kraftsfarm på 10 MW som undersökningen gällde skulle gå på förlust på grund av behovet att köpa in kompenserande energi på energispotmarknaden. Vindkraftens lönsamhet eller olönsamhet är ytterst en fråga om vem som skall stå för reservkraften. Om samhället subventionerar vindkraften och den inte be­höver betala investeringarna för reservkraft kan vindkraften visa lönsamhet.

Har landets befolkning sist och slutligen större glädje och nytta av att bevara våra unika naturområden för rekreation och turism än att ta dem i bruk som områden för energiproduktion? För att vindkraften skulle kunna bidra med en betydande andel av landets energiförsörjning borde hundratals kvadratkilometer tas i bruk för vindkraftparker. Kommer en omfattande, och dessutom tekniskt/ekonomiskt sett onödig, utbyggnad av vindkraft­en i vårt land av framtida generationer att ses som våldtäkt på vår natur? Utgående från erfarenheter i Mellaneuropa verkar det osannolikt att mer än 10 – 15% av energiproduktionen i Finland någonsin kommer att produceras med vindkraft.

Kommentar: Rätt bra beskrivning av dagens situation. Vi vet med facit på hand att vind- och solkraft kräver stora subventioner för att de skall löna sig ekonomiskt. Subventionerade inmatningstariffer, direkt byggstöd samt det faktum att vindkraftparker inte själva behöver betala för reservkraften. Kostnaderna flyttas över på konventionell kraft.

Utbyggnad av global energiproduktion

Tidigare i artikeln nämndes att mänskligheten under de närmaste årtiondena måste bygga kraftverkskapacitet som motsvarar ca. 1500 MW per vecka, i siffran ingår inte den san­nolika produktionsökning som behövs i tredje världen. För att inte öka produktionen av måste en stor del av denna effekt baseras på andra energikällor än fossila bränslen. Vi betraktar några alternativ:

  • Antag att vi vill tillfredsställa detta effektbehov genom att bygga ut vindkraft. Vi kommer då att behöva färdigställa ungefär 1500 st vindkraftverk med effekten 3 MW per enhet per vecka. Antalet vind­kraftverk bygger på ett årseffektmedeltal på 30% vilket sannolikt är alltför optimistiskt. För dessa vin­dkraftverk behöver vi reservera antingen nittio kvadratkilometer mark eller en motsvarande yta grunda kustvatten per vecka. Havsbaserade vindkraftverk kan endast byggas på grunda havsområden eftersom de blir olön­samma, till följd av höga byggnadskostnader, om vattendjupet är stort1. Globalt skulle vi då behöva färdigställa nio stora vindkraftverk per timme. Produktionsbehovet av vingar till dessa kraftverk skulle ligga på ca 3000 – 4500 st. per vecka. Då man jämför kraftverksvingarna med vingarna hos moderna trafikflygplan såsom Airbus A380 superjum­bo2 upptäcker man vissa potentiella problem. Kraftverksvingarna på ett stort vindkraftverk har längden 65 … 80 m d.v.s. propellerdiametern är 130 … 160 m. Spännvidden hos A380 är ca. 80 m d.v.s. en vinge hos planet är hälften kortare en längden hos ett propellerblad. Kraven på teknisk precision på en kraftverksvinge, aerodynamik och ytfinish, är desamma som hos en flygplansvinge. Kraftverksvin­gen har dock inte riktigt samma krav på lätthet som en flygplansvinge. Då kraftverken efter några tiotal år är mogna att skrotas återstår berg av problemavfall i form av glasfiber, kevlar och kolfiberkompositer.
  • Färdigställande av ett kärnkraftverk i veckan är inget problem. Under kärnkraftens gul­dålder i början av 1980-talet färdigställdes ungefär ett kärnkraftverk i veckan. Sedan början av 1960 talet då man utvecklade de reaktortyper som dominerar Europa idag har utvecklingen på reaktorom­rådet inte stått stilla. Utvecklingen har gått vidare mot ännu större enheter än tidigare. Effekter på upp till 2000 MW är inte ovanliga. En stor enhetseffekt betyder att antalet kraftverk som måste byggas blir mindre. En annan utvecklingslinje har gått mot mindre enheter3 med en effekt på ca. 100 MW som till sin fysikaliska konstruktion är idi­otsäkra och som enkelt kan serieproduceras4. Eftersom reaktorerna inte kan drabbas av härdsmälta5 kan de byggas nära befolkningscentra så att spillvärmen kan användas för fjärrvärme. Man kan räkna med att medeleffektbehovet per capita6 i Finland är ca. 700W. Detta betyder att det t.o.m. för en stad med endast 100 000 invånare skulle löna sig att producera energin med kärnkraft

Kommentar: Man börjar idag kunna se de problem vindkraften fört med sig. Kraftverk som byggs nära bebyggelse ger ljus och ljudproblem. Vindkraftverk dödar tiotals miljoner fåglar varje år. Verkningsgraden för vindkraften i förhållande till maxeffekten ligger kring 20%. Livstiden hos vindkraftverk är förvånande kort delvis till följd av en snabb teknisk utveckling som gör mindre vindkraftverk olönsamma. Det börjar finnas rätt många ”fossila” vindkraftsparker som inte producerar energi och där vindkraftverken står stilla och rostar. Till följd av kraftiga subventioner har man dock lyckats bygga ut vindkraften snabbt.

Energi kan inte produceras riskfritt

Något förvånande för många är att den renaste energikälla mänskligheten har d.v.s. vattenkraften är relativt farlig. Sett ur ett hundraårigt globalt perspektiv har vattenkraften krävt ett mycket stort antal människoliv. Problemet med vattenkraften är att följderna av att en stor kraftverksdamm brister i allmänhet är katastrofala och att ett stort antal människor omkommer. På grund av de svåra följderna av dammbristningar blir risk­erna med vattenkraften statistiskt sett relativt stora.

Ett kolkraftverk bränner ca. 100 g kol per producerad kilowattimme. Om ett kraftverk har effekten 1000 MW behövs ca. 790 000 ton kol per år om man antar att kraftverket körs på full effekt 90% av tiden. Det­ta betyder att ca. 90 ton kol per timme skall transporteras till kraftverket. Samtidigt skall ca. 14 ton aska forslas bort. Om man hypotetiskt tänker sig att bränsle och aska transporteras med lastbil betyder detta ungefär en lastbil var femte minut. Förbränning av kol producerar stora mängder koldioxid och kväveoxider. Koldioxid är en växthusgas som antas kunna påverka jordens klimat. Om förbränning av fossila bränslen på lång sikt åstadkommer betydande klimatförändringar kan följden bli ett mycket stort antal dödsoffer. Ko­laska innehåller betydande mängder tungmetaller samt radioaktiva1 ämnen som på olika sätt sprids ut i männi­skors närmiljö. Gruvbrytning2, transporter samt luftföroreningar förorsakar globalt ett mycket stort antal dödsfall.

Riskerna med biobränslen i form av hyggesrester, avfall etc. är svåra att analysera eftersom de är be­roende av vilken bränsleblandning kraftverket använder. Förbränning av betydande mängder hyggesav­fall leder till ökad landsvägstrafik som enligt finsk trafikstatistik3 för ett 1000 MW kraftverk uppskattas leda till ca. ett extra dödsfall per år samt fem skadade. Om man antar att kraftverkets livstid är 40 år betyder detta ca. 40 döda och 200 skadade som en följd av ökad landsvägstrafik. Till detta bör läggas utsläpp av carcinogent supergift Dioxin samt andra luftföroreningar. Vilken effekt ytterst små mängder Dioxin har på befolkningen är okänt. Mängden Dioxin som produceras är beroende av vilka bränsleblandningar kraftverket använder. Det är intressant att notera att antalet döda och skadade under kraftverkets livstid för detta, intuitivt ofarliga, alternativ ligger på samma nivå som de skador olyckan i Tjernobyl totalt gav upphov till enligt FN rapporten UN­SCEAR 20001. Till de beräknade skadorna måste man lägga till ett okänt antal cancerfall förorsakade av dioxinutsläpp samt skador förorsakade av luftföroreningar.

