Det n:te landet

I diskussionen till posten om förnyelsebar energi dök frågan upp om kärnkraftens säkerhetspolitiska aspekter. Johan kommenterar

Jag tycker den säkerhetspolitiska biten är enormt överdriven, redan idag kan i princip vilket land som helst bygga kärnvapen ifall de verkligen vill.

En intressant fråga i detta fall är hur svårt det egentligen är att konstruera ett fungerade kärnvapen. Det är en fråga som varit aktuell ända sedan kärnvapenåldern började. Och det är en fråga som besvarades redan 1964 i ett projekt som kallades för "the nth country experiment". Svaret är att det inte är särskilt svårt alls.

I nte landet lyckade tre post docar i fysik, utan någon erfarenhet av kärnteknik, på mindre än tre år konstruera en fungerande plutoniumbomb användande endast offentliga källor för research. De antogs ha tillgång till finmekansik verkstad och sprängämnes expertis, men istället för att faktiskt testa deras design så lämnade de sina förslag till de riktiga vapendesignarna på Los Alamos som räknade ut hur ett test skulle gå.

The bomb had been run through the computers and the brains of the bomb designers—it would explode, it would wipe out a city, it would kill tens of thousands, or hundreds of thousands, of people.

Det hela finns beskrivet i en mycket läsvärd artikel från 2003 i The Bulletin of the Atomic Scientist (tidskriften med den berömda domedagsklockan).*

Den enda svårigheten, kommer man fram till, är i princip att få tag på själva plutoniet av tillräckligt hög renhet. Och det är här, inte i spridandet av kärnteknik, som, enligt min mening, den viktigaste säkerhetsaspekten av kärnkraften som energikälla kommer in. Som Johan påpekar

En "omväg" runt civil kärnteknik för att bygga vapen är både ologiskt, komplicerad och väldigt dyrt ifall det bara är vapen man vill ha.

Men med ökad användning av kärnkraft kommer allt större mängder kärnmaterial att finnas tillgängligt, och det blir allt svårare att hålla koll på allt. Tyvärr är det inte orimligt att en motiverad grupp av typ al-Qaida skulle klara av att bygga en bomb bara de hade tillgång till tillräckliga mängder vapenplutonium (eller uran för den delen).

Men, det är också ett problem som blir mindre med nya typer av reaktorer som ger små eller inga mängder material som går att använda till vapen. Men tills dessa kommer i användning är en restriktiv politik när det gäller kärnbränsle fortfarande nödvändig. Och fortfarande är nog den största faran det material som redan finns i stora mängder i kärnvapenländer som Ryssland. Och vem vet vad nästa Khan-nätverk säljer till vem.

* Artikel är tyvärr gömd bakom en betalvägg, men den som är intresserad kan jag skicka en pdf.

Andra bloggar om: kärnvapen, kärnkraft, vetenskap. Intressant?

Förnybar energi I: Behövs den?

Under 2001 uppgick jordens sammanlagda energiförbrukning till ca 425 × 10¹⁸ J, eller om man föredrar effektmåttet, till ca 13.2 TW. År 2050 beräknas* den siffran vara minst 27 TW. Det är alltså en fördubbling på 50 år. Och det ger anledning att fundera på hur det egentligen ser ut med dagens energiikonsumtion, och framför allt med befintliga energireserver och resurser.

De 13.2 TW kom främst från olja, kol och gas. Biomassa kommer som en klar fyra och kärnkraften blir femma. Vattenkraft och förnybara energikällor svarade för ca 0.29 TW vardera. Men intressantare än hur stor andel de olika energislagen står för är hur mycket det egentligen kostar att producera el från dessa energislag. Kol är klart billigast, el från solenergi är minst 5 gånger dyrare än så. Förnybar energi från solen är alltså inte på något sätt konkurrenskraftig. (2001 års siffror, baserade på situationen i USA.)

Med det konstaterat undrar man ju hur det egentligen ser ut med tillgångarna. Hur ska vi möta ett ökat energibehov? Det pratas ju ibland om att vi skulle ha nått "peak oil", det vill säga att toppen i oljeproduktionen skulle vara nådd och att den härifrån bara kommer att minska. Och "peak oils" ffrämste företrädare i Sverige, Kjell Aleklett, brukar hävda att mer kärnkraft är lösningen på problemen. Och kanske det, om vi är sugna på att ta konsekvenserna av att bygga ett nytt 1GW-kraftverk varannan dag eller så, de närmaste 45 åren, med allt vad det innebär i form av miljökonsekvenser av uranbrytning och säkerhetspolitiska aspekter. Och det är förstås i slutänden också en fråga om för hur lång tid vi har bränsle till dessa kärnkraftverk. Och man kan förstås betraktra fusionstekniken som ett alternativ, men för tillfället finns tekniken inte där för storskalig energiproduktion.