Vindkraften verkar vid första påseende vara en absolut ren och riskfri energikälla. Uppgifter från Danmark och Tyskland där man har erfarenhet av drift av stora vindkraftsparker visar dock att inte heller vindkraften är riskfri. Fram till 1998 hade man globalt byggt ut ca. 6500 MW effekt och ca. 20 människor hade dött på grund av vindkraft. Vindkraftens risker finner man bl.a. i byggnadsskedet då man bygger upp kraftverken som är 80 – 100 m höga. Byggandet sker ofta i relativt oländig terräng. Reparation och underhåll av vindkraftverk är inte heller riskfritt. Röster höjs i Tyskland för att kräva minst 600 m säkerhetsavstånd från stora vindkraftverk till t.ex. gång- och ridvägar. Kravet bygger på erfarenhet av hur långt rotorblad, delar av rotorblad samt isbitar flyger. Man har erfarenhet av att vingar och 0.5 kg tunga isbitar har flugit över 500 m. Rotordelar och isbitar av denna kaliber är livsfarliga projektiler.

Kommentar: Se http://www.caithnesswindfarms.co.uk/accidents.pdf

Kärnkraften är sannolikt, vid sidan om vindkraften, den säkraste formen av energiproduktion trots alla påståenden om motsatsen. Speciellt för kärnkraften är att bränslet upptar en ytterst liten volym1 eftersom energiinnehållet i Uran är stort. Uran innehåller ungefär en miljon gånger mera användbar energi än kol. Uranbrytning ger upphov till i princip samma risker som andra typer av gruvbrytning, olycksfall p.g.a. fysiska olyckor, kemisk påverkan såsom Arsenik, Uran, Radium samt radioaktiv strålning främst i form av Radon2. Transport av oanvänt kärnbränsle antas vara i stort sett riskfri eftersom mängden bränsle som transporteras är negligerbar jämfört med andra energikällor och bränslet som sådant inte utgör någon risk för omgivningen. Riskerna i samband med drift är beroende av kraftverkets grundkonstruktion och hur bränslet är inneslutet. I kokarreaktorer (BWR) och tryckvattensreaktorer (PWR) av västerländsk typ har inga olyckor förekommit där utomstående skulle ha kommit till skada. Erfarenheterna från attentatet mot World Trade Center i New York visar dock att attentat mot kärnkraftverk är möjliga.bränslet som sådant inte utgör någon risk för omgivningen. Riskerna i samband med drift är beroende av kraftverkets grundkonstruktion och hur bränslet är inneslutet. I kokarreaktorer (BWR) och tryckvattensreaktorer (PWR) av västerländsk typ har inga olyckor förekommit där utomstående skulle ha kommit till skada. Erfarenheterna från attentatet mot World Trade Center i New York visar dock att attentat mot kärnkraftverk är möjliga.
–>Långsiktig energistrategi för Finland Finland kan inte förlita sig på en enda energikälla. Vårt land kan inte producera den energi vi behöver med hjälp av vattenkraft. Den enda fossila energikälla vi har är torv. Vindkraft kan om den byggs ut kraft­igt producera högst 10 – 15 % av landets energibehov. Bioenergi ger ett viktigt tillskott i energibal­ansen men kan inte bli en dominerande energikälla. Bioenergi är dessutom redan idag en viktig energikälla för pappersindustrin. Naturgas tillåter bygge av billiga kraftverk men bränslet är dyrt och potentiellt konjunk­turkänsligt. Rent handelspolitiska/strategiska skäl talar mot en ökad import av naturgas så länge inga andra leverantörer än Ryssland finns.

Kärnkraft

Tekniskt kan man se två utvecklingsspår för nya kärnkraftverkstyper. Det ena spåret går mot allt större enheter där toppeffekten är upp till 2000 MW per enhet. Det andra spåret går mot relativt små reaktorer som på gr­und av sin konstruktion och sin litenhet kan göras helt säkra och således kan byggas ytterst nära befolkningscentra.

Stora kärnkraftverksenheter kräver stora mängder kapital som binds för en lång tid samt en säker avsättning för den producerade energin. Då en stor enhet tas i bruk leder detta lätt till ett stort temporärt överutbud på energi vilket kan leda till energislöseri samt dålig lönsamhet då energin måste säljas till underpris. Stora kärnkraftverksenheter är oftast specialkonstruerade för specifika lokala be­hov vilket ökar byggtiden och de ekonomiska riskerna.

Mindre kärnkraftverksenheter betyder att behovet av kapital och reglerkraft minskar. Behovet av reglereffekt kan minskas genom att minska på enhetsstorleken för kärnkraftverk. Effekten hos en liten gaskyld kärnreaktor kan regleras mycket snabbt jämfört med konventionella kärnkraftverk vilket minskar behovet av dyr toppeffekt.

Fjärde generationens1 kärnkraftverk

Sedan 1960-talet har man utvecklat nya reaktortyper2 utgående från driftserfarenheter från exister­ande kärnkraftverk. Kraftverk av denna typ byggs så att:

  • Kärnreaktionen snabbt slocknar av sig själv om kylningen upphör.
  • Passiv kylning genom naturlig konvektion garanterar att härdsmälta inte kan uppstå även om alla kyl­system samtidigt upphör att fungera. Kravet på att passiv kylning skall vara tillräcklig för att undvika härdsmälta medför att reaktorns effekt i förhållande till kärnans volym måste vara relativt låg.
  • Kärnbränslet är hermetiskt inneslutet i ett kraftigt skal av bl.a. kol och kiselkarbid som tål temperaturer upp till ca. 2000 oC. Bränslet upparbetas inte utan slutförvaras som sådant. Fig. 1 visar bränsleelementens konstruktion.
  • Bränsleskalet utgör en ytterligare försäkring mot att radioaktiva klyvningsprodukter skulle diffundera gen­om berggrunden från slutförvaret. Man har beräknat att bränsleelementens keramiska skal fungerar som en effektiv diffusionsbarriär i över en miljon år. Radioaktiviteten i det använda bränslet har då i praktiken avklingat helt.
  • Kylning baserad på ädelgasen Helium tillåter högre driftstemperatur än i konventionella reaktorer vilket resulterar i en betydande förbättring av verkningsgraden.
  • Gaskylning tillåter användning av gasturbiner som bygger på ultramodern flygmotorteknologi vilket sänker kostnaderna och höjer verkningsgraden.
  • Användning av inert ädelgas för kylning i stället för vatten betyder att problem med korrosion försvinner. Den mod­ulära PBMR reaktorn som beskrivs närmare nedan har ett serviceintervall på tre år jämfört med en månads driftstopp per år för dagens konventionella reaktorer.

PBMR_fuel_elements

Fig. 1  De keramiska bränsle-elementens konstruktion i en PBMR kärnreaktor.

Ett exempel på den fjärde generationens kärnreaktor är den Sydafrikanska PBMR (Pebble Bed Modular Reac­tor). Reaktorn genererar ca. 100 – 150 MWe effekt d.v.s. ungefär en sjundedel av effekten hos en reak­torenhet i Olkiluoto. Om större effekt behövs lägger man till ytterligare moduler som alla styrs från ett gemensamt kontrollrum. Tillverkaren, det sydafrikanska bolaget PBMR Ltd nära förbundet med det Sydafrikanska energibolaget Escom, planerar att serieproducera kraftverket och väntar sig kunna exportera ca. 30 kraftverksmoduler per år. Priset per modul har uppskat­tats till ca. 100 miljoner Euro. Elpriset har beräknats till ca. 1.6 cent (9.6 penni per kWh d.v.s. betydligt billigare än elektricitet producerad i dagens Finska kärnkraftverk) och det konkurrerar framgångsrikt med priset för elektricitet producerad av ett kolkraftverk placerat bredvid en kolfyndighet. Reaktorns pris torde ligga på en nivå som är 30% under priset för ett nytt konventionellt kärnkraftverk av den typ vi har idag. Kapitalkostnaderna för denna typ av kärnreaktor är också betydligt mindre än för konventionell kärnkraft eftersom byggtiden är kort1. Fig. 2 visar Braytoncykeln för gasflödet genom reaktorn och turbinerna. Den första reaktorn väntas bli färdig år 2005.

pbmr_diagram1

Fig. 2  Gasflödet, Breytoncykeln, genom en PBMR reaktor.

Reaktorbränslet1 består av ca. 310 000 bränsleelement blandade med moderatorelement av grafit. Element­en är sfäriska och av ungefär samma storlek som en tennisboll. Ett bränsleelement består av ca. 15 000 separat inkapslade bränslepartiklar och det innehåller totalt ca. 9 g uran. Bränslepartiklarna består av en ca. 0.75 mm stor partikel av urandioxid innesluten i koncentriska skal av poröst kol, pyrolytiskt kol och kiselkarbid. Bränslepartiklarna tål utan problem temperaturer där bränslestavarna i en konventionell reak­tor skulle smälta (härdsmälta). En bränslepartikel är konstruerad så att inga klyvningsprodukter kan lämna partikeln. Totalt innehåller reaktorn vid drift ca. 2.8 ton bränsle. Varje bränsleelement genererar ungefär 500 W då reaktorn kör på full effekt. Reaktorn fylls kontinuerligt på med nytt bränsle up­pifrån och använt bränsle tas ut nedtill. Varje bränsleelement kommer att passera reaktorkärnan ca. tio gånger innan bränslet slutligt tas ut för mellan- och slutförvaring. Energi produceras så att Heliumgas med temperaturen 500 oC pressas in vid toppen av reaktorn och därifrån ner förbi bränsleelementen. Gasen kommer vid passagen genom reaktorn att värmas till 900 oC. Den heta gasen passerar tre turbiner av vilka de två första driver kompressorer och den tredje elgeneratorn. Efter att ha drivit turbinerna och expanderat passerar gasen en värmeväxlare innan den kom­primeras med hjälp av de tidigare nämnda kompressorerna varefter cykeln kan starta på nytt. Verknings­graden hos denna typ av reaktor är ca. 45% vilket skall jämföras med ca. 30 – 35% för en konventionell reaktor. Den goda verkningsgraden är en direkt följd av att en gaskyld reaktor kan köras vid betydligt högre temperatur än en vattenkyld reaktor. Reaktorn är konstruerad så att härdsmälta, av rent fysikaliska orsaker, inte kan ske. Reaktorn är således passivt säker d.v.s. även om reaktorhärden lämnas helt för sig själv utan yttre kontroll kan inget farligt ske. Om reaktorkärnan värms upp alltför mycket minskar neutronproduktionen automatiskt till följd av att U238 i bränslet fångar in neutronerna utan att klyvas och utan att avge nya neutroner. Det använda bränslet kan slutförvaras billigt eftersom alla fissionsprodukter är inneslutna i bränslekloten. Det använda bränslet är naturligtvis högaktivt, men risken för att biologiskt aktiva fissionsprodukter (Sr90, J131 etc.) kommer ut i naturen är eliminerad. I praktiken sker slutförvaring av bränslet på samma sätt som för konventionellt använt kärnbränsle. Bränsleelementens skal utgör en extra säkerhetsbarriär jämfört med slutför­varing av kärnbränsle från konventionella reaktorer.

En PBMR kärnreaktor kräver ett utrymme som är av samma storleksordning som en fotbollsplan och säk­erhetszonen till närmaste bebyggelse är 400 m. De små dimensionerna gör det möjligt att bygga in reaktorn helt i berg vilket gör att skador p.g.a. exempelvis terrorattacker kan förhindras. Fig. 3 visar den mekaniska uppbyggnaden hos en PBMR reaktormodul. Reaktortanken mitt i bilden är ner­grävd i marken till nivå med gallret till höger.

pbmr_diagram

Fig. 3  En PBMR reaktormodul.

Slutförvaring av avfall från energiproduktionen

De enda kända energikällor från vilka avfallet kan hanteras på ett långsiktigt ekologiskt sätt är vattenkraft­ och kärnkraft. Vattenkraften producerar inget avfall som inte kan återvinnas (byggnader, turbiner, slam etc.). Kärnkraften producerar högaktivt avfall som fel behandlat är farligt under lång tid, men av­fallsmängderna är så små att allt avfall kan slutförvaras1 på ett säkert sätt.

Talet om att slutförvaring i berggrunden är riskabel eftersom avfallet skall lagras under lång tid visar att kritiker inte har satt sig ner med papper och penna och analyserat situationen. Om man betraktar ett slutför­var på djupet 500 m under markytan och undersöker bergets radioaktivitet inom en radie 500 m från slut­förvaret d.v.s. en stenkub med sidan 1000 m finner man att berget i Finland typiskt innehåller:

  • 100 000 ton naturligt Uran2. Denna mängd Uran skulle räcka till för att driva ovanstående PBMR kärnreaktor i ca. 2 700 år.
  • 200 000 ton Torium. Torium är ett potentiellt framtida kärnbränsle som dock kräver en ny typ av kärnreaktor. Den Kanadensiska CANDU reaktorn kan använda Torium som tillsatsämne i konvention­ellt bränsle. Under drift kommer neutronstrålningen från uranet att omvandla en del Torium till klyvbart bränsle. Behovet av Uran minskar med ca. 60% om Torium används som bränsletillsats i en CANDU reaktor.
  • Betydande mängder högaktivt Radium som producerar radioaktiv Radongas.
  • 25 000 ton radioaktivt Kalium (K40).

Mängderna naturlig radioaktivitet i berget runt slutförvaret är ofantliga. Om man borrar en 60 – 70 m djup borrbrunn direkt över slutförvaret kommer vattnet att vara radioaktivt, men denna radioak­tivitet kommer från de radioaktiva ämnen berget naturligt innehåller – inte från slutförvaret. Det är också skäl att notera att strålning från det högaktiva avfallet nere i marken absorberas helt i några meter berg. Män­sklighetens känsligaste strålningsmätare kan inte mäta någon strålning från avfallet några tiotal meter från slutförvaret men däremot nog strålningen från berget i närheten av mätaren3.