Olja och kol då? Oavsett hur det är med peak oil så kan man konstatera att oljereserverna beräknas räcka någonstans mellan 40 och 75 år. Räknar man också in det som kallas resurser så finns det kanske olja för ytterligare 50-150 år (det är då inkluderat både "konventionella" och "okonventionella" resurser och reserver.) Motsvarande siffror för gas är ca 60-170 år respektive 200-600 år. Men det intressantaste energislaget här måste ändå vara kol. Det är inte bara billigast, och det är också det vi har mest av. Åtminstone en 220 år konventionella reserver, och om man räknar in resursbasen finns det nog för att försörja oss med energi i ca 2000 år till.

Och med de siffrorna kan man fråga sig om vi verkligen behöver satsa på några förnybara energislag?

Svaret beror förstås helt på vilken synvinkel man ser det ifrån. Kolet kommer inte att ta slut inom överskådlig tid, så ur den synvinkeln är svaret nej. Å andra sidan skulle det innebära en energiproduktion som är helt baserad på ett fossilt bränsle. Och för alla oss som tror, misstänker eller i alla fall tycker att försiktighetsprincipen är ett rimligt förhållningssätt i frågan om antropogen växthuseffekt finns det likväl all anledning att komma till slutsatsen att vi behöver satsa på förnybar energi.

Varför man inte bör avfärda tanken på en mänskligt orsakad global uppvärmning kommer det mer om i nästa del av den här miniserien. Och med tiden kommer jag också att redogöra för varför jag anser det rimligt att forska på solenergi även om den i dagsläget inte alls tycks kompetitiv.


Referenser:
N.S. Lewis, D.G. Nocera, Powering the planet, PNAS, 2006, 103, 15729-15735
World energy assessment , UNDP, 2000
prof N.S. Lewis, muntligt meddelat
http://nsl.caltech.edu/energy.html

*Det finns många olika faktorer att ta hänsyn till den när den siffran beräknas, som befolkningsutveckling, uppskattad ekonomisk tillväxt, möjliga energieffektiviseringar etc. De 27TW som presenteras här är en konservativ uppskattning som ligger lägre än "business as usual"-scenariot. Enligt tex UNDP-rapporten "World energy assessment" kan det mycket väl handla om betydligt högre energikonsumtion än de siffror som nämns här.

Nej, man skall inte återskapa Big Bang.

Sällan har ett vetenskapligt experiment föregåtts av ett sådant intresse från press och allmänhet som den nya acceleratorn vid CERN. Och visst är det befogat. The Large Hadron Collider, LHC, är troligtvis den mest avancerade maskinen som mänskligheten någonsin byggt. I Newsweek kan man läsa om vad ledande fysiker har att säga om experimentet:

As a project, it's magnificent—i like to say it's our civilization's answer to the Pyramids of Egypt, but much better because it's driven by curiosity rather than superstition, and built on collaboration, not command. The scale isn't just vanity—everything has to be as big as it is. But it's not only big in physical size; it's extremely sophisticated, extremely delicate. It's probably the most complex thing we've ever done—we being humanity.

Så uttrycker sig Nobelpristagaren Frank Wilczek. Men tyvärr har mycket av pressens intresse handlat om rena dumheter, som att LHC skulle riskera att förstöra världen, eller felaktigheter som att man skulle återskapa Big Bang. Visst låter det spännade att man skall återskapa universums födelse, men det är en beskrivning som skiljer sig från sanningen med åtminstone 19 storleksordningar.

För att ta det lite mer detaljerat så var Big Bang det ögonblick då universum skapades. Universum var då en singularitet och om man inte tar hänsyn till någon kvantgravitation (vilket man måste göre, men teorin för vilken man ännu inte känner till) så var densiteten och temperaturen i Big Bang oändlig. En gissning, enligt det man känner till om kvantgravitation, är att temperaturen låg någonstans runt 10³² Kelvin. Därefter expanderade universum våldsamt och temperatur och densitet sjönk. När temperaturen sjunker delas de tre krafterna, som vid tillräckligt höga temperaturer är samma kraft, i standardmodellen upp. Först separeras gravitationen vid ca 10²⁹ K, sedan den starka kraften runt 10¹⁶ K och slutligen vid 10¹² K delas den svaga kraften från den elektromagnetiska. Vid den här punkten kan kvarkar bindas ihop till protoner och neutroner, och det är den nivån som man kan studera i LHC. Man är alltså rätt långt från Big Bang.

Det finns många andra skillnader också, t.ex det faktum när det tidiga universum expanderade så var det rummet själv som expanderade, medan "eldklotet" i LHC, likt eldklotet från en explosion, expanderar ut i det existerande rummet.

Att tala om LHC som en Big Bang-maskin är därför helt ovetenskapligt och ger bara ytterligare poäng på sensationsskalan. Bättre, och rättare, vore att beskriva den som världens största mikroskop.

Nu verkar ju de inledande testerna ha gått bra, och den första strålen protoner har guidats genom maskinen. Nu skall man börja testa att accelerera den också. Efter hand kommer man att testa fler och fler system för att till slut börja kollidera strålar. Därefter följer ytterligare en tid av tester och kalibrering av mätinstrumenten innan LHC kan börja leverera riktiga mätdata, något som kanske kan ske i slutet av oktober eller något senare.

Andra bloggar om: LHC, CERN, fysik, vetenskap, Big Bang.