Slutförvaring av använt kärnbränsle djupt nere i berggrunden är nödvändig för att garantera att våra efterkommande inte aktivt skall behöva underhålla avfallslagret i tusentals år. Finland har planerat att byg­ga ett permanent slutförvar i Olkiluoto. Permanent betyder att slutförvaret byggs så att högaktivt avfall som förvaras där inte skall behöva tas upp eller underhållas av framtida generationer. Det finns däremot inga tekniska skäl till att avfallet inte senare skulle kunna tas upp. Det an­vända kärnbränslet har ett högt potentiellt värde som reaktorbränsle för framtida kärnkraftverk. Endast ca. 5% av energiinnehållet i använt reaktorbränsle har utnyttjats då bränslet förs till slutförvaring. Den enda orsaken till att använt kärnbränsle inte upparbetas till är att bränslet är så billigt att det är lönsammare att producera nytt bränsle än att up­parbeta använt bränsle. Om en betydande del av världens energiproduktion i framtiden sker med hjälp av kärnkraft kan det visa sig att det använda bränsle vi idag för till slutförvaring representerar ett mycket stort ekon­omiskt värde i form av högvärdigt uran som billigt kan omvandlas till nytt reaktorbränsle.

Kol- och bioenergi producerar så ofantliga mängder avfall att det är en praktisk omöjlighet att hantera det på ett ekologiskt sätt. Koldioxid dominerar helt utsläpp från kolkraftverk och kraftverk baserade på olja och naturgas. Koldioxiden kan inte avlägsnas eftersom mängderna är sto­ra och eftersom avlägsnandet av koldioxiden skulle kräva mycket energi. Förutom koldioxid producerar kraftverk baserade på fossila bränslen stora mängder kväveoxider och svaveldioxid. Svavelrening, som dock aldrig är hundraprocentig, ger upphov till stora mängder gips som dock inte torde utgöra något miljöproblem. Både kväveoxider och svaveldioxid utsläppta i atmosfären ger upphov till surt regn.

Aska från konventionella kraftverk används t.ex. som fyllnadsmaterial vid vägbyggen och som komponenter i betong. Trots att askan kan innehålla riskabelt höga halter av tungmetaller eller carcinogent dioxin sprids askan ut i samhället helt enkelt för att inga andra metoder att bli av med avfallet finns. Man har i USA beräknat att ett kolkraftverk höjer bakgrundsstrålningen i omgivningen med ca. 5% (detta är 5 … 10 ggr. högre än den strålningspåverkan ett kärnkraftverk ger). Om man använder LNT1 för att beräkna skadorna från denna extra stråldos bör den åstadkomma något tiotal onödiga can­cerfall per år. Till detta kommer ytterligare skador förorsakade av damm, svavel etc.

Uppskattning av strålriskerDagens metod LNT ”Linear No Treshold” för uppskattning av strålrisker bygger på följande antaganden:

  • Det spelar ingen roll hur snabbt en viss stråldos ges. Endast totalmängden strålning har betydelse. Strålningen antas sålunda ha samma effekt oberoende av om den ges under tiotals år eller under en mikrosekund.
  • En dödlig dos strålning given till en individ har samma effekt som om stråldosen ges till en stor grupp människor. Rent statistisk antas således den utspridda dosen ge upphov till lika många dödsfall som den koncentrerade individuella dosen.
  • Det finns ingen säker undre gräns för stråldoser.

Ovanstående antaganden ger upphov till en grov överskattning av strålningsrisker1. De bygger ytterst på en sannolikt alltför förenklad biologisk modell för hur cancer uppstår. Man antar att en enda strålskada på en cell kan ge upphov till cancer till följd av genetiska förändringar i arvsmassan. Man glömmer dock att den normala ämnesomsättningen åstadkommer ca. en miljon gånger fler genetiska skador i en cell än normal bakgrundsstrålning. Naturen har under årmiljonernas lopp skapat ytterst effektiva metoder för att korrigera cellskador då detta är möjligt och al­ternativt metoder att döda cellen då en skada inte kan repareras. Eftersom strålningen under tidigare årmil­jarder har varit mångdubbelt högre än idag kan man förvänta sig att också mekanismer för att korrigera cellskador förorsakade av joniserande strålning har uppkommit.

Observationer visar att:

  • Bakterier som lever vid en artificiellt låg strålningsnivå mår sämre än en kontrollpopulation som lever vid en normal strålningsnivå.
  • Kor och möss som lever i en omgivning med kraftigare strålning än normalt lever längre än en kontrollgrupp uppfödd vid normal strålningsnivå.
  • Överlevande från Hiroshima och Nagasaki2 har en lägre dödlighet än motsvarande åldersklasser bland befolkningen i Ja­pan som inte utsatts för bestrålning.

Ovanstående rätt oväntade resultat kan förstås om man antar att strålning aktiverar vissa naturliga skyddsmekanismer i kroppen. De aktiverade skyddsmekanismerna påverkar alla genetiska skador på sam­ma sätt oberoende av om de uppkommit genom den normala ämnesomsättningen, på termisk väg eller till följd av strålning. Eftersom största delen av skadorna är förorsakade av den normala ämnesomsättningen kommer nya korrektionsmekanismer att korrigera ett mångdubbelt större antal skador förorsakade av ämnesomsättningen än ett litet tillskott strålskador. Slutresultatet är att stråldoser som ligger över bakgrundsstrålnin­gen men betydligt under en nivå då akuta strålskador uppstår ger upphov till förbättrat immunförsvar3. Eftersom cellförändringar som kan ge upphov till cancer i de allra flesta fall elimineras av immunförsvaret bör en låg extra stråldos utöver bakgrundsstrålningen ge upphov till lägre cancer­frekvens än hos en kontrollgrupp som inte utsatts för strålning.

Då man undersöker cancerfrekvensen i oli­ka länder (direkta jämförelser är besvärliga eftersom levnadssätt, kost- och tobaksvanor är olika) visar det sig att länder med den högsta bakgrundsstrålningen har den lägsta cancerfrekvensen och tvärtom. Man har också experimenterat med att behandla vissa cancerformer genom bestrålning av hela eller halva kroppen med små stråldoser där man inte försökt ”bränna” bort cancern utan där man använt strålningen till att aktivera immunförsvaret. Resultaten har varit lovande4 då man i bästa fall kunnat förstärka immunförsvaret upp till 180%.

Ovanstående fenomen tyder på att rädslan för kärnkraft och den strålning den potentiellt kan utsätta män­niskor för är ytterst irrationell. Om forskning visar att stråldoser av samma storleksordning som bakgrundsstrålningen inte är skadliga5 utan tvärtom i vissa fall till nytta för hälsan faller bottnen ur kritiken mot kärnkraften. Radioaktiva ämnen bör liksom många andra ämnen som används inom tekniken behandlas med respekt. Något behov av irrationell rädsla för strålning finns inte. Objektivt sett är kärnkraften den renaste och minst resursförstörande energikälla mänskligheten för närvarande har tillgång till.

Sammanfattning

Basenergin borde på längre sikt av miljö- och säkerhetsskäl produceras med kärnkraft. Nya kärnkraftverk bör i framtiden i Finland byggas in i berg för att på så sätt göra dem osårbara mot eventuella terrorangrepp och för att garantera energiproduktionen vid en eventuell kristid. Kärnkraften är den enda energikälla som utan problem tillåter oss att bygga upp bränsleförråd för flera års energiproduktion6 utan att detta medför oöverstigliga kostnad­er eller lagringsproblem. Kärnkraften frigör oss också i hög grad från beroendet av fossila bränslen och de miljö- och kostnadsrisker dessa representerar.

Alternativet till ovanstående scenario är ett samhälle baserat på vattenkraft, vindkraft, bioen­ergi, kol och i mindre utsträckning gas. Solenergi är på grund av vårt geografiska läge inget verk­ligt alternativ7. Sannolikt måste ener­giproduktionen i detta fall kombineras med ett ytterst långt drivet energisparande. Befolkningen skulle tv­ingas ändra sin energikonsumtion8 med hjälp av hård energibeskattning. Val av detta alternativ betyder att vi med till visshet gränsande sannolikhet dömer hundratals människor till döden under de närmaste årtiondena till följd av kolbrytning, bränsletransporter och mängder av små olyckor. Risken finns att ett lågenergisamhälle påverkar miljön negativt i mycket högre grad än en blandad energiproduktion baserad i huvudsak på kärnkraft.

Historien visar tydligt att felaktiga politiska beslut9 kan ha en bärvidd som sträcker sig över lång tid. Det är inte alls självklart att den resursförstöring som kan bli följden av att energiförsörjningen eventuellt baseras på gas och vindkraft enkelt kan korrigeras senare. Kraftigt stigande priser på fossila bränslen kombinerat med resursförstöring i form av stora olönsamma investeringar i s.k. alternativa energikällor kan allvarligt skada vårt lands internationella konkurrenskraft.

Referenser och länkar:

1C.J.Campbell et al. ”The end of Cheap Oil”, Scientific American 1998. Problemet har senare diskuter­ats i stor omfattning på internet. Några adresser som diskuterar om och när vi upplever en ny energikris då produktionen inte motsvarar konsumtionen är: http://sepwww.stanford.edu/sep/jon/world-oil.dir/ lynch/worldoil.htm, http://www.sciencenews.org/sn_arc98/10_31_98/fob6.htm samt http:// http://www.greatchange.org/us_news_world_report_peaks.html .

2 Henrik Svensmark “Influence of Cosmic Rays on Earth’s Climate”. Artikeln finns på nätet på adressen http://www.dsri.dk/~hsv/Noter/solsys99.html. Svensmark visar på en tydlig koppling mellan solaktiviteten och jordens klimat.

3Nuclear Issues Vol 23 No 5 May 2001. Statistik över energiproduktion baserad på kärnkraft och andra energikällor. Siffran bygger på att existerande kärnkraftverk måste förnyas samt kolkraftverk bytas ut mot rena energikällor. En betydande ökning av energiproduktionen i utvecklingsländerna väntas också.

4 25 år motsvarar 1300 veckor. Vi måste då i medeltal ersätta ungefär 1.5 GW i veckan. Om man antar att ersättandet av existerande produktionsmedel kan göras långsammare sjunker naturligtvis behovet av ny energiproduktion.

1Nuclear Issues Vol 22 No 7 July 2000. Statistik över verkningsgraden hos vindkraften i olika Europeis­ka länder år 1999. Verkningsgraden varierade mellan 14.8 i Finland och 27.8 i Spanien. Medeltalet låg på ca. 20%. Då vindkraften marknadsförs i Finland brukar man räkna med en verkningsgrad på ca. 30%!

1 Författaren undersökte på slutet av 1970-talet tillsammans med Övl. Å Silén möjligheterna att patentera teknik för flytande vindkraftverk för vilka vattendjupet inte skulle ha utgjort något större problem. Flytande vindkraftverk skulle tillåta serieproduktion av standardiserade vindkraftverk. Det hade varit möjligt att få patentskydd, men ansökan drogs tillbaka eftersom det verkade osannolikt att det inom en överskådlig framtid skulle uppstå en marknad för tekniken.

2Airbus A380 är för närvarande i planeringsskedet. Flygplanet planeras i det första skedet för ca. 500 passagerare. Antalet passagerare kan i framtiden ökas till ungefär 800 på samma plattform. Flygplanets spännvidd är ca. 80 m.

3 En god översikt över olika alternativ för småskalig kärnkraft ges i James A. Lake et al: “Next-generation Nuclear Power”, Scientific American Jan. 2002.

4Majorie Mazel Hech ”A Meltdown-Proof Reactor: The General Atomics GT-MHR”. 21st Century Sci­ence & Technology, Spring 2001.

5Effekten per volymenhet i kärnan är så låg att temperaturen inte kan bli så hög att bränslet smälter. Bränslet består av keramiska material som tål bränsletemperaturer på över 2000 oC utan att skadas. Kravet på passiv säkerhet d.v.s. att alla säkerhetssystem skall kunna gå i olag utan att reaktorkärnan skadas är or­saken till att den fjärde generationens reaktorer har en relativt låg effekt jämförda med konventionella kärnkraftverk (150 MWe jämfört med 1500 MWe).

6Medelenergiförbrukningen är ca. 6000 kWh per person och år. Detta ger en medeleffekt på ca. 0.7 kW. I praktiken är energiförbrukningen inte densamma under året varför en reserveffektmarginal på ca. 50% bör beaktas. En stad med 100 000 invånare skulle då behöva ca. 70 – 100 MW.

1Uran ansamlas med tiden i kollager i jorden. Uran följer med grundvattnets rörelser och avsätts med tiden i små mängder i kolet. Typiskt innehåller kol 1 – 3 miljondelar Uran. Eftersom kolmängderna som bränns är mycket stora betyder detta att mängden radioaktiva ämnen ett kraftverk sprider i omgivningen kan vara betydligt större än utsläppen från ett kärnkraftverk. Man har uppskattat att ett kolkraftverk ger om­givningen en stråldos som är ca. 5 ggr. större än stråldosen från ett kärnkraftverk med samma effekt. Ett kolkraftverk med effekten 1000 MW kommer att sprida ut ca. 8 ton uran per år. Största delen av Uranet anrikas i flygaskan. Uranet skulle räcka till för att ladda tre sty­cken gaskylda reaktorer och kunna producera ca. 500 MW under tre års tid. Man bör dock komma ihåg att det strålningstillskott Uranet och dess sönderfallsprodukter ger upphov är negligerbart (5% av bakgrundsstrålningens globala medelvärde, 2% av bakgrundsstrålningen i Finland).

2Mine Safety and Health Administration i USA (MSHA) anger att kolbrytningen i USA under 1900- talet krävde ungefär 104 000 människors liv. Under den senare delen av 1900-talet har antalet dödsfall hållit sig kring 40 – 60 per år. Globalt kräver kolbrytningen många hundra liv per år. Mera information finns på adressen: http://www.msha.gov/centurystats/coalstats.html

3 Ulla Suutari, Antti Permala: “Ammattiliikenteen turvallisuuden kehittäminen, LINTU projektin osaraportti 12”,VTT Yhdyskuntatekniikka tutkimusraportti 566/2000.

1 Materialet finns på nätet på adressen http://www.unscear.org/2000vol12.htm. De intressanta annexen är Annex G och Annex J totalt ca. 300 s.

1Ett 1000 MW kolkraftverk som körs 90% av tiden på full effekt behöver ca. 790 000 ton kol. Ett kärnkraftverk av samma storlek förbrukar ca. 5 ton bränsle. Ungefär 5% av det klyvbara materialet har förbrukats då det använda bränslet tas ur reaktorn. Ett kärnkraftverk behöver således ca. en miljondel av bränslemängden i ett kolkraftverk. Om bränslet upparbetas kan man producera nytt reaktorbränsle av det kvarvarande klyvbara materialet. Slutresultatet blir efter upparbetning ca. 250 kg högaktivt avfall som gjuts in i glas och slutförvaras på samma sätt som icke upparbetat använt kärnbränsle. Kolkraftverket i exemplet producerar 118 000 ton aska per år. Mängden är så stor att det inte finns några som helst möjligheter att t.ex. gräva ner den, därför sprids den ut i människans närmiljö i form av t.ex. byggnads­material trots dess potentiella miljörisker.