Sund livsstil kan kanske förändra genuttryck men naturligtvis inte själva generna

Ofta när jag läser helt galna påståenden om gener i tidningsrubriker tänker jag att detta borde jag blogga om, men oftast orkar jag inte göra det. Oftast är det dessutom bara rubrikerna som innehåller felaktigheter medan själva artikeln är helt OK. Idag läste jag dock något så dumt på Expressens hemsida att jag kände mig tvungen att skriva. 

Under rubriken "Sund kost ger dig bättre gener" finns texten "köttfri diet och en sundare livsstil kan ge dig fler sjukdomsskyddande gener" och en länk till denna artikel. Även i den artikeln på "Allt om mat" står det felaktiga påståendet att generna skulle förändras. Att generna skulle förändras genom hur man beter sig är ett mycket kontroversiellt påstående. Generna i enstaka celler kan förändras genom mutationer tex pga gifter, strålning eller slump och om denna enstaka cell råkar vara en cell som ska bli ett ägg eller en spermie så kan det orsaka sjukdomar i nästa generation. Detta är eftersom avkomman bildas från en enda cell som sedan delar sig. Om en mutation skett i en gen i ägget eller spermien så kommer den förändrade genen därför sedan att finnas i alla celler i avkomman. Men att en människa som utsätts för miljöfaktorer skulle förändra sina gener stämmer inte. Generna i enstaka celler kan visserligen förändras (och i värsta fall orsaka tex cancer i den kroppsdelen) men generna i alla kroppens celler ändras inte så förändringen i enstaka celler påverkar oftast inte hela organismen så mycket eftersom alla de andra cellerna har de normala genvarianterna. 

I artikeln i "Allt om mat" hänvisas till danska Dagens medicin. Genom att googla på "dansk dagens medicin" hittar jag hemsidan och en länk till deras artikel. I den står inga felaktigheter utan det framgår att det som kan förändras är inte själva generna utan hur generna uttrycks, gener kan nämligen stängas på och av. Alla individens gener finns i alla celler i kroppen* men alla gener används inte i alla celler och många gener används olika mycket i olika celler. Detta är ingen nyhet utan det har man vetat länge däremot vet man inte så mycket om hur det styrs vilka gener som slås på och av vid olika tillfällen. Studien som refereras publicerades i den vetenskapliga tidskriften PNAS och handlar om en liten undersökning av 30 män med lågrisk-prostatacancer där man sett att förändrad kost, motion och psykologbehandling mot stress förändrade hur ca 500 gener uttrycktes i prostatan. Vissa av dessa gener kan ha betydelse för cancer. För att få bättre resultat behöver man göra större studier med fler individer. Studien har faktiskt intressanta resultat så det är synd att det förvanskats genom att olika internetsidor citerar varandra och förändrar lite på vägen (ungefär som viskleken). Genom att jag letat mig tillbaka genom källorna så kan jag konstatera att det felaktiga påståendet i detta fall uppstått mellan "Dagens medicin" och "Allt om mat", antingen beroende på att skribenten på "Allt om mat" har för dåliga kunskaper i danska eller för dåliga kunskaper i biologi (eller båda) och troligen inte har läst (eller inte förstått) orginalpublikationen i PNAS.

*Det finns faktiskt ett fåtal undantag från detta, men det går jag inte in på här.

Referens:

Ornish et al. 2008. Changes in prostate gene expression in men undergoing an intensive nutrition and lifestyle intervention. PNAS 105: 8369-8374. (Open access)

Hundra meter på 9,5 sekunder?

(Via Cosmic Variance) Ett gäng sportfånar i Olso, som händelsevis också råkar vara fysiker, med alldeles för mycket tid över har ställt sig samma fråga som många andra sedan den 16 aug: Vad skulle världsrekordet på hundra meter blivit om Bolt inte saktat ner och firat segern i slutet?

I en artikel publicerad på arXiv¹ och insänd till American Journal of Physics undersöker de Usain Bolts och tvåans Richard Thompsons hastighetsprofiler under loppet och extrapolerar en tid för Bolt utan segergest. I abstractet kan man läsa:

Först antar vi konservativt att Bolt kunde ha bibehållit Richard Thompsons, tvåans, acceleration under loppets slut. I ett andra fall, baserat på utvecklingen i loppet innan firandet, antar vi att han också kunde haft en acceleration 0.5m/s² högre än Thompson. I de två fallen finner vi att det nya världsrekordet skulle varit 9.61 ± 0.04 respektive 9.55 ± 0.04 sekunder.

Alltså, en världsrekordtid nedåt 9,6 sekunder eller lägre är troligt. Författarna avslutar med att konstatera att loppet i Beijing gick utan mätbar vind, vilket i gynnsam vind (upp till 2 m/s i ryggen) gör att ett lopp av Bolt under 9,5 s är möjligt inom en snar framtid.
Referens:
¹ Velocity dispersions in a cluster of stars: How fast could Usain Bolt have run?, H. K. Eriksen, J. R. Kristiansen, Ø. Langangen och I. K. Wehus. arXiv:0809.0209v2 [physics.pop-ph].

Andra bloggar om: sport, 100 meter, Usain Bolt, OS, världsrekord. Intressant?