2Hur skadlig den radioaktiva ädelgasen Radon egentligen är är ännu oklart. Undersökning av gru­varbetare som arbetar i en omgivning med förhöjd radonhalt uppvisar en förhöjd risk för lungcancer. Man bör dock komma ihåg att gruvarbetare inte bara utsätts för Radon utan också för avgaser från maskiner, Arsenik och stendamm. Epidemiologiska undersökningar i USA visar att risken för lungcancer är lägst där Radonhalten är högst vilket tyder på att Radon kunde vara hälsosamt. Det amerikanska resul­tatet verkar gälla också Europa där man finner den högsta lungcancerfrekvensen på områden med den läg­sta bakgrundsstrålningen och den lägsta lungcancerfrekvensen på områden med den högsta bakgrundsstrålningen och Radonhalten (källa: WHOs databank med statistik över cancerdödlighet).

1 Somliga kallar danna reaktorgeneration III+ for att visa att de utgör ett mellanting mellan existerande reaktorer och framtida reaktortyper. En sammanfattning av olika typer av fjärde generationens reaktorer finns på Internet på adressen: http://www.world-nuclear.org/info/inf08.htm .

2 James A. Lake, Ralph G. Bennett and John F. Kotek: “Next-generation Nuclear Power”, Scientific American Jan. 2002 pp. 71 – 79.

1 Byggtiden är beräknad till endast 24 månader. Uppskattningen är realistisk eftersom det är fråga om en modulär standardiserad reaktortyp.

1 Jordens urantillgångar är stora. Man har uppskattat att jorden i medeltal innehäller ca. två miljondelar Uran. Se http://www.world-nuclear.org/info/inf08.htm .

1 Mycket omfattande forskning finns om slutförvaring av använt kärnbränsle och annat högaktivt material. Rapporten “Julkishallinon ydinjätetutkimusohjelma” ger en god översikt. Materialet finns att få på nätet på adressen http://www.vtt.fi/ene/tutkimus/jyt2001/jytpvali.pdf.

2 Uranhalten i granit i Norden är generellt relativt hög. Det beräknade värdet anger storleksordning och bygger på aktiviteten i ett stort antal stenprover. På många områden i södra Finland kan halterna vara mångdubbelt högre. På begränsade områden kan halterna också vara lägre. Se Svenska Strålsäkerhetsinstitutets rapport http://www.ssi.se/english/Flaggboken.pdf .

3 Radioaktiva utsläpp är mycket lätta att detektera i motsats till utsläpp av kemiska gifter. Genom att mycket små koncentrationer radioaktiva ämnen kan mätas kan eventuella utsläpp också åtgärdas innan de blir farliga för omgivningen.

1LNT = Linear No Treshold model. Beräkningsmodellen är baserad på antagandet att en viss dos strålning alltid i princip har samma effekt. Om en person t.ex. utsätts för stråldosen 300 röntgen (3 Sievert) är sannolikheten stor för att personen dör. Man postulerar då att om samma stråldos sprids ut över t.ex. en miljon människor så kommer fortfarande, statistiskt, en person att dö till följd av strålningen trots att strålningstillskottet är en hundradel av den normala bakgrundsstrålningen. Om samma tankesätt tillämpas på andra områden leder detta till absurditeter. Antag att vi ger en person 100 tabletter aspirin, personen löper då en akut risk att dö i förgiftning. Om samma mängd medicin sprids ut till 100 personer har den ingen effekt och påståendet att en person skulle dö till följd av aspirinförgiftning är absurd. Det finns ett stort antal publikationer från 1950-talet fram till vår tid som indikerar att LNT modellen inte stämmer för små stråldoser d.v.s. doser som är mindre än ca. 30% av den dos som ger upphov till direkta synliga skador t.ex. i form av hudrodnad. Det finns många faktorer som tvärtom tyder på att små extra sråldoser är häl­sosamma eftersom strålning (i små doser) verkar kunna aktivera immunsystemet och därigenom indirekt kan påverka hälsan positivt.

1J. Muckerheide ”It’s time to Tell the Truth About the Health Benefits of Low-Dose Radiation”. 21st Century Science & Technology pp.43 … 55.

2D.A. Pierce et al. ”Studies of the mortality of atomic bomb survivors.” Report 12, Part I. Cancer 1950- 1990, in Radiation Research, Vol. 146, pp. 1-27.

3M.Pollycove and L.E.Feindegen, 2000. ”Cellular and organism dose-response: biopositive (health benefit) effects.” in proceedings of International Symposium on Health Benefits of Low-Dose Radiation — The science and Medical Applications. Se också: http://cnts.wpi.edu/RSH/Docs/IRPA10/Mitchel.html

4T.Makinodan and S.J. James, 1990. ”T cell potentiation by low dose ionizing radiation: Possible mechanisms.” Health Physics Vol 59, No.1, pp. 29-34.

5 Man kan mäta en förhöjd risk för cancer vid en strålningsnivå som är 50 – 100 gånger högre an bakgrundsstrålningen under ett år. Området Kerala i Indien har en bakgrundsstrålning som är ca. 10 ggr. högre än i Finland (där strålningsnivån internationellt sett är hög). Inga negativa hälsoeffekter på befolkningen i Kerala kan detekteras.

6 Bränslets pris utgör mindre än 5% av priset på den producerade elektriciteten. Eftersom bränslet är mycket billigt och dessutom kräver ytterst lite lagringsutrymme är det inget problem att bygga upp strategiska bränslelager.

7Solenergi kommer sannolikt att vara en viktig energikälla i utvecklingsländerna under de närmaste årtiondena. Tekniken på området har under det senaste årtiondet gått snabbt framåt. Verkningsgraden hos solceller har stigit parallellt med att priset har sjunkit. Solenergi, eventuellt i kombination med småskalig vindkraft, kommer säkert på många glest befolkade områden i tredje världen att vara befolkningens första kontakt med mod­erna energikällor. Då samhällenas energibehov med tiden växer samt för tredje världens storstäder krävs även andra energikällor. Kina som i många avseenden är ett utvecklingsland baserar sin energiförsörjning på kol på områden där det finns tillräckliga koltillgångar och annars på kärnkraft. Kina hade 1997 tre kärnreak­torer i bruk, fyra reaktorer under byggnad och sju reaktorer på planeringsstadiet.

8 “Is Nuclear Power Ready”, Scientific American Jan. 2002 editorial. Artikeln drar slutsatsen: ”Naysayers must confront the all-too-real possibility of reduced energy supplies and the accompanying decline in living standards – should these efforts fail.”

9 Vitryssland och Ukraina uppfattades under början av 1900-talet som Europas kornbod. Socialisering av jordbruket och missbruk av de tillbuds stående resurserna har lett till att produktionen av mat i området är en bråkdel av vad den kunde vara. Resultatet är att Ryssland tvingats importera, i stället för att exportera, mat.

LENR transmutationsreaktioner

09/04/2013

Jag stötte den 8 april på en intressant vebbpost av E.M.Smith vars blogg ofta innehåller läsvärda artiklar från vitt skilda områden. E.M.Smith presenterade ett verktyg för att utvärdera tänkbara LENR reaktioner d.v.s. lågenergetiska kärnreaktioner som eventuellt kan producera energi och som ofta verkar observeras som transmutation av olika material till andra material. Den ursprungliga artikeln finns här  http://chiefio.wordpress.com/2013/04/08/isotope-table-lenr-tool/#comment-50107 .

Då man betraktar det periodoska systemet ser man att de stabila grundämnena utgör ett taggigt streck i mitten av systemet. Utanför de stabila ämnena på båda sidorna ser man instabila isotoper. E.M.Smith spekulerar över om man eventuellt utgående från nedanstående bild av det periodiska systemet kan få en uppfattning om vilka atomer som kunde lämpa sig för LENR eller det man ursprungligen kallade kallfusion.

Ett segment från mitten av det periodiska systemet:

Segment of the Table of The Isotopes

Original Full Sized Chart

Allmänt antar man att att en LENR reaktion som producerar energi kunde se ut t.ex. på följande sätt

Ni + p -> Cu

Det är lätt att visa att Ni plus en proton väger mer än en kopparatom. Resultatet bör alltså vara att energi frigörs. Det finns dock ett ganska stort men som ingen riktigt väl har kunnat förklara.

Då man gör elektrolys i vatten med nickelelektrod (eller palladium eller wolfram) behövs en spänning på ungefär två volt för att sönderdela vatten i väte och syre. Då man höjer spänningen till låt oss säga 200 volt blir reaktionen allt våldsammare och till sist bildas en ljusbåge i vätskan. Resultatet av reaktionen påstås ibland, reaktionerna verkar inte pålitligt reproducerbara, ge upphov till överskottsenergi.

Analys av elektroderna indikerar att det bildas nya element på elektrodytan d.v.s. det sker transmutation. Fysikerna stod sedan slutet av 1980-talet helt oförstående eftersom det verkade självklart att kärnreaktioner med energier hos reaktanterna på tiotals eller hundratals elektronvolt självklart inte kan ge upphov till kärnreaktioner. Orsaken är att repulsionen mellan de växelverkande atomernas positiva kärnor är så stark att det inte går att mata in en proton i t.ex. en palladium (Pd) eller nickel (Ni) kärna. Om energin inte räcker till är det från en fysikers synvinkel självklart att ingen reaktion är möjlig. Saken är utrangerad och man kan gå vidare.

E.M.Smith spekulerar kring möjligheten att det trots allt skulle vara möjligt att mata in protoner t.ex. i form av någon konstig tunneleffekt. Han Hänvisar till ovanstående utdrag ur det periodiska systemet och konstaterar att  Ni62 och Ni64 borde kunna producera stabil koppar (Cu) om man lyckas mata in protoner i Ni. Det finns dock komplikationer som E.M.Smith inte diskuterar. Det finns väldigt lite Ni-isotoper av den sort som behövs i naturligt nickel. Ni62 utgör 3.6% av naturligt Ni och Ni64 utgör under 1%.  Får man faktiskt ut energi om endast en liten bråkdel av reaktionerna producerar koppar?

Det finns en annan intressant väg man kunde gå och som dessutom löser problemet med repulsionen mellan proton och Ni-kärna.

Lösningen kunde vara att anta att det vid kraftig elektrolys med en spänning mellan tiotals volt och några hundra volt vid den negativa elektroden bildas fria protoner då vatten sönderdelas nära Ni-elektroden. Eftersom Ni-elektroden är negativt laddad kommer protonerna att dras mot elektroden. Detta torde så här långt inte vara något konstigt.

”Klassisk” LENR teori säger att protonerna tränger in i metallen och på något sätt hamnar i Ni kärnorna.

Min uppfattning är att en proton som kommer i närheten av en Ni-atom kommer att reagera mycket kraftigt med Ni-atomens ”elektronmoln”. Protonen rövar en elektron av metallen eller en ledningselektron från elektroden. Reaktionen är våldsam så att elektron och proton först kraftigt dras mot varandra och därefter studsar från varandra så att en väteatom bildas d.v.s. protonen har igen en egen elektron och uppför sig efter ett ögonblick som en normal väteatom. Protoner som inte tränger in i Ni-kärnan kommer att temporärt förekomma som ytterst reaktivt atomärt väte på Ni-metallens yta … är det därför Ni är en god katalyt?

Vad händer under det korta ögonblicket då protonen och elektronen möts? Min gissning är att partiklarna för ett kort ögonblick kommer ytterst nära varandra så att elektronen och protonen utifrån sett ser ut som en neutron. Livstiden hos den ”neutron” som då bildas kan vara extremt kort.

Då man tittar på en situation där en proton med energin 2 eV vilket motsvarar energin från en typisk kemisk(!) reaktion stöter ihop med en nickelatom och rövar åt sig en elektron visar det sig att paret elektron/proton behöver ha ”neutron”-egenskaper ungefär 10⁻¹⁵ sekunder för att den skall hinna in till Ni-kärnan. En neutron som matas in i nickel får nickelatomens masstal att stiga med en enhet. I ett typiskt fall bildas en ny tyngre men stabil nickelkärna. Då ett antal ”neutroner” har matats in i nickelkärnan blir resultatet en övertung nickelisotop som är instabil och som kastar ut en eletron ur kärnan vilket betyder att en neutron förvandlas till en proton och resultatet blir en kopparkärna Cu.

E.M.Smith är i sin artikel förvånad över att koppar inte transmuterar vidare till zink vilket skulle verka mycket naturligt. Om man utgår från ovanstående process där man i praktiken matar in ”neutroner” och inte protoner så visar det sig att det är helt naturligt att zink inte bildas … vilket talar för att min beskrivning kanske är korrekt.

An interesting question would be why Cu does not continue on to Zn. Is there some significant difference in ion size, or how hydrogen binds to copper? I presume there is some “special” catalytic effect for Nickle and Palladium for these kinds of reaction, just as they work as catalysts for others. (Perhaps that formation of hypothetical ‘Atomic Hydrogen’ on their surfaces).

Översättning:

En intressant fråga skulle vara varför Cu inte transmuteras vidare till Zn. Finns det någon signifikant skillnad i jonstorlek eller i hur väte binds till koppar? Jag antar att det finns någon ”speciell” katalytisk effekt för nickel och palladium för dessa reaktioner på samma sätt som de fungerar som katalyter i andra sammanhang. (Kanske bildas atomärt väte på deras ytor).

Jag beskrev situationen så här på E.M.Smith blogg :

Jag har en stark känsla av att vi inte ser inmatning av protoner i Ni, Pd eller andra material utan inmatning av ett instabilt proton/elektronpar. Orsaken till detta är att det sannolikt vid elektrolysen bildas fria protoner  nära Ni-elektroden. Jag antar att då en proton kommer i närheten av nickelatomen så rövar den en elektron från nickelatomen eller en ledningselektron från elektroden. Eftersom elektroden är negativt laddad kommer protonen att dras  mot elektroden och den får en kinetisk energi på uppskattningsvis några elektronvolt. Paret proton/elektron uppför sig antagligen rätt underligt under ett kort ögonblick då de möts. Det som antagligen händer är att de först dras mot varandra så att avståndet blir extremt litet, något långvarigt stabilt tillstånd finns inte utan partiklarna ”studsar” isär och i normalfallet bildas en väteatom som således har en egen elektron. Under det korta ögonblick då partiklarna är nära varandra kommer de att utifrån se ut som en neutral partikel en neutron. Om den neutrala partikeln har tillräckligt hög energi kan den hinna in till Ni-kärnan innan den faller söner i en proton och en elektron och kärnan fylls då på med en extra neutron.

Det visar sig att om man antar att den neutrala kvasineutronen lever 10⁻¹⁵ sekunder så räcker 2 eV energi till fär att mata in partikeln i kärnan. Man behöver alltså utgående från detta antagande inte tusentals volt för att en kärnreaktion skall ske utan kemisk energi är tillräcklig.

Den produkt vi då får ä en massenhet tyngre än den ursprungliga kärnan. Då vi tittar på de stabila Ni-isotoperna (Ni58, Ni60, Ni61, Ni62, Ni64) av vilka den valigaste är N58 (68%) ser man att Ni stegas upp med en enhet i taget, Ni59 är nästan stabil så den uppför sig som de övriga isotoperna, ända tills man får Ni63 eller Ni65 som via beta minus sönderfall (en elektron kastas ut) faller sönder i stabilt koppar.

Kan man kontrollera om ovanstående reaktioner sker?

Genom att köra elektrolys med Ni-elektrod över lång tid bör man se en förändring av isotopsammansättningen i elektrodens ytskikt. Den vanligaste nickelisotopen Ni58 minskar och de sällsyntare isotoperna anrikas.

Vad har då skett? Om vi tänker att vi startar med Ni58 så kan vi mata in fem neutroner i Ni innan atomen transmuterar till koppar. Detta motsvarar att vi skulle gära fusion av fem vetekärnor vilket betyder att vi borde få ut betydande mänder energi. Mängden energi vi får ut kan enkelt beräknas på följande sätt:

Utgångsprodukten är Ni + 5p
Ni58 + 5p -> Cu63
dm = (57.9353 + 5*1.0078 ) – 62.9295 = 0.0448 Amu
Då vi transmuterar Ni58 till Cu63 kommer vi att få ut energi. Mängden energi kan beräknas ur formeln:
E = dm*c²
E = (0.0448 Amu * 1.6605*10²⁷ kg)*(3*10⁸m/s)² = 6.69*10⁻¹² J/reaktion
Energin kan verka liten men detta är inte fallet. Antag att vi vill producera en kWh energi d.v.s. den energi som ungefär behövs för att köra en vanlig mikrovågsugn en timme på full effekt. Hur stor mängd Ni behöver vi då transmutera till koppar?
1 kWh = 1000 W*3600s = 3600000 J
Antalet transmutationsreaktioner som behövs är då
Antalet_transmutationer = 3600000/(energi per reaktion)
Antalet_transmutationer = 3600000/6.69*10⁻¹² J
Antalet_transmutationer = 5.38*10¹⁷ st
En mol koppar innehåller 6.022*10²³ st kopparatomer och väger 63g. Vi kan använda detta till att beräkna mängden transmuterad koppar som behöver produceras för att generera en kWh energi.
Mängden_koppar = 58g*(5.38*10¹⁷ st/6.022*10²³ st) = 0.000052g = 52 mikrogram
En normal villa förbrukar i norden kanske 20000 kWh energi per år om den värms med el. För att producera all energi huset behöver måste vi transmutera ungefär 1 g nickel till koppar per år. Ovanstående överslagsberäkning visar varför kärnreaktioner är så intressanta, mängden material som går åt är helt enkelt ofattbart små. I ovanstående fall blir situationen inte sämre av att det material som produceras d.v.s. koppar fortfarande har ett konkret värde och det skulle inte vara radioaktivt.
Ovanstående beräkning kan verka lite mystisk då man i skolan lär ut att man vid fusion får ut energi endast för material upp till en maximal atomvikt motsvarande Järn. Efter detta skulle det krävas energi för att slå ihop atomer. Problemet löses då man inser att om vi försöker kombinera två järnatomer får vi inte ut extra energi eftersom masskillnaden blor noll. Däremot är det fullt möjligt att kombinera ett mycket lätt ämne med ett tungt ämne och fortfarande få en positiv masskillnad d.v.s. energi kan produceras. Ni ligger två steg ovanför Fe i det periodiska systemet vilket betyder att det inte går att producera energi genom att slå ihop nickelatomer med varandra. Som vi såg ovan så är det fullt möjligt att lägga till ”väte” och få ut energi.
E.M.Smith var konfunderad över att det inte vid en LENR reaktion från Ni till Cu bildas Zink vilket skulle verka naturligt. Min uppfattning är att detta beror på att det inte finns lämpliga Cu isotoper som kan falla sönder till stabil Zn om man antar att vi matar in ”neutroner” i stället för protoner. Denna anomali kan således eventuellt användas till att bestämma vilken reaktion som ligger bakom LENR transmutation Ni -> Cu.
Vi har två stabila kopparisotoper Cu63 och Cu65 .
För att producera Cu63 måste stora mängder lättare Ni isotoper transmuteras då 70% av metallisk nickel är Ni58. Vi har då:
Ni58 + n -> Ni59  (sönderfaller i princip till Cobolt på 76000 år)
Ni59 + n -> Ni60  (stabil)
Ni60 + n -> Ni61  (stabil)
Ni61 + n -> Ni62  (stabil)
Ni62 + n -> Ni63  (faller sönder till Cu63 på hundra år)
Ni63 + n -> Ni64  (stabil)
Ni64 + n -> Ni65  (faller sönder till Cu65 med halveringstiden 2.5 timmar)
Ovanstående betyder att det för det första bildas mycket lite koppar i förhållande till den totala mängden reaktioner. Den koppar som bildas är i huvudsak Cu65.
Cu65 + n -> Cu66  (5 min) -> Zn66
Mängden Zink som bildas är således kanske 1/7 av den förväntade mängden.
Ryska och Japanska experiment tyder på att det sker också andra mystiska transmutationsreaktioner kan ske. Då man har undersökt elektroderna före och efter transmutationsexperiment visar det sig att det (i mycket liten utsträckning) verkar ske transmutation mellan alla de grundämnen som ingår i experimentet.  I ett typiskt LENR experiment ingår åtminstone följande ämnen:
H   (ingår i vatten, frigörs vid elektrolys)
O   (ingår i vatten och luft, frigörs vid elektrolys)
N   (ingår i luft)
K   (ingår i elektrolyten)
C   (ingår i elektrolyten samt i luftens koldioxid)
Si  (urlakas ur glaskärlet)
etc.
N14 + n ->  N15   (anrikas)
O16 + n ->  O16   (anrikas)
C12 + n ->  C13   (anrikas)
etc.
N14 + C12 -> Al26  (instabil, faller sönder på 26000 år)
Si29 + n     -> P30
N14 + N14 -> Si28
O16 + O16 -> S32
Jag har ingen aning om hur kollektiva reaktioner mellan tyngre grundämnen kan ske. Igen är situationen den att coulombrepulsionen borde göra denna typ av reaktioner helt omöjliga. Experiment tyder dock på att även denna typ av reaktioner kan ske men i ytterst liten utsträckning. En tänkbar förklaring kunde vara att vår uppfattning om hur en atom ser ut kanske inte är korrekt. Då kunde t.ex. Moons atommodell ge idéer om hur reaktionerna kunde ske
http://www.complexqm.com/#/moons-atomic-model-1/4535025739Idéerna ovan är naturligtvis att betrakta som spekulation, men vi lever helt klart i en intressant tid.Kommentarer och referenser till intressanta länkar är välkomna!Lars Silén (fysiker)


Pointman's

A lagrange point in life

THE HOCKEY SCHTICK

Lars Silén: Reflex och Spegling

NoTricksZone

Lars Silén: Reflex och Spegling

Big Picture News, Informed Analysis

This blog is written by Canadian journalist Donna Laframboise. Posts appear Monday & Wednesday.

JoNova

Lars Silén: Reflex och Spegling

Climate Audit

by Steve McIntyre

Musings from the Chiefio

Techno bits and mind pleasers

Bishop Hill

Lars Silén: Reflex och Spegling

Watts Up With That?

The world's most viewed site on global warming and climate change

TED Blog

The TED Blog shares interesting news about TED, TED Talks video, the TED Prize and more.

Larsil2009's Blog

Lars Silén: Reflex och Spegling

%d bloggare gillar detta: