FIV, Alm.del - 2014-15 (1. samling) - Bilag 192: Tidsskriftet Aktuel Naturvidenskab nr. 1-2015

Uddannelses- og Forskningsudvalget 2014-15 (1. samling)
FIV Alm.del Bilag 192
Offentligt

Aktuel

NATURVIDENSKAB

MARTS I 2015

FORSKNING • ERKENDELSE • TEKNOLOGI

Pris kr. 50,00

Tre tigerspring for

materialeforskningen

Tema om materialeforskning med neutron- og røntgenteknikker

Hvad siger tallene? Om statistik i medierne

Synspunkt: Hvem skriver lærebøgerne om?

Kongerigets glemte Inge

FIV, Alm.del - 2014-15 (1. samling) - Bilag 192: Tidsskriftet Aktuel Naturvidenskab nr. 1-2015

TEMA: XXXXXX

Hvem skriver

lærebøgerne om?

Gode lærebøger er blevet en mangelvare på universiteterne, fordi der ingen incitamenter

er til at skrive lærebøger. Det går ud over kvaliteten af undervisningen.

“L

Af Kaj Sand-Jensen,

professor

Ferskvandsbiologisk

Laboratorium

Københavns Universitet

[email protected]

Kvalitetsudvalgets rapport

Nye veje og høje mål

kan

læses på Uddannelses- og

Forskningsministeriets

hjemmeside: ufm.dk

Læs videre:

ærebøgerne skal skrives om”. Du har sikkert

bemærket, at det er en yndet og hyppig brugt

punch line i populær formidling af universiteternes

forskningsresultater. Henvisningen til lærebøgerne

skyldes naturligvis, at de repræsenterer den autoritet,

der opsummerer den etablerede viden inden for et

fag og giver den videre til nye generationer. Det er da

også uomtvisteligt, at lærebøger – eller mere bredt

“undervisningsmateriale” – spiller en afgørende rolle

for fagenes udvikling i almindelighed og for kvaliteten

af undervisningen i særdeleshed. Derfor er det en på

alle måder samfundsnyttig aktivitet at skrive lære-

bøger (og skrive dem om). Men hvis man i sin akade-

miske karriere bruger tid på at skrive lærebøger er

man godt dum – eller måske blot en naiv idealist.

For når vores akademiske meritter måles og vejes,

tæller det ingen steder, at man har skrevet lære-

bøger. At skrive lærebøger anses altså for at være et

tidkrævende sidespring (det kan snildt tage et år at

udarbejde en lærebog), som tager fokus og energi

fra det universitetsansættelse i dag handler om: at

skaffe fondsmidler til instituttet og producere viden-

skabelige afhandlinger. For yngre lektorer er det deci-

deret selvdestruktivt at give sig i kast med bogpro-

jekter, uanset hvor mangelfuldt undervisningsmate-

rialet måtte være.

Det manglende fokus på indhold og kvalitet af

universiteternes undervisning er paradoksalt, fordi

de fastansatte lærere forventes at anvende halv-

delen af deres tid på undervisning. Mange steder

får man fornemmelsen af, at al energi og belønning

går til forskningsdelen. Denne skævvridning er klart

forøget i de seneste årtier i takt med mere topsty-

ring og reduktion af basisbevillinger i forhold til

eksterne bevillinger. Med stadigt flere udenlandske

forskere og forskerstuderende er fokus på undervis-

ning faldet yderligere.

Sammenhæng er afgørende

Sproget og den sammenhæng, det anvendes i, er

vigtig for effektiv læring. Elementær undervisning i

geografi, geologi, naturressourcer, økologi og prak-

tisk forvaltning har så stor tilknytning til den natio-

nale sammenhæng, at konkret henvisning til danske

arter, lokaliteter og historie i danske lærebøger sikrer

det højeste udbytte. Indlæring af sproget udgør en

første barriere, og muligheden for at forholde sig

konkret til lokaliteter mv. i den engelske lærebog

er den næste barriere. Derfor har nye studerende

nemmere ved at læse og forholde sig konkret

til egne oplevelser med Furesø og Gudenå i den

danske lærebog end til kæmperne Michigansøen

og Mississippifloden og deres helt ukendte fiske-

arter i den amerikanske lærebog. Udenlandske

eksempler kan være irrelevante eller direkte lede

til misforståelser i en dansk sammenhæng. Fysiske

processer i amerikanske kæmpesøer og floder kan

ganske enkelt ikke overføres til de meget mindre

danske søer og vandløb.

Mange fag inddrager i stigende grad specialartikler

i undervisning, hvilket er nyttigt for at lære kritisk

læsning af forskningslitteratur. Men de må nødven-

digvis være et supplement til det overblik, som lære-

bogen skaber. Kandidater ansat ude i samfundet vil

således gang på gang vende tilbage til deres oprin-

delige lærebøger, men aldrig til de læste specialar-

tikler. På universiteterne er vi imidlertid allerede nu

overladt til lærebøger, som er for gamle eller blot er

blevet lappet på med tillægskapitler eller bokse i nye

oplag. Illustrationer er teknisk dårlige, og gode eksem-

pler og praktiske øvelser mangler ofte. Derfor er der

al mulig grund til at fremme incitamenterne til, at vi

får skrevet de gode lærebøger, som kunne løfte de

studerendes læringsudbytte markant.

Paradoksal mangel på undervisningsfokus

Konsekvensen er, at rigtig meget undervisning på

universiteterne i dag foregår, uden at de studerende

har adgang til undervisningsmateriale af god kvalitet.

Gode lærebøger skal have en logisk, velskrevet tekst,

behandle de vigtigste sammenhænge i faget, være

opdaterede og via eksempler og opgaver gøre de

studerende i stand til at arbejde konkret og analy-

tisk med de nye spørgsmål og løsningskrav, som de

møder i deres fremtidige arbejde. Det vil for langt de

fleste ikke foregå på universiteterne, men i private virk-

somheder, kommunale-statslige forvaltninger og på

andre undervisningsinstitutioner. I den nylige rapport

fra “Kvalitetsudvalget” er der fokus på det faktum,

at undervisningskompetencer ikke rigtig tæller i det

akademiske meritsystem, og at det er et problem for

kvaliteten af uddannelserne. Jeg mener, at det i den

sammenhæng er vigtigt at inddrage en diskussion af

lærebøger og undervisningsmateriales betydning for

kvaliteten i undervisningen og dermed for de færdige

kandidaters muligheder for at kunne tilføre afgørende

kompetencer til udvikling af samfundet.

SYNSPUNKT

Aktuel Naturvidenskab

2013

2015

FIV, Alm.del - 2014-15 (1. samling) - Bilag 192: Tidsskriftet Aktuel Naturvidenskab nr. 1-2015

Indhold

FORSKNING OG NYHEDER

Kort nyt

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

TEMA:

Tre tigerspring for materialeforskningen . . . . . . . . . . . .

Et tidsmikroskop – oplev verden på et nanosekund .

Magnetoelektriske materialer finder vejen

til fremtidens IT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Røntgen-snapshots fanger kemi i flugten

. . . . . . . . . .

Tema

Tre tigerspring for

materialeforskningen

Materialeforskningens CERN. Sådan kan man

beskrive de store nye forskningsfaciliteter, der

for tiden er ved at blive bygget ved hhv. Lund

i Sverige og Hamborg i Tyskland. Det drejer

sig om neutronkilden European Spallation

Source (ESS) og synkrotron-røntgenkilden

MAX IV, der begge opføres i Lund, og den

europæiske fri-elektron røntgen-laser

European X-ray Free Electron Laser (E-XFEL)

ved Hamborg. I dette og næste nummer af

Aktuel Naturvidenskab vil en række danske

materialeforskere fortælle om nogle af de

mange muligheder, de nye faciliteter vil byde

på for dansk materialeforskning.

Se nanomaterialer blive til – in situ krystallografi

. . .

Parasit påvirker torskens hjerterytmer . . . . . . . . . . . . .

PERSPEKTIV, DEBAT OG SERVICE

Synspunkt: Hvem skriver lærebøgerne om? . . . . . . . . . .

Sådan skrives det! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Hvad siger tallene? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Kongerigets glemte Inge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Boganmeldelser: “Det dyrebare” og “Blomsterliv” . . .

Bagsiden: Mini-satellitter på samlebånd.

. . . . . . . . . . .

Hvad siger tallene?

Undersøgelser og tal fylder godt i de daglige nyheder. Men der

er god grund til at kigge kritisk på de taltunge nyheder, for ofte

er de skæmmet af fejlslutninger.

Inge Henningsen guider læseren gennem nogle af de mest

almindelige fejl, man kan støde på.

Aktuel Naturvidenskab

2015

FIV, Alm.del - 2014-15 (1. samling) - Bilag 192: Tidsskriftet Aktuel Naturvidenskab nr. 1-2015

KORT NYT

Afslører dit ansigt din personlighed?

Udseendet har stor betydning for, hvordan vi vurderer et menneskes

personlighed. Men vurderer vi rigtigt? Det har Karin Wolffhechel fra

DTU Systembiologi undersøgt som led i sit ph.d.-studie, og det korte

svar er nej. Men der er alligevel et par personlighedstræk, som har en

tendens til at afspejle sig i ansigtet.

Fx vil mænd med brede kæbepartier ofte blive vurderet som domine-

rende, og der er faktisk en lille tendens til, at det stemmer. Samtidig vil

kvinder, der ud fra deres udsende af andre bliver vurderet som even-

tyrlystne og emotionelt stabile, også have stræbsomhed som et tyde-

ligt træk i deres personlighed.

Som led i forsøget fik 244 ansatte og studerende på DTU taget billeder af

deres neutrale ansigt. Der blev brugt samme opstilling ved alle billeder.

Derefter satte man punkter i billederne, så man kunne udregne koordi-

nater, der beskrev ansigtstrækkene. Forsøgspersonerne gennemgik en

personlighedstest med fem overordnede personlighedstræk: Omgæn-

gelighed, ansvarsbevidsthed, udadvendthed, følelsesmæssig stabili-

tet, intellektuel åbenhed og dertil yderligere 17 underordnede træk.

Endelig vurderede forsøgspersonerne 20 andre deltageres billeder og

gav en score på 1-9 på tolv forskellige personligheds- og ansigtstræk.

Studiet er mundet ud i en model, der kan forudsige hvilket første-

håndsindtryk, man giver. Upload et billede med neutrale ansigtstræk af

dig selv på face.cbs.dtu.dk, og du kan få vurderet omverdenens sand-

synlige førstehåndsindtryk af dig. Siden vil annotere (opmærke) bille-

Foto: Mikal Schlosser

Virker du tillidsvækkende eller eventyrlysten?

Afstanden mellem punkterne i dit ansigt, fx

kæbepartiets og mundens bredde, afgør, hvil-

ket førstehåndsindtryk andre får af dig.

det, og afstanden mellem punkterne afslører, hvordan du vil blive vur-

deret på 12 personligheds- og ansigtstræk.

Af Tore Vind Jensen, DTU

Mini-tsunami i dk

Vandstanden falder pludselig i havnen. Efter få minutter står havover-

fladen mellem 60 og 100 cm lavere end normalt. Herefter stiger van-

det igen. Det var, hvad en lokal fisker fra Svaneke på Solskinsøen Born-

holms østkyst oplevede den 7. februar 2015.

Oceanograf Jacob Woge Nielsen, DMI, har analyseret data fra bølgen.

Han betegner hændelsen som en mini-tsunami, og flere ting peger i

den retning. Et kendetegn ved tsunamier er deres lange bølgelængde.

Det vil sige, at der er langt mellem bølgetoppene i tsunamiens enkelte

bølger. Derfor kan tsunamier næsten ikke mærkes på det åbne hav.

Når bølgen bevæger sig ind på lavt vand, bliver den kortere og højere.

»Bølgefronten er enten en dal eller en top, som forplanter sig hele vejen

fra oprindelsesstedet til kysten. Hvis det er en dal, ser man først, at

vandet trækker sig tilbage fra kysten. Det kan blotlægge havbunden

et godt stykke ud. Lige noget for nysgerrige strandgæster«, siger Jacob

Woge Nielsen. Tilbagetrækningen svarer meget godt til, hvad fiskerne

oplevede i Svaneke Havn.

Tiden fra tsunamiens første bølgetop passerer et sted, til den næste bølge-

top passerer samme sted, kaldes bølgeperioden. Svaneke-bølgen havde

en bølgeperiode på nogle minutter, som stemmer godt overens med en

typisk bølgeperiode for en tsunami. En mini-tsunami virker derfor som en

passende betegnelse for det usædvanlige fænomen. Årsagen er dog endnu

ukendt. »Et undersøisk skred er mit bedste bud,« siger Jacob Woge Nielsen.

Vandstand

0:00

3:00

6:00

9:00

12:00

15:00

18:00

21:00

0:00

Mini-tsunami

Den 25. oktober 2001 ramte en tsunamilignende bølge den jyske

vestkyst. Ved Ferring syd for Thyborøn faldt vandstanden først

omkring �½ meter, hvorefter den igen steg næsten 70 centimenter.

De fleste tsunamier skabes netop af skred eller af jordskælv under havet.

Tsunamier er ikke et fænomen, vi ser særligt meget til herhjemme. Dan-

mark ligger i et område med lav risiko for jordskælv, og havene omkring

os er ikke dybe nok til de helt store bølger.

Vi har dog oplevet mystiske bølger før. Den 21. juli 1998 oversvøm-

mede bølger på op til 1 m strandene langs den jyske vestkyst. Noget

lignende skete i 2001 ved Thyborøn, hvor 1 m høje bølger kom ud af

det blå. I begge tilfælde er den mest sandsynlige forklaring kraftige tor-

denbyger i Nordsøen. »Mini-tsunamier er observeret før, men det her er

første tilfælde, jeg kender til, i Østersøen«, slutter Jacob Woge Nielsen.

Se video af fænomenet: http://korturl.dk/q4w

Af Pernille Kirstein Hansen, meteorolog under uddannelse, DMI.

Aktuel Naturvidenskab

2015

FIV, Alm.del - 2014-15 (1. samling) - Bilag 192: Tidsskriftet Aktuel Naturvidenskab nr. 1-2015

KORT NYT

Bruger du sukker i gyllen?

Foto: Peter Gammelby

Landbruget kan formentlig halvere udledningen af de skadelige ammo-

niakdampe ved at hælde sukker i gyllen. Ny forskning fra Aarhus Uni-

versitet tyder på, at sukker kan erstatte svovlsyre som middel til at

fjerne ammoniakdampene – til glæde for økologiske landbrug og bio-

gasproduktion.

Sur gylle (altså gylle med lav pH-værdi) afgiver ikke nær så meget ammo-

niak som neutral gylle; faktisk kan forsuring af gylle reducere afdamp-

ningen af ammoniak med op til 70 pct. Derfor er et stigende antal dan-

ske landmænd i løbet af de sidste 10 år begyndt at tilsætte svovlsyre

til deres gylle. Gylleforsuring med svovlsyre er dog ikke et universal-

værktøj. Økologiske landmænd må ikke bruge det, og biogasreakto-

rerne kan ikke bruge gylle, der er tilsat svovlsyre.

Nu har forskere fra Aarhus Universitet sammen med landbruget og

industrien fundet ud af, at sukker er ligeså godt til at forsure gylle med.

Og sukker er hverken et problem for økologer eller biogasproducenter.

»Sukkeret fungerer som substrat for bakterier, der producerer mælke-

syre. Og mælkesyren har samme effekt på ammoniak, som svovlsy-

ren har,« forklarer Maibritt Hjorth, der er kemiker og adjunkt på Insti-

tut for Ingeniørvidenskab – Manure Technology and Biogas – på Aar-

hus Universitet.

»I første omgang har vi testet, hvordan gylle reagerer, når vi tilsatte en

kombination af mælkesyrebakterier og sukker. Det viste sig at virke

meget fint, vi kunne endda få pH-værdien til at falde endnu mere, end

det var nødvendigt. Men siden har vi fundet ud af, at man ikke behø-

ver at tilsætte mikroorganismer, for dem, der allerede er i husdyrgød-

ningen, kan sagtens selv klare det, hvis man sørger for at opformere

dem. Og opformeringen klarer de også selv, hvis man tilfører sukker,«

siger Maibritt Hjorth.

Peter Gammelby, Kommunikationspartner, Aarhus Universitet

Hørelsen er ældre end vi troede

Lungefisk og salamandre kan høre, selvom

de hverken har et ydre øre eller et mellemøre,

har et team af forskere fra Aarhus Universi-

tet, Syddansk Universitet og Aarhus Universi-

tetshospital opdaget. Det betyder, at de tidli-

gere landlevende hvirveldyr sandsynligvis også

kunne høre allerede for 300 millioner år siden.

Ørerne hos lungefisk og salamandre er nemlig

gode modeller for forskellige udviklingstrin af

ørerne hos de tidlige landlevende hvirveldyr.

Hos mennesker og mange andre landlevende

hvirveldyr kan øret opdeles i tre dele: det ydre

øre, mellemøret og det indre øre. Det ydre øre

indfanger de lydbølger, der rammer det og leder

dem ind i øregangen. I mellemøret overføres

tryksvingningerne i luften via trommehinden

og én eller tre mellemøreknogler til væske-

bevægelser i det indre øre, hvor oversættel-

sen af lydbølger til nervesignaler finder sted.

Trommehindemellemøret forbedrer overførs-

len af lydenergi fra omgivelserne til sansecel-

lerne i det indre øre med op mod 1000 gange

og har derfor stor betydning for hørelsen hos

landlevende hvirveldyr.

Tilgængelige palæontologiske data tyder dog

på, at trommehindemellemøret med stor sand-

synlighed først blev udviklet ca. 100 millioner

år efter, at hvirveldyrene gik på land. Derfor

har forskere længe antaget, at de tidlige land-

levende hvirveldyr var døve.

Til forskernes overraskelse viste deres under-

søgelser, at ikke bare de landlevende voksne

salamandre, men også de vandlevende unge

salamandre og endda lungefiskene, som er fuld-

stændig utilpasset hørelse i luft, kan høre lyd i

luft på trods af det manglende trommehinde-

mellemøre. Ved at undersøge dyrenes vibra-

tionssans har forskerne påvist, at både lun-

gefisk og salamandre hører lyd ved at sanse

de vibrationer, som lydbølgerne inducerer, når

de rammer dyrene.

Det betyder, at hvirveldyrenes tilpasning til

hørelse i luft efter overgangen fra vand til

land formentlig var en gradvis proces. Alt tyder

således på, at de tidlige landlevende hvirvel-

dyr kunne høre også før de udviklede tromme-

hindemellemøret.

Ud over at gøre os klogere på hørelse gene-

relt, kan resultaterne i fremtiden give inspira-

tion til udviklingen af kliniske behandlinger for

hørenedsættelse.

CRK, Kilder: AU og SDU.

Videnskabelige kilder: Proc. R. Soc. B 282:

20141943. J Exp Biol 218, 381-387.

Aktuel Naturvidenskab

2015

Foto: Christian Bech Christensen

Forskerne har spillet lyde for

dyrene både under vand og i et

lyddødt rum (som på billedet) og

målt de resulterende nervesvar

i hørenerven og hjernestammen

vha. elektroder i huden.

FIV, Alm.del - 2014-15 (1. samling) - Bilag 192: Tidsskriftet Aktuel Naturvidenskab nr. 1-2015

KORT NYT

Foto: Carsten Nielsen

Havets hærværk sat på formel

Kæmpebølger, storme og salte skumsprøjt

gør livet farligt for de maskiner, som på for-

søgsbasis omformer havets kræfter til grøn

elektricitet. Ved at kombinere matematiske

modeller med bølgesimulatorer i laborato-

riet er bølgeenergiforskere på Aalborg Uni-

versitet blevet bedre til at forudse ting, der

kan gå galt. Det kan gøre næste generations

prototyper mere pålidelige.

Et af bølgeenergikoncepterne omsætter vug-

gende flyderes bevægelser i vandoverfladen

til elektricitet via et hydraulisk stempel og en

generator. Så snart der er mere end én fly-

der på en bølgeenergimaskine, påvirker de

imidlertid hinanden. Ved at sætte de ind-

byrdes påvirkninger ind i modeller har for-

skerne anvist strategier for en mere optimal

styring, så der både tages hensyn til slid og

produktion.

»Hvis man udelukkende designer sit bølgeener-

gianlæg med maksimering af ydelsen for øje, vil

man typisk vælge meget aggressive styringsstra-

tegier til at hive energien ud med. Det medfører

imidlertid væsentligt større belastning og udgif-

ter til mere stål, øget vedligehold, større fejlra-

ter og dermed selvfølgelig et dyrere anlæg. Det

er derfor meget væsentligt for bølgeenergianlæg

at finde den mest fordelagtige balance mellem

ydelse og pris, så designet afspejler den laveste

mulige pris pr. produceret kWh,« forklarer lektor

og civilingeniør Morten Kramer, som er ansat i en

kombineret stilling hos Aalborg Universitet og bøl-

geenergivirksomheden Wavestar.

Resultaterne kan være et skridt på vej mod at

gøre bølgeenergi til et reelt supplement til fx

vindenergi. Modelarbejdet og bassinforsøgene

gør det dog ikke alene, understreger Morten

Kramer. Der bliver brug for flere prototypetest i

Morten Kramer ved en ned-

skaleret forsøgsopstilling i

Aalborg Universitets inden-

dørs bølgebassin. Her under-

søges flydere i stil med dem,

der anvendes på Wavestars

store bølgemaskine, når

de bliver udsat for kunstigt

skabte bølger i bassinet.

det ubarmhjertige miljø til havs, før bølge-

energi kan gøre sig håb om at spille en reel

rolle i energiforsyningen.

Carsten Nielsen, journalist,

Aalborg Universitet

Se de nyeste videnskabelige artikler:

http://kortlink.dk/fsrd

Aktuel Naturvidenskab

2015

FIV, Alm.del - 2014-15 (1. samling) - Bilag 192: Tidsskriftet Aktuel Naturvidenskab nr. 1-2015

KORT NYT

Robotter kan nu lære

ved at se

Normalt tager det en ingeniør mange timer at programmere en robot til

at udføre en arbejdsopgave. Men nu er det lykkes forskere på SDU at

skabe et system, hvor robotten oplæres ved, at en medarbejder viser

den, hvad den skal gøre. Robotten husker efterfølgende bevægel-

serne og gentager dem.

»Vi har udviklet et system, som er i stand til at lære fra mennesker. Med

det unikke system giver vi medarbejdere i produktionen en mulighed

for selv at programmere robotten. Det er en stor fordel for industrien,

fordi robotterne bliver meget mere fleksible og billigere at bruge,« siger

adjunkt Thiusius Rajeeth Savarimuthu fra Mærsk Mc-Kinney Møller

Instituttet på SDU.

I stedet for at skrive mange linjer med programmeringskoder, sikrer

Foto: Det Tekniske Fakultet, SDU

systemet, at robotten kan lære ved at iagttage et menneske. Robotten

er udstyret med mange kameraer, som kan følge personens bevægel-

kant. Forskningsprojektet, kaldet IntellAct, skal nu videreudviklet i sam-

ser, og robotten indkoder sig, hvordan arbejdet skal udføres.

arbejde med små og mellemstore virksomheder. Perspektivet er, at de

Systemet sikrer også, at robotterne er i stand til at blive dygtigere og

fleksible robotter på sigt kan betyde, at der ikke længere vil være en

hurtigere for hver gang, de udfører en opgave. Robotten er dermed i

økonomisk gevinst ved at flytte industriarbejdspladser til lavtlønslande.

Af Mette Christina Møller Andersen, Kommunikationsmedarb.,SDU

stand til at forbedre sig selv.

Se film af den lærende robothånd:

Forskernes resultater kan forandre industriarbejdspladserne signifi-

www.youtube.com/watch?v=vwLjXSvFsQA

Eksplosion kigget i kortene

Mange har sikkert i skolen oplevet det fascinerende eksperiment,

hvor en klump natrium puttes ned i en beholder med vand, hvorefter

klumpen opfører sig som en anden ildspruttende nytårsfontæne. Når

natrium reagerer med vand afgives elektroner fra metallet til vandet,

hvor de reagerer og danner hydrogengas og natriumhydroixid (NaOH).

Den eksplosive opførsel af natrium (og andre alkalimetaller) forklares

ved, at reaktionen foregår under stor varmeudvikling, der kan være til-

strækkelig til at antænde hydrogengassen.

Men denne lærebogsforklaring indfanger ikke det, der er afgørende

for, at den voldsomme reaktion kan finde sted, fremgår det af en ny

afhandling i

Nature Chemistry

af Pavel Jungwirth og kolleger fra det

tjekkiske videnskabsakademi.

For at processen kan udvikle sig eksplosivt kræver det en effektiv

opblanding af reaktionsprodukterne ved kontaktfladen mellem natrium

og vand, da reaktionen kun kan foregå ved denne kontaktflade. Men

det har ikke været klart, hvad der skulle forårsage en sådan effektiv

opblanding. I virkeligheden burde produktionen af damp og hydrogen-

gas danne et beskyttende lag, der adskilte reaktanterne og derfor fik

reaktionen til at gå i stå.

Forskerne har ved hjælp af et højhastighedskamera studeret, hvad

der sker, når små dråber af en blanding af natrium og kalium kommes

ned i en vandbeholder. Meget kort tid efter, at dråberne har ramt van-

det (ca. 350 mikrosekunder) skyder der metaltråde ud i vandet fra drå-

Dramatisk ser det ud, når en klump

natrium reagerer med vand.

ben med høj fart – hurtige end dannelsen af gas. Ved hjælp af simule-

ringer af molekylernes dynamik er forskerne nået frem til, at fænome-

net kan forklares med en såkaldt Coulomb-eksplosion, hvor elektroner

afgives fra metaloverfladen til vandet næsten øjeblikkeligt, hvorefter

de positive metalioner frastøder hinanden. Resultatet er en dramatisk

forøgelse af overfladearealet, der er afgørende for, at der kan finde en

eksplosiv reaktion sted.

CRK, Kilde: Nature Chemistry (2015), doi:10.1038/nchem.2161

Se video med forskernes forklaring på fænomenet:

www.youtube.com/watch?v=8PEVmflpUCo

Aktuel Naturvidenskab

2015

Foto: Wikimedia Commons. (CC BY-SA 3.0)

FIV, Alm.del - 2014-15 (1. samling) - Bilag 192: Tidsskriftet Aktuel Naturvidenskab nr. 1-2015

TEMA: TRE TIGERSPRING FOR MATERIALEFORSKNINGEN

Tre tigerspring for

materiale-

forskningen

Materialeforskningens CERN. Sådan kan man beskrive

de store nye forskningsfaciliteter, der for tiden er ved at

blive bygget i hhv. Lund i Sverige og Hamborg i Tyskland.

Forfattere

Peter Kjær Willendrup

Senior Forskningsingeniør,

Institut for Fysik, DTU

[email protected]

Mads Ry Vogel Jørgensen

postdoc,

iNANO-Kemi,

Aarhus Universitet

[email protected]

denne og næste udgave af Aktuel Naturviden-

skab er danske forskere inden for materialeviden-

skab i bred forstand gået sammen for at skrive en

serie artikler, som illustrerer de nye muligheder, der

åbner sig for dansk materialeforskning i den nære

fremtid. Helt nye faciliteter er ved at blive bygget i

Lund og Hamborg – i kort afstand fra og dermed

let tilgængelige for alle de danske forskningsmil-

jøer. Nærmere bestemt er der tale om neutronkil-

den European Spallation Source (ESS), der opføres

af et stort europæisk konsortium med svensk-dansk

værtskab, den europæiske fri-elektron røntgen-laser,

European X-ray Free Electron Laser (E-XFEL), der

opføres med tysk værtskab, samt den svenske MAX

IV synkrotron-røntgenkilde. De tre faciliteter kom-

mer til sammen til at udgøre en slags “materiale-

forskningens CERN”, hvor nærmest alle typer af

materialer kan undersøges ved hjælp af en række

højt specialiserede instrumenter. Ved at studere og

udvikle nye materialetyper er det håbet, at forsk-

ningen kan hjælpe til med at løse en lang række af

samfundets problemer indenfor fx miljø- og klima,

energi, transport, medicin og sundhed.

Nærværende artikel beskriver de tre faciliteter,

hvordan de tre faciliteter komplementerer hinanden

samt hvilke instrumenter ved faciliteterne, der har

særlig dansk interesse.

der er kommet i termisk ligevægt med et materi-

ale ved stuetemperatur, har en bølgelængde på 0,1

- 1 nm, altså tæt på afstandene mellem atomerne

og lidt længere end bølgelængden af røntgenstrå-

ling. Derfor kan man “se” atomer med både rønt-

gen- og neutronstråling. Men neutronerne ser mere

end bare atomerne: De vekselvirker også med mag-

netisme i materialerne og med de vibrationer, som

atomerne i materialerne laver.

Det er særligt for neutronen, at den ikke har nogen

ladning og derfor kun vekselvirker svagt med de

fleste materialer. Det gør, at man kan se ind i meget

store prøver eller sende strålingen gennem tykke

vægge på fx køleenheder eller magneter, hvis man

vil undersøge prøven under specielle fysiske forhold.

Der er eksempler på eksperimenter, hvor en hel

motorblok fra en lastbil er blevet undersøgt.

En anden særlig egenskab for neutronen er, at

den kan optage energi fra eller afgive energi til

det materiale, den vekselvirker med. Energien bli-

ver omsat til/fra vibrationer i materialet. Det kan

udnyttes til at undersøge, hvordan vibrationerne

har indflydelse på et materiales egenskaber.

Når man lyser på en prøve med neutronstråling

spredes strålerne ved vekselvirkning med atomker-

nerne, og denne spredning skaber et unikt møn-

ster af stråling på grund af interferens mellem strå-

ler spredt fra de enkelte atomer. Når man studerer

sammenhængen mellem den stråling, der sendes ind

mod prøven og den stråling, der udsendes fra prø-

ven, kan man med forskellige metoder både måle

strukturer i materialet og dynamiske fænomener.

Neutroner fornemmer atomer meget anderledes end

røntgenstråling. Hvor neutroner vekselvirker med

atomkernen, vekselvirker røntgen med elektronerne,

Kim Lefmann, lektor,

Niels Bohr Institutet,

Københavns Universitet

[email protected]

Fælles for alle de eksperimentelle teknikker, der

beskrives i dette tema, er, at de undersøger veksel-

virkningen mellem en røntgen- eller neutronstråle

og en materialeprøve.

Som beskrevet i kvantemekanikken kan energi

(lys) opføre sig som enten bølger eller partikler. På

samme måde kan partikler opføre sig som enten

bølger eller partikler. Det viser sig, at neutroner,

2015

Røntgen og neutroner

Kristoffer Haldrup,

seniorforsker

Institut for Fysik, DTU

[email protected]

Aktuel Naturvidenskab

FIV, Alm.del - 2014-15 (1. samling) - Bilag 192: Tidsskriftet Aktuel Naturvidenskab nr. 1-2015

TEMA: TRE TIGERSPRING FOR MATERIALEFORSKNINGEN

Clystroner og

modulatorer leverer

den nødvendige

strøm til at accele-

rere protonerne.

Protonerne rammer

et Wolfram-emne

(kaldet target) som

efterfølgende udsender

neutroner, som føres til

neutron-strålelederne.

Superledende

lineær accelera-

tor, hvori protoner

bliver accelereret.

Laboratorium

til forberedelse

af prøver.

ESS

Oversigtstegning af ESS. I

venstre ses acceleratoren

der leder ind til målbyg-

ningen midt i billedet.

Instrumenterne er place-

ret i og omkring målbyg-

ningen.

ESS Data Management

og Software Center i

København.

Databehandlingscenter,

hvor de eksperimentelle

data indsamles, analyse-

res og sendes videre.

Instrument, hvor neu-

tronerne rammer og

derefter kastes væk

fra prøven, måles af

forskellige detektorer

og genererer eksperi-

mentelle data.

Hal med for skellige

instrumenter til for-

skellige målinger.

I L L U S T R AT I O N

E S S , L Ö N EG Å R D

og jo flere elektroner i et givent materiale, jo mere

spredes røntgenstrålerne. Med røntgen kan man

derfor let “se” guld, men det er svært at se fx ilt,

hvis det er i nærheden af guld, da den stærke spred-

ning fra de tunge guldatomer overdøver sprednin-

gen fra de meget lettere ilt-atomer. Ligeledes er det

svært fx at se forskel på mangan og jern, da de står

lige ved siden af hinanden i det periodiske system,

og derfor spreder næsten ens.

Med neutronernes mere komplicerede vekselvirk-

ning med atomkernerne er det derimod let at se

oxygen i nærheden af guld, og det er let at se forskel

på mangan og jern. På den anden side er intensite-

ten af røntgenstråler fra synkrotroner mange gange

kraftigere, og visse eksperimenter er derfor lettere at

lave med røntgen end med neutroner.

ESS-faciliteten, der er under opførelse i Lund i Sve-

rige med tilknyttet datacenter i København, bliver

verdens langt kraftigste neutronkilde.

ESS er en spallationskilde, hvor intens neutron-

stråling laves ved at bombardere et tungt grundstof

med protoner, der bevæger sig tæt på lysets hastig-

hed. Kilden og instrumenterne er tilsammen så

dyre, at de fleste lande ikke kan bygge dem alene.

Derfor bygges ESS med Danmark og Sverige som

værter og med 15 andre europæiske lande som sam-

arbejdspartnere.

Neutronerne, der produceres, skal benyttes på den

bedste måde. Derfor bliver en række forskellige

instrumenter placeret rundt om kilden. Tilsam-

men vil de 22 instrumenter være i stand til at lave

Verdens kraftigste neutronkilde

Nye faciliteter – og instrumenter med et dansk islæt

Alle tre nye faciliteter får instrumenter med et dansk islæt:

European Spallation Source skal forsynes med i alt 22 instru-

menter, hvoraf de 12 foreløbig er besluttet ud fra en række

indsendte forslag. Tre af de accepterede forslag blev fremsat

af et dansk-schweizisk konsortium. Derudover er stort set

alle neutronguides, der skal anvendes på ESS, designet i Dan-

mark ved brug af det danske simuleringssoftware McStas.

Denne ekspertise ligger også bag de helt nye design bag de

dansk- schweiziske ESS-instrumenter.

På MAX-IV bliver DANMAX-instrumentet den danske adgangs-

På E-XFEL bliver instrumentet FXE en dansk in-kind leverance,

dvs. at arbejdet med design og konstruktion udføres i Dan-

mark for danske midler og gælder som del af det danske

medlemskab af E-XFEL. Det er foreslået, at det danske simu-

leringssoftware McXtrace kan benyttes som del af data-ana-

lysen på FXE-instrumentet.

vej til garanteret brug af instrumenter ved faciliteten. Instru-

mentet designes og bygges på DTU og AU. Det er tanken, at

det danske simuleringssoftware McXtrace skal benyttes til

design af instrumentet.

Aktuel Naturvidenskab

2015

FIV, Alm.del - 2014-15 (1. samling) - Bilag 192: Tidsskriftet Aktuel Naturvidenskab nr. 1-2015

TEMA: TRE TIGERSPRING FOR MATERIALEFORSKNINGEN

Produktion af neutronstråler

Neutronen blev første gang eksperimentelt bekræftet, da

englænderen James Chadwick i 1932 lavede forsøg med at

sende alfa-partikler ind i beryllium, hvorved der blev dannet

kulstof og neutroner.

Til fremstilling af kraftige neutronstråler benyttes i dag to

andre metoder: fission og spallation. Fission foregår i en ker-

nereaktor. Her fanges langsomme neutroner af U-235 kerner.

Kernen splittes herefter til to nye kerner og udsender samti-

dig to-tre neutroner. Disse neutroner kan splitte endnu en

U-235 kerne og dermed starte en kædereaktion. Den ene

neutron benyttes til at opretholde kædereaktionen, mens de

andre kan bruges til andet, fx til at foretage spredningsekspe-

rimenter.

Spallationsprocessen foregår ved, at protoner accelereres til

hastigheder tæt på lysets, hvorefter de rammer en tung

atomkerne som fx kviksølv, bly eller wolfram. Det resulterer i

en meget ustabil kerne, som hurtigt udsender en sky af både

protoner, neutroner og gammastråling. En af fordelene ved

spallationskilder er, at der ikke er en kædereaktion, der skal

kontrolleres. Hvis neutronproduktionen skal stoppes, slukkes

acceleratoren. Ved både fission og spallation sendes hurtige

neutronerne ud i alle retninger. Neutronerne skal derefter

bremses op, enten i vand eller flydende hydrogen. Derefter er

det muligt at guide neutronerne, så de hovedsageligt sendes

mod instrumenterne placeret rundt om kilden. Ved ESS i

Lund bliver de korteste instrumenter ca. 10 meter lange,

mens de længste bliver ca. 160 meter lange.

Neutronen blev teoretisk foreslået i

1920. I 1932 fastlog englænderen

James Chadwick med eksperimenter,

at neutronen var en partikel med en

masse tæt på protronens og uden lad-

ning. Chadwick fik i 1935 Nobelprisen i

fysik for opdagelsen af neutronen.

Foto: Los Alamos National Laboratory.

Illustration: Mads Ry Jørgensen.

De første materialevidenskabelige eksperimenter med neu-

troner blev udført under og lige efter 2. verdenskrig i USA og

Canada, som havde bygget kernereaktorer i forbindelse med

Manhattan-projektet. Her viste det sig, at neutroner kunne

bruges til at studere struktur, magnetisme og gittervibratio-

ner i materialer. Dette arbejde gav Clifford Schull og Bertram

Brockhouse Nobelprisen i fysik i 1994.

eksperimenter til udforskning af stort set alle typer

materialer. I oktober 2014 blev de første 12 instru-

menter udvalgt, men der er stadig plads til (mindst)

10 yderligere instrumenter, som forskergrupper og

industri senere kan indsende forslag til.

Selve kilden består af en ca. 600 m lang superle-

dende lineær accelerator, der accelererer protoner

til en energi på 2,5 GeV (giga-elektronvolt), hvil-

ket svarer til 96 % af lysets hastighed. Protonerne

sendes herefter ind i et svinghjul lavet af wolfram

med en diameter på 2,5 m og en vægt på næsten 5

ton. Effekten af protonstrålen vil nå op på 5 MW,

så hjulet roterer (med 25,5 omdrejninger pr. minut)

og er kølet med heliumgas for at forhindre, at det

smelter. Når protonerne støder ind i wolframato-

merne, sker spallationsprocessen, hvor wolframker-

nerne deles i mindre dele, og der udsendes neutro-

ner. Før neutronerne kan anvendes ved instrumen-

terne, skal de “køles ned” til lavere energier, hvilket

kan gøres med fx vand ved stuetemperatur eller fly-

Aktuel Naturvidenskab

2015

dende brint. Efter “nedkølingen” føres neutronerne

vha. neutronguider ud til instrumenterne, som er

placeret i forskellige afstande fra kilden – helt op til

160 m væk.

I lighed med ESS faciliteten er E-XFEL, der er

under opførelser nær Hamborg i Tyskland, et stort

internationalt projekt med deltagelse af 12 lande,

heriblandt Danmark.

Ligesom ESS er E-XFEL og andre røntgenlasere

baseret på en lang, lineær accelerator, hvor ladede

partikler accelereres op til 17,5 GeV, svarende til

en hastighed ganske tæt på lysets. I E-XFEL er de

ladede partikler elektroner i stedet for protoner, og i

stedet for at ramme et metal, bliver bundter af elek-

tronerne sendt igennem et flere hundrede meter

langt magnetsystem, en såkaldt undulator. Mag-

neterne sætter elektronbundterne i svingninger, og

En kraftig laser – der skyder med

røntgenstråling

FIV, Alm.del - 2014-15 (1. samling) - Bilag 192: Tidsskriftet Aktuel Naturvidenskab nr. 1-2015

E-XFEL

Foto: © DESY 2014

Foto af del af installationen af den

3,4 km lange accelerator på

E-XFEL.

Acceleratoren starter ved Deut-

ches Elektronen-Synchrotron

(DESY) i Hamburg og løber 3,4 km

under jorden til byen Schelefeld.

takket være deres ekstreme hastighed og omhyg-

geligt skræddersyede egenskaber vekselvirker elek-

tronbundterne kraftigt med det udsendte røntgen-

lys. Det får elektronerne i et bundt til at danne

yderligere mikro-bundter, som alle svinger i takt,

hvilket får den udsendte røntgenstråling til at blive

tusinder af gange kraftigere. Strålingen fra elektro-

nerne ligner på mange måder laserlys, og derfor kal-

des denne type facilitet ofte en fri-elektron-laser.

Pulserne af røntgenlys fra en fri-elektron-laser er

udover at være utroligt intense også kendetegnet

ved at være exceptionelt korte, typisk under 100

femtosekunder (en næsten ufattelig kort tidsenhed,

da et femtosekund = 10

-15

sekunder). Kombinatio-

nen af ultra-korte og ultra-intense pulser af røntgen

åbner døre til en lang række af eksperimenter, som

hidtil har været umulige, og man forventer, at den

Europæiske XFEL vil bidrage med banebrydende

eksperimenter indenfor mange områder, fra pro-

tein-studier til materialefysik og kemi.

Acceleratoren starter ved Deutches Elektronen-

Synchrotron (DESY) i Hamburg og løber 3,4 km

under jorden til byen Schenefeld, hvor facilitetens

6 instrumenter deler strålingen fra i alt 3 undulato-

rer. Instrumentet Femtosecond X-ray Experiments

(FXE) bliver en dansk leverance til XFEL i et sam-

arbejde mellem DTU Fysik og det danske firma JJ

X-ray. Kombineret med et avanceret lasersystem til

at “kickstarte” de kemiske reaktioner og bevæbnet

med en lang række forskellige detektorsystemer vil

dette instrument populært sagt blive i stand til at se

ind i selve reaktionspilen i de kemiske reaktionslig-

ninger.

Lige ved siden af det sted, hvor ESS opføres i Lund,

er en anden stor facilitet ved at blive færdiggjort,

nemlig MAX IV synkrotronen. I modsætning til de

lineære acceleratorer på ESS og E-XFEL får MAX IV

en såkaldt lagerring, en ringformet accelerator som

både kan accelerere og lagre partikler. I lagerringen

Aktuel Naturvidenskab

2015

MAX IV synkrotronen

FIV, Alm.del - 2014-15 (1. samling) - Bilag 192: Tidsskriftet Aktuel Naturvidenskab nr. 1-2015

TEMA: TRE TIGERSPRING FOR MATERIALEFORSKNINGEN

MAX-IV

Mindre lagerring, 1,5 GeV

Elektroner accelereres til

en maksimumenergi på 3,4 GeV.

Injekserer elektroner i ringen.

Ekstremt korte lysglimt

kan producres her

Kortpulsanlæg

Lyset fra afbøjningen af

elektronerne sendes ud

gennem rør til forsøgs-

opstillingerne. Bølgelængde

og fokus kan styres.

Beamlines

Lineæraccelerator

Omkreds 96 meter

Elektronkanon

Omkreds på hele 528 meter.

Lagrer elektroner i et vakuumrør som

acceleres i linjeacceleratoren.

Elektronerne styres rundt i ringen

ved hjælp af magneter. Når elektronerne

ændrer retning, udsender de lys

– såkaldt synkrotronstråling.

Stor lagerring, 3,0 GeV

Kontorer og

besøgscenter m.m.

Forsøgsstationer

For enden af hver beamline er der

en forsøgsstation med forsøgs-

opstillinger optimeret til et

forskningsfelt.

Illustration: Mads Ry Jørgensen

Skematisk tegning af pulverdiffraktions-beamlinje, fx i for-

bindelse med DANMAX på MAX-IV faciliteten. Røntgenstrålin-

gen genereres, når elektronerne i lagerringen passerer igen-

nem magnetfelterne i undulatoren. En enkelt bølgelængde

vælges ud vha. en monokromator og sendes ind mod prøven.

Røntgenstrålingen vil blive spredt som kegler. Intensiteten og

positionen af disse kegler optages på en detektor og kan

bruges til at modellere den atomare struktur.

Røntgenstråling og røntgenkilder

Røntgenstråling er elektromagnetisk stråling ligesom almin-

deligt synligt lys og radiobølger, men det har en meget kor-

tere bølgelængde: 5 pm til 10 nm. Den korte bølgelængde

betyder, at røntgenfotonerne har en høj energi – faktisk så

høj, at de kan skade molekyler, herunder vores DNA, og strå-

lingen kaldes derfor ioniserende stråling.

Røntgenstråling kan fremstilles ved hjælp af røntgenrør (som

i tyskeren Wilhelm Röntgens oprindelige eksperiment fra

1895), hvor elektroner accelereres mod en anode af metal.

Elektronerne bliver bremset brat, dvs. kraftigt accelereret,

Verdens første røntgen-

billede: Röntgens kones

hånd.

når de rammer de tunge metalatomer, og denne acceleration

af ladede partikler udsender røntgenstråler. Strålingen fra et

røntgenrør er ikke særlig intens, men heldigvis findes der

andre måder at accelerere elektroner og derved lave røntgen-

stråling.

I en synkrotron accelereres elektronerne først i en lineær

accelerator op til hastigheder tæt på lysets, hvorefter de sky-

des ind i en ringformet accelerator (selve synkrotronen), hvor

yderligere accelerator-moduler vedligeholder elektronernes

Til at danne intens røntgenstråling kan man også benytte en

enkelt, men meget kraftigere, lineær accelerator og en

meget lang magnetstruktur med flere tusinde magneter med

Nord-Syd pegende skiftevis hver vej, sådan at den stråling,

der udsendes fra hver enkelt elektron, kommer i fase. Denne

type accelerator kaldes en fri-elektron laser, da røntgenstrå-

lingen har nogle af de samme egenskaber som en laserstråle,

og intensiteten er mange gange kraftigere end selv en syn-

krotron. E-XFEL i Hamborg vil fra 2017 producere stråling, der

er så kraftig, at den vil ødelægge mange af de prøver, der

sættes ind i strålen. Heldigvis er pulserne så korte, at man

kan nå at få et billede, inden prøven ødelægges en brøkdel af

et sekund senere.

energi, imens meterstore magnetiske elementer rundt om

ringen på forskellig vis accelererer elektronerne i buede eller

slalom-formede baner. Denne acceleration får elektronerne

til at udsende stråling, der er mange størrelsesordner krafti-

gere end fra et røntgenrør. MAX IV i Lund åbner i 2016 og er

en topmoderne synkrotron, der på flere parametre vil slå alle

de eksisterende røntgenkilder.

Aktuel Naturvidenskab

2015

FIV, Alm.del - 2014-15 (1. samling) - Bilag 192: Tidsskriftet Aktuel Naturvidenskab nr. 1-2015

TEMA: TRE TIGERSPRING FOR MATERIALEFORSKNINGEN

Oversigt over instrumenter med dansk deltagelse

Instrument

CAMEA

Facilitet, status

ESS, accepteret,

ligger i anden fase

Forskningsområde

Spektrometer, studier af dynamik i

komplekse faststofsystemer som

fx superledere, magnetiske

materialer med mere.

Billeddannelse og diffraktion.

Anvendelser indenfor en bred vifte af

materialevidenskab, fysik, geologi mv.

Reflektometri, studier af materiale-

overflader.

Ultrahurtig dynamik af

kemiske systemer.

Dansk engagement

Designet i Dansk- schweizisk

samarbejde mellem DTU, KU, EPFL

Lausanne og Paul Scherrer Instituttet

Dansk-designet instrument,

samarbejde mellem DTU og AU

Danske grupper på SDU og KU er oplagte

brugere og gav indspil til science case

Dansk-designet instrument, samarbejde

mellem DTU og det danske firma

JJ-Xray.

Designet i Dansk- schweizisk samarbejde

mellem AU, KU, og Paul Scherrer

Instituttet

ESS-designet instrument, med Danske

interessenter fra bla. KU

Designet i samarbejde mellem KU og ESS.

Oplagte brugere på både RUC, KU og DTU

ESS-designet instrument, med danske

interessenter fra bl.a. KU og DTU

DANMAX

MAX-IV, aftale om

Dansk-Svensk sam-

arbejde netop indgået

ESS, accepteret,

ligger i første fase

E-XFEL, formel

konstruktionsfase

påbegyndt

ESS, accepteret,

ligger i anden fase

ESTIA

FXE

HEIMDAL

Multi-disciplin instrument til struktur-

undersøgelser på flere skalaer,

kombinerer diffraktion, småvinkel-

spredning og imaging.

Småvinkelspredning på bløde

materialer, herunder biologiske

systemer.

Spektrometer, studier af komplekse

systemers dynamik, fx i glasser,

biologiske systemer og brintlagring.

Billeddannelse og diffraktion.

Anvendelser indenfor en bred vifte af

materialevidenskab, fysik, geologi mv.

LOKI

ESS, accepteret og

formel konstruk-

tionsfase påbegyndt

ESS, ansøgning

netop indsendt

ESS, accepteret og

formel konstruktions-

fase påbegyndt

MIRACLES

ODIN

producerer MAX IV ekstremt intens røntgenstrå-

ling ved hjælp af elektroner med en energi på 3 GeV.

MAX IV benytter specielle magneter i lagerringen og

kan derfor producere endnu mere intens røntgenstrå-

ling end andre lignende synkrotroner. Den intense

stråling er specielt velegnet til såkaldt in-situ materi-

aleforskning, hvor man undersøger materialer i real-

tid og under realistiske arbejdsbetingelser. Et eksem-

pel kunne være op- og afladning af et batteri.

Samtidig gør de specielle magneter i MAX IV, at

røntgenstrålerne kan fokuseres ned til få nm. Her-

ved kan man undersøge struktur og egenskaber i

meget små områder i en prøve.

Forsøgene med røntgenstrålingen foregår ved en

række individuelle instrumenter (instrumenter

koblet på synkrotroner kaldes “beamlinjer”), der

er placeret hele vejen rundt om lagerringen. Hver

af disse beamlinjer koster omkring 100 mio. kr.,

men der er alligevel stærk konkurrence om hvilke

forskningsfelter/metoder, der skal have prioritet, da

der kun er plads til ca. 20. Nogle af de planlagte

beamlinjer ved MAX IV er allerede reserverede til

specifikke instrumenter og metoder, mens andre

stadig er åbne over for forslag fra forskningsinstitu-

tioner og industrielle udviklingsafdelinger.

En række danske materialeforskere er gået sammen

og har stillet forslag om, at Danmark bygger en

beamlinje til materialeforskning på MAX IV (kal-

det DANMAX), der skal kunne bruges til eksperi-

menter med imaging og såkaldt pulverdiffraktion.

Beamlinjen fokuserer på rigtige materialer under

realistiske betingelser målt i realtid. En stor del af

arbejdet bliver derfor at udvikle prøvemiljøer og

eksperimentelle opstillinger, hvor forskerne kan

opnå de ønskede betingelser og samtidig få eksperi-

mentelle data af høj kvalitet.

Ved at anvende neutron- og røntgenstråling – og ofte

i kombination – er man i stand til at undersøge en

mængde materialer og besvare vigtige videnskabe-

lige spørgsmål indenfor mange fagområder, fx. fysik,

kemi, biologi, medicin, geologi, arkæologi og inge-

niørvidenskaberne. Materialeforskning er en vigtig

brik i løsningen af mange store samfundsudfordrin-

ger indenfor energi, sundhed, miljø, osv. Så forment-

lig har bidragsyderne til ESS, MAX-IV og X-FEL,

altså Europas skatteborgere, fået valuta for pengene,

når regnskabet skal gøres op om 40-50 år.

Mere om ESS:

http://europeanspallation-

source.se

Her kan man finde både

film om faciliteten og

360º visualisering

Film om MAX-IV

http://vimeo.

com/57051515

Mere om XFEl

http://www.xfel.eu

Læs/lær mere:

Valuta for skattekronerne

Aktuel Naturvidenskab

2015

FIV, Alm.del - 2014-15 (1. samling) - Bilag 192: Tidsskriftet Aktuel Naturvidenskab nr. 1-2015

TEMA: TRE TIGERSPRING FOR MATERIALEFORSKNINGEN

Hvis man skal forstå forskellen på en glas og en væske er det ikke

nok at vide, hvordan atomerne sidder placeret, man skal også vide

hvordan de bevæger sig. Det kræver, at man kan studere glas og

væske på den rigtige længdeskala

på den rigtige tidskala. En

teknik kaldet uelastisk neutronspredning er helt unik til det formål.

Et tidsmikroskop

år man kigger på verden, opdager man noget

forskelligt alt efter, hvilken længdeskala man

ser på. Valget af længdeskala er derfor helt fun-

damentalt i ethvert naturvidenskabeligt studie,

og det sætter rammerne for, hvad vi kan under-

søge. I praksis vælges længdeskalaen for et studie

ofte, når man vælger, hvilken måleteknik man vil

bruge. Fx kan en lineal måle noget, der er nogle

centimeter langt, mens den egner sig dårligt til at

måle afstande på mange kilometer eller få mikro-

meter. En fuldstændig beskrivelse af et system kræ-

ver typisk, at systemet studeres på mange længde-

skalaer, og derfor må man bruge forskellige meto-

der. Et elektronmikroskop kan ikke fortælle noget

om, hvor stort arealet af Amazonas er, og satellitfo-

toer kan ikke fortælle noget om, hvordan planter-

nes grønkorn er opbygget.

- oplev verden

på et nanosekund

den og elasticiteten af eksempelvis træ, asfalt eller

en kage skal beskrives og forstås fuldstændigt, er

man derfor nødt til at dække skalaer fra 0,1 nm til 1

cm, og det kræver mange forskellige måleteknikker.

Når det, der skal måles, ikke er en struktur, men

en bevægelse eller en ændring i strukturen, skal der

bruges nogle andre redskaber. De fleste metoder

til at måle ændringer går essentielt ud på, at man

måler den samme størrelse med et bestemt tidsin-

terval. Man laver altså en slags film af det, der fore-

går.

I ethvert givent studie skal man altså bruge både

den rigtige tidsskala

den rigtige længdeskala. For

fx at undersøge, om arealet af Amazonas vokser

eller bliver mindre, skal man studere på en længde-

skala i omegnen af 100 kilometer og på en tidsskala,

der er omkring et par år. Man får ikke svaret ved at

filme ét enkelt træ i fem år for at se, om det bliver

fældet eller ej – her er tidsskalaen rigtig, men læng-

deskalaen forkert, for selvom dette ene træ stadig

står der, kan resten af skoven jo være forsvundet.

Det hjælper heller ikke at lave en satellitfotofilm af

en times varighed – så er længdeskalaen rigtig, men

tidsskalaen forkert. Det rigtige valg er at lave en

satellitfotofilm, hvor der bliver taget et billede hver

måned i løbet af nogle år. Det virker måske simpelt

nok at vælge længde- og tidsskala i dette eksempel,

men hvis man forsker i endnu ukendte fænomener,

kan man let komme til at kigge det helt forkerte

“sted” på tids- eller længdeskalaen.

Der er ikke en én-til-én-sammenhæng mellem,

hvad der er den relevante tidsskala og længdeskala,

Forfatterne

Kristine Niss, lektor

[email protected]

Tid spiller en tilsvarende rolle: Man ser noget for-

skelligt alt efter, hvilken tidsskala man studerer et

fænomen på. Den simpleste måde at ændre tids-

skala er ved at vise film i forskellige hastigheder.

Hvis man vil se, om der er offside i fodbold, bru-

ger man slowmotion, men hvis man vil se en plante

vokse, må man i stedet lave et time-lapse, hvor en

måneds film vises i løbet af et par minutter.

Hvis vi indskrænker os til materialeforskning er der

stadig mange længdeskalaer på spil. Der er fx kemi-

ske bindinger på Ångstrømskalaen (0,0000000001 m

eller 0,1 nanometer (nm)). Der er krystalitter og

biologiske celler, som er mikrometer store. Og der

er lufthuller, revner eller andre uregelmæssigheder

på millimeterskalaen. Hvis hårdheden, holdbarhe-

2015

Længder og tid i materialeforskningen

Henriette Wase Hansen,

ph.d.-studerende

[email protected]

Begge ved forsknings-

centret Glas og Tid,

NSM, RUC

Aktuel Naturvidenskab

FIV, Alm.del - 2014-15 (1. samling) - Bilag 192: Tidsskriftet Aktuel Naturvidenskab nr. 1-2015

10 m

0,1 m

0,001 m

0,0001 m

Længde- og tidsskalaer

1 femtometer

1 Angstrøm

1 nanometer

For at studere et givet fænomen skal man studere verden ved

en bestemt længdeskala og en bestemt tidsskala. Det er

illustreret i diagrammet med længde på x-aksen og tid på

y-aksen (bemærk, at skalaen er logaritmisk).

Figurens øverste højre hjørne er den længste tid, man kender,

og det største man ved noget om: universets alder og det

synlige univers' størrelse. I det nederste venstre hjørne ses

det mindste, kvantemekanikken tillader: Planck-længden og

Planck-tiden. Man ved ikke meget om, hvad der findes på

disse ultramikroskopiske skalaer.

Lysets hastighed, som benævnes c, bliver til en ret linje med

hældning én i denne figur. Den nederste højre halvdel af figu-

ren er et “forbudt område”, fordi intet kan bevæge sig hurti-

gere end lysets hastighed.

For de fleste ting er det lidt en smagssag, hvor man præcis vil

placere dem på figuren. Vi har fx valgt, at menneskets læng-

ste tid er 100 år, mens den korteste er 0,01 sekund, som er

den korteste tid, vi kan sanse uden teknisk hjælp. På figuren

ses, at mennesket og havet “lever” på ca. samme tids- og

længdeskala, mens mælkevejen er meget langsommere og

større, og fotosyntesen er meget mindre og hurtigere. Som

eksempler på meget små ting, der ændrer sig meget lang-

somt, har vi indtegnet uran-isotopen 238, et atom, som har

en meget lang halveringstid, der er næsten lige så lang som

universets alder. Den frie neutron er også indtegnet; den hen-

falder i løbet af ca. et kvarter.

Neutronspredning kan “se” ting, der i længde og tid ligger

inden for det røde område. I den nederste version af figuren

har vi zoomet ind på dette område. Vi har samtidig indtegnet

nogle af de forskellige atomare og molekylære processer.

Som man kan se, er der et kæmpe overlap, mellem det neu-

troner “ser”, og det område, som er vigtigt for at forstå ato-

mer og molekylers strukturer og bevægelser. Derfor er neu-

tronspredning en meget vigtig teknik.

Det lilla område illustrerer bevægelser i glasdannende

væsker. Bevægelserne strækker sig over et stort område på

tidsskalaen, mens det ikke fylder ret meget på længdeaksen.

Denne udstrækning over tid kombineret med en snæver

længdeskala er en af grundene til, at glasdannende væsker

er et udfordrende og spændende grundvidenskabeligt forsk-

ningsområde. Vi mangler en fundamental forståelse af, hvor-

for molekylerne bliver så langsomme, uden det involverer

strukturer over store længder.

1 millimeter

1 kilometer

1 meter

1 lysar

Universet

1 million ar

1 ar

1 time

1 sekund

U-238

tid [s]

Havet

Neutron

Mælkevejen

Mennesket

Neutronspredning

−10

1 mikrosekund

1 nanosekund

1 picosekund

Fotosyntese

−20

−30

−40

−30

Planck-skala

−20

−10

længde [m]

tid [s]

Neutron-

spredning

Molekylære

vibrationer

Seje væsker

−5

Diffusion

−10

−15

−20

−15

−10

−5

længde [m]

2015

Aktuel Naturvidenskab

FIV, Alm.del - 2014-15 (1. samling) - Bilag 192: Tidsskriftet Aktuel Naturvidenskab nr. 1-2015

TEMA: TRE TIGERSPRING FOR MATERIALEFORSKNINGEN

Uelastisk neutronspredning

I neutronspredningseksperimenter sender man en stråle af

neutroner ind på en prøve, fx en væske. Neutronerne støder

sammen med atomkernerne i prøven. Stødet kan enten være

elastisk eller uelastisk. Hvis stødet er elastisk, og der ikke

bliver overført energi, kan man få information om, hvor ato-

merne er: strukturel information. Hvis stødet er uelastisk, og

der er overførsel af energi, kan man få information om ato-

mernes bevægelser: dynamikken.

Ved uelastisk neutronspredning kan man sige, at man sætter

atomerne i prøven i bevægelse. Man kan sætte gang i forskel-

lige bevægelser ved at vælge forskellige bølgelængder af

neutronerne, fordi bølgelængden og energien hænger sam-

men. Ved at vælge forskellige bølgelængder eller energier

kan man både lære noget om små bevægelser, der kun kræ-

ver lidt energi at sætte i gang, og større bevægelser, der kræ-

ver meget energi at sætte i gang.

En neutrons bølgelængde er typisk i størrelsesordenen 1

Ångstrøm. Det svarer til en energi på ca. 1 kJ/mol. I neu-

tronspredning bliver energien ved hjælp af Plancks konstant

målt i frekvens, altså pr. sekund. Det betyder, at ligesom der

er en særlig længdeskala, vi kan bruge neutronerne til at

studere, er der en særlig tidsskala, som vi kan bruge neutro-

nerne til at se. Den tidsskala hænger sammen med ener-

gien og bølgelængden på neutronen. En energi på 1 kJ/mol

svarer til, at neutronerne kan se atomerne bevæge sig med

en frekvens i terahertz (tusind milliarder bevægelser pr.

sekund). Eller sagt på en anden måde: Neutronerne kan se

atomernes bevægelser, som kun tager tusind milliardtedele

af et sekund.

Indkommende

neutroner

Prøve

Spredte neutroner

men ofte er det sådan, at ændringerne i store ting

er langsomme, mens ændringerne i små ting er

hurtige.

Når man ser på ændringer af strukturer i materialer,

kan man også i nogen grad bruge teknikken med at

filme, men hvis man virkelig vil studere de funda-

mentale bevægelser af atomer og molekyler er film-

metoden ofte ubrugelig, fordi det ikke er muligt

at tage billeder eller måle hurtigt nok. Med neu-

tronspredning kan vi se tider, der er meget korte.

Det er det, vi mener med titlen “Tidsmikroskop”.

Neutronerne zoomer så at sige tidsligt ind på verden

og viser noget, der foregår så hurtigt, at det aldrig

ville kunne registreres med vores sanser. Vores sanser

gør, at vi kan registrere ting ned til en hundrededel

af et sekund. Med neutroner kan vi imidlertid stu-

dere bevægelser, der sker helt ned til en tusindedel

af en milliardtedel af et sekund, som også hedder et

picosekund (10

-12

). Det er ufatteligt kort tid.

Neutronspredning giver både tidslig og steds-

lig information, men ligesom andre teknikker kan

neutronspredning kun sige noget om ting på en

Aktuel Naturvidenskab

2015

Uelastisk neutronspredning

– et tidsmikroskop

bestemt skala i både tid og sted. Det fantastiske

er, at det område, der kan undersøges med neu-

tronspredning, har kæmpe overlap med det område,

som er væsentligt for at forstå atomer og molekylers

strukturer og bevægelse i materialer, flydende stof-

fer, biologiske systemer osv.

Vores forskning handler om glas og glasdannende

væsker. Med “glas” mener vi noget meget mere

generelt, end man gør i daglig tale. På fysikersprog

er glas alle mulige faste stoffer, der ikke er krystal-

linske. Man siger nogle gange, at glas er en slags

væske. Det er både lidt rigtigt og helt forkert. Hvis

man kigger på atomernes placering i stoffet, så lig-

ner glas præcis en væske. Atomerne ligger hul-

ter til bulter i modsætning til i normale krystallin-

ske, faste stoffer, hvor atomerne sidder i et fint git-

ter. Forskellen på en glas og en væske ligger ene og

alene i, hvordan atomerne bevæger sig i forhold til

hinanden. I en væske fiser de rundt på må og få,

mens de i en glas sidder fast og vibrerer lidt.

Glas dannes ved at køle en væske ned til en bestemt

temperatur, som afhænger af det konkrete materi-

ale. Lige over denne temperatur er væsken meget sej.

Seje væsker og glas

FIV, Alm.del - 2014-15 (1. samling) - Bilag 192: Tidsskriftet Aktuel Naturvidenskab nr. 1-2015

TEMA: TRE TIGERSPRING FOR MATERIALEFORSKNINGEN

Det vil sige, den flyder som en væske, men det går

virkelig langsomt. Når stoffet er i denne tilstand

– altså den seje væske – sker der noget interessant

med dynamikken. Den spreder sig ud som en slags

vifte, og der foregår bevægelser på rigtig mange

tidsskalaer. Det helt særlige er, at de relevante læng-

deskalaer ikke strækker sig over et ret stort spænd.

De mindste længder er ca. 1 nm, altså størrelsen

af et lille molekyle. Den længste relevante læng-

deskala er 100 nm, og hvis man opbevarer væsken

i en æske, der er 100 nm x 100 nm x 100 nm, vil

den opføre sig præcis, som hvis man havde den i en

mælkekarton. På den måde spiller længdeskalaen

en mindre rolle. På den tidslige akse strækker dyna-

mikken sig samtidig enormt meget ud. Der sker

vibrationer med en svingningstid på blot nogle få

picosekunder, mens atomernes placering i forhold

til hinanden, den mikroskopiske struktur, ændres i

løbet af flere timer. Det er de langsomme struktu-

relle ændringer, som fører til, at væsken kan flyde,

omend sejt og langsomt.

Vores og andres forskning viser meget overraskende,

at de hurtige og langsomme bevægelser hænger

sammen. Vi har målt molekylernes hurtige (pico-

til nanosekund) bevægelser med neutronspred-

ning ved forskellige temperaturer og tryk. Bagef-

ter har vi målt de langsomme strukturelle ændrin-

ger ved de samme temperaturer og tryk, og det viser

sig, at de hurtige bevægelser tilsyneladende har helt

afgørende betydning for, hvordan væsken flyder i

løbet af den næste time. De langsomme struktu-

relle ændringer, som fører til, at væsken flyder, er

tusind milliarder gange langsommere end de hur-

tige bevægelser målt med neutronspredning. Det

svarer altså til, at det, der sker i løbet af et minut,

er styrende for, hvad der sker de næste par millio-

ner år. Umiddelbart lyder det helt urimeligt, men

vi tror, at det skyldes, at de langsomme ændringer

ikke er kontinuerte. Der sker altså ikke hele tiden

noget meget langsomt, i stedet er det sjældne, små

hurtige ændringer, som styrer selv de meget lang-

somme ændringer.

Der er stadig mange ting, vi ikke forstår omkring

de seje væsker og glas, og der ligger meget forsk-

ning forude. Forskningen handler både om de

dybe grundlæggende spørgsmål, og om hvor-

dan glasformen kan give nye muligheder i alt fra

medicinalindustri til vejbelægning. Det meste af

det, der skal undersøges, er knyttet til bevægel-

ser og ændringer i væsken, og noget tyder altså på,

at særligt de hurtige ændringer er meget vigtige.

Derfor er uelastisk neutronspredning en helt cen-

tral teknik i vores arbejde.

Glas – den fjerde til-

standsform. Aktuel

Naturvidenskab nr.

2/2006. f

Blogindlæg v. Kristine

Niss om hvorfor glasfor-

men er vigtig for medici-

nalindustrien:

hvidenskab.dk/blog/

glas-fysik-og-fremtidens-

medicin

Artikel om hvordan glas-

forskning har betydning

for udvikling af bedre

asfalt der kan reducere

-udledningen:

videnskab.dk/kultur-

samfund/bedre-asfalt-

skal-reducere-co2-udled-

ningen

Link til virkelig fin anima-

tion af længdeskalaer af

Cary og Michael Huang,

”The Scale of the Uni-

verse”: htwins.net/scale2

Videre læsning

Hurtige bevægelser styrer de langsomme

Annonce:

Matematikvejlederuddannelsen

”Man får lyst og mod til at prøve nye undervisningsmetoder”

Vi kender dem alle. Flittige og arbejd-

somme gymnasieelever der alligevel

snubler over de matematiske problemer

- både i faget matematik og i de mange

matematikafhængige fag.

”Man får et helt andet perspektiv på

egen undervisning. Matematikvejleder-

uddannelsen forsyner os med et begrebs-

apparat og en praktisk erfaring, der gør

os bedre i stand til at forstå eleverne.

Det er tankevækkende hvor usikker, selv

de dygtigste elevers matematiske viden

er. Uddannelsens teoretiske indhold har

hjulpet mig til at forstå problemernes

karakter. Det er meget berigende”

Jørgen C. Ebbesen, cand. scient.

Marie Kruses Skole

Kort om uddannelsen

Matematikvejlederuddannelsen giver

redskaber til at fjerne snublestenene for

elever med læringsvanskeligheder.

Uddannelsen viser via simple tests,

hvordan du indentificerer og diagnosti-

cerer de elever, der har problemer.

Gennem arbejdet med miniprojekter

bliver undervisningen gjort praksisnær,

og du kan fra første semester hjælpe

dine elever med læringsvanskeligheder

til en ny forståelse af matematikfaget.

Roskilde Universitet

Læs mere på om uddannelsen på matematikvejleder.ruc.dk

Aktuel Naturvidenskab

2015

FIV, Alm.del - 2014-15 (1. samling) - Bilag 192: Tidsskriftet Aktuel Naturvidenskab nr. 1-2015

TEMA: TRE TIGERSPRING FOR MATERIALEFORSKNINGEN

Magnetoelektriske

materialer

finder vejen

til fremtidens IT

I magnetoelektriske materialer er magnetiske og elektriske egenskaber

sammenkoblede på en måde, der er interessant i forbindelse med fx

udvikling af fremtidens harddiske. At forstå de magnetoelektriske materialer

i detalje er dog en grundvidenskabelig og materialekemisk udfordring.

Forfatterne

Rasmus Toft-Petersen,

Instrument-ansvarlig

Helmholtz-Zentrum Berlin

für Materialien und Ener-

gie, Tyskland

rasmus.toft-petersen@

helmholtz-berlin.de

Ellen Fogh,

ph.d.-studerende

Institut for Fysik, DTU

[email protected]

nutidens computere lagrer man information på

to forskellige måder. På en harddisk lagrer man

informationen

magnetisk.

Det sker ved brug af

mikroskopiske stangmagneter, som kan vendes i

to forskellige retninger svarende til de logiske nul-

ler og et-taller alle computere bruger til at bear-

bejde information. Magnetisk lagring er permanent

og kræver ingen strøm for at blive opretholdt. Til

gengæld tager det relativt lang tid at skrive og læse

information på denne måde. Læse- og skrivehastig-

heden kan øges væsentligt, hvis information lagres

elektrisk.

Det kan man gøre ved at fylde beholdere,

såkaldte kondensatorer, op med elektrisk ladning.

Fyldte og tomme beholdere repræsenterer da et-tal-

ler og nuller. Sådan foregår informationslagring i de

RAM-enheder, der sidder i alle computere. At læse

og skrive information foregår nu lynhurtigt, men

elektrisk ladning er flygtig: Slukker man for kreds-

løbene, taber man sin information. En hukommel-

sesteknologi, der kombinerer RAM-enhedens læse-

og skrivehastighed med den magnetiske lagrings

permanente karakter, ville derfor med ét slag kunne

fjerne én af de store flaskehalse i moderne compu-

terteknologi.

Informationslagring er blot en af mange mulige

anvendelser af de såkaldte

magnetoelektriske

materi-

aler, hvor de elektriske og magnetiske egenskaber er

sammenvævede og vekselvirker med hinanden. En

sådan kobling har nogle usædvanlige konsekven-

ser. Fx kan man påvirke et materiale med et ydre

magnetfelt og derved ændre dets elektriske egenska-

ber, eller man kan påvirke et materiale med et ydre

elektrisk felt og ændre dets magnetiske egenska-

ber. Sådanne “håndtag” på elektriske og magneti-

ske egenskaber giver oplagte muligheder for ny tek-

nologi. Andre eksempler på mulige anvendelser af

magnetoelektriske materialer er meget præcise sen-

sorer og hukommelsesenheder med 4 logiske til-

stande (0, 1, 2 og 3) bestemt af den magnetiske og

den elektriske tilstand.

Før det teknologiske potentiale kan forløses er det

dog nødvendigt at forstå og katalogisere de mulige

mikroskopiske mekanismer bag den magnetoelek-

triske kobling. Til dette grundvidenskabelige for-

mål er neutronspredning et afgørende værktøj, da

det er essentielt at have information om sammen-

hængen mellem krystalstruktur på den ene side

og magnetisk struktur og dynamik på den anden.

Netop studiet af magnetisme er iblandt neutroners

specifikke styrker.

Materialers magnetiske og elektriske egenskaber

afhænger i meget høj grad af, hvordan atomerne i

materialet sidder i forhold til hinanden. For at et kry-

stallinsk materiale kan udvise en

elektrisk polarisation,

er det nødvendigt, at de positivt ladede ioner i kry-

stalstrukturen forskyder sig i forhold til de negativt

ladede ioner. Det giver i så fald materialet en elek-

trisk plus-pol og en minus-pol ligesom i et batteri.

Magnetisk polarisation

er det, de fleste forstår ved

magnetisme, og som vi fx anvender, når vi sætter

indkøbssedlen fast på køleskabsdøren. De magne-

ter, der finder anvendelse hér, er såkaldte

ferromag-

neter.

På atomart plan skyldes ferromagnetisme (og

Elektrisk og magnetisk polarisation

Niels Bech Christensen,

seniorforsker,

Institut for Fysik, DTU.

[email protected]

Aktuel Naturvidenskab

2015

FIV, Alm.del - 2014-15 (1. samling) - Bilag 192: Tidsskriftet Aktuel Naturvidenskab nr. 1-2015

Forsigtigt nedsænkes en krystal af det magnetoelektriske materiale LiCoPO

i en 15 Tesla magnet på det dansk-byggede RITA-II tre-akse

spektrometer, som står på Paul Scherrer Instituttet i Schweiz. Neutronerne kommer ud af den grønne cylinder til højre, og detekteres i den

gule analysatortank til venstre.

Foto: Katrine Sejling Haaning

Elektrisk polarisation samt magnetisering

P = 0, M = 0

≠

0, M

≠

-----

N ++++++ S

++++++

-----

Elektrisk polarisation

a) Når de negativt (blå) og positivt ladede

(røde) ioner forskyder sig i forhold til hinan-

den, opstår der en elektrisk polarisation, P,

vist med den hvide pil. Den lille kasse viser

den overordnede ladningsfordeling.

Magnetisering

b) Når ionernes spin peger i

samme retning har materialet

en magnetisering, M, dvs. det

har en magnetisk nordpol og

en sydpol.

Et magnetoelektrisk materiale under ordningstemperaturen, T<T

c) Når man ikke påvirker det mag-

netoelektriske materiale med et

ydre magnet- eller elektrisk felt er

både den elektriske polarisering

og magnetiseringen nul.

d) Hvis man derimod påtrykker

fx et elektrisk felt bliver begge

disse størrelser forskellige fra

nul.

Aktuel Naturvidenskab

2015

FIV, Alm.del - 2014-15 (1. samling) - Bilag 192: Tidsskriftet Aktuel Naturvidenskab nr. 1-2015

Eksperiment med

uelastisk

neutronspredning

tro

Ne ilde

nst

åle

Krystal der

vælger energi

Magnetiske atomer

danner en spinbølge

Detektor tæller

antallet af neutroner

Spredte neutroner

æl rgi

de ene

tal te

rys mål

K n

Figuren viser et eksperiment med såkaldt uelastisk neu-

tronspredning: En neutronkilde producerer en stråle af neu-

troner med forskellige energier. Med en særlig krystal

udvælges neutroner med én bestemt energi og sendes

imod prøven. Inde i prøven vekselvirker neutronernes spin

(vist som små stangmagneter) med de exchange-koblede

atomare spins (vist med pile hvis retning varierer i en spin-

bølge-tilstand) hvilket ændrer neutronernes retning og

energi. Neutroner med en energi, der udvælges vha en

anden krystal, sendes endelig til en detektor. På den måde

kan man finde forskellen i energi på de indkommende og

spredte neutroner.

de mere komplicerede former for magnetisme, som

ofte findes i magnetoelektriske materialer), at visse

atomer i det periodiske system danner magnetiske

ioner, når de indgår i kemiske forbindelser. Vi kan

tænke på magnetiske ioner som små stangmagneter

med en nord- og en sydpol i analogi med jordens

magnetiske poler. Ofte angives en magnetisk ion

med en lille pil (kaldet et

spin),

der peger fra den

magnetiske sydpol til den magnetiske nordpol.

for sådanne strukturer, idet de spredes på en måde,

der er en præcis signatur af, hvordan retningen og

styrken af magnetfeltet fra de atomare spins varie-

rer på atomar skala. Det forhold sætter os i stand til

fuldkommen at bestemme materialers magnetiske

struktur med neutronspredning.

Alt dette kan dog kun lade sig gøre, når spinnene

har fundet sig til rette i en ordnet struktur, men

for en given styrke af exchange-vekselvirkningerne

sker dette kun under den såkaldte

magnetiske ord-

ningstemperatur,

som vi her kalder T

. For tempe-

raturer, der er højere end T

roterer spinnene rundt

i alle retninger uafhængigt af hinanden. Størrel-

sen af T

er bestemt af styrken af exchange-veksel-

virkningerne, og disse afhænger på afgørende vis af

den indbydes placering at atomerne, dvs. af krystal-

strukturen. Denne magnetiske orden har afgørende

betydning for den magnetoelektriske mekanisme.

Ved at lægge et elektrisk felt på et magnetoelektrisk

materiale ændres atomernes indbyrdes placering.

Dermed ændres vekselvirkningerne imellem mag-

netiske ioner, og det kan give anledning til ændrin-

ger i den magnetiske struktur. Denne ændring i

strukturen kan være at alle spinnene drejer i samme

retning og producerer en magnetisering af materia-

let – præcis som i jern. Sådan kan man kontrollere

magnetiske egenskaber på elektrisk vis.

Selv når fysikerne har identificeret sammenhæn-

gen mellem krystalstruktur og magnetisk struk-

tur, resterer der dog et praktisk problem: Den mag-

netoelektriske effekt er kun til stede for temperatu-

rer under T

, som i et givet materiale kan være langt

Atomernes placering er altafgørende

Når to sådanne ioner sidder i nærheden af hinan-

den aktiveres en pudsig kvantemekanisk veksel-

virkning kaldet

exchange,

som har den effekt, at de

relative orienteringer af ionernes spin bliver gensi-

digt afhængige. Fokuserer vi fx på to nabo-atomer

i et jernkrystal, kan disse vinde energi, hvis spin-

nene peger i samme retning. Det samme vil gælde

for

alle

nabo-par, så netto-effekten af exchange-vek-

selvirkningen i jern er, at alle spin gerne vil være

parallelle. Magnetfelterne fra hver af de atomare

stangmagneter adderer derfor op til et makrosko-

pisk magnetfelt, som vi kan bruge til at fæstne en

magnet til en køleskabsdør eller til at gemme infor-

mation på en harddisk.

I andre materialer giver exchange-vekselvirknin-

ger anledning til langt mere komplicerede struk-

turer, der ikke nødvendigvis resulterer i et makro-

skopisk magnetfelt, og derfor kræver mere sofisti-

kerede detektionsteknikker. Fx findes der

antiferro-

magneter,

hvor alle nabo-spins er antiparallelle, eller

spiral-strukturer,

hvor de atomare magneter dan-

ner strukturer, der mest af alt minder om den vel-

kendte DNA-helix. Neutroner er følsomme over-

Aktuel Naturvidenskab

2015

Exchange-vekselvirkninger og

magnetisk struktur

FIV, Alm.del - 2014-15 (1. samling) - Bilag 192: Tidsskriftet Aktuel Naturvidenskab nr. 1-2015

TEMA: TRE TIGERSPRING FOR MATERIALEFORSKNINGEN

under stuetemperatur. En afgørende materialekemisk

udfordring med henblik på teknologisk udnyttelse i

fremtidens elektronik er derfor at identificere mate-

rialer, hvor exchange-vekselvirkningerne er så stærke,

at den magnetoelektriske effekt er til stede ved stue-

temperatur. Med andre ord er det ikke nok at kende

krystalstruktur og magnetisk struktur. Det er også

nødvendigt at kunne måle styrken af exchange-vek-

selvirkningerne. Men hvordan finder man disse?

Her kommer neutronspredning virkelig til sin ret, da

neutronerne har netop den rette energi til at anslå

magnetiske bølger i perfekt ordnede spingitre: På

grund af exchange-vekselvirkningerne vil en drej-

ning af ét spin bort fra dets foretrukne retning for-

plante sig til nabo-spinnene, hvorved en såkaldt

spin-

bølge

udbreder sig i materialet i analogi med en bølge

på en guitarstreng. Sammenhængen imellem bøl-

gelængden (tonen) og energien af spinbølger giver

information om vekselvirkningerne i selv meget

komplekse systemer af magnetiske ioner, og kan som

noget helt unikt måles direkte ved hjælp af en tek-

nik kaldet uelastisk neutronspredning. Her findes

bølgens energi som forskellen mellem energien af de

indkommende og spredte neutroner. Med styrken af

exchange-vekselvirkningerne som sidste brik i pus-

lespillet kan man opnå en udtømmende forståelse

af de mekanismer, der på atomart niveau ligger bag

magnetoelektriske materialers egenskaber.

ANNONCE

Men præcis hér, hvor neutronspredning giver os

information, der ikke er tilgængelig med nogen

andre eksperimentelle teknikker, afslører den også

sin største svaghed: Der er ikke nok neutroner!

Sandsynligheden for at anslå en spinbølge er så lille,

at kun én ud af omkring hundrede millioner neu-

troner får æren. Konsekvensen er, at de observerede

signaler er svage, og at der derfor kan være poten-

tielt afgørende detaljer, som drukner i støjen. Den

manglende følsomhed overfor detaljer har været

en flaskehals i forhold til at forstå de magnetoelek-

triske materialer til bunds og dermed for at kunne

anvende dem til teknologiske formål.

European Spallation Source (ESS) i Lund vil give

os adgang til enorme neutronintensiteter, og kombi-

neret med nye forbedrede instrumenter vil det uden

tvivl føre til afgørende gennembrud. Danske og

schweiziske forskere samarbejder om at konstruere

et instrument, CAMEA, der specifikt er designet til

studier af spinbølger og vibrationer af krystalgitte-

ret. Flere andre instrumenter vil tillade detaljerede

studier af magnetiske strukturer. Der er derfor rige

muligheder for, at danske fysikere og syntese-kemi-

kere vil kunne udnytte den geografiske nærhed til

ESS og bidrage afgørende til udviklingen af magne-

toelektriske materialer, der kan finde vej til fremti-

dens harddiske.

Udsigt til gennembrud

Tre tigerspring for mate-

rialeforskningen. Aktuel

Naturvidenskab nr.

1/2015

Mere om uelastisk

neutronspredning:

Et tidsmikroskop: Aktuel

Naturvidenskab nr.

1/2015

Videre læsning…

Ingeniørstuderende fortæller, hvordan

de anvender naturvidenskabelige fag.

Book en ingeniørstuderende og få nye vinkler på matematik, kemi og innovation.

Vi tilbyder forskellige faglige oplæg, hvor

vores ingeniørstuderende kommer ud til jer

og viser, hvordan de anvender naturviden-

skabelige og tekniske fag i praksis. Oplæg-

gene inspirerer med konkrete projekteksem-

pler fra de studerendes studier.

Prøv fx

Leg, læring og gamedesign:

Vi perspek-

tiverer bl.a. fag som design, innovation, it,

programmering og teknologi med oplæg om

udvikling af læringsplatforme, gamedesign

og interaktive legeredskaber.

Innovation, forretningsudvikling og idé-

generering:

I får et indblik i et virksom-

hedsprojekt, hvor vi fortæller om produkt-

udviklingsprocessen fra idégenerering af ny

teknologi til lancering af produktet på det

globale marked.

Få et fagligt oplæg til din undervisning

Kemi og bioteknologi:

Vi viser, hvordan vi

i projekter anvender viden om kemi og bio-

teknologi til fx at brygge øl, genvinde natur-

lige farvestoffer til fødevarer eller undersøge

kinesisk malurts medicinske potentiale.

Se og book alle vores foredrag og brobyg-

ningstilbud på

www.sdu.dk/tek/brobygning

Kontakt os for nærmere information:

Mette Andersen på [email protected]

Aktuel Naturvidenskab

2015

FIV, Alm.del - 2014-15 (1. samling) - Bilag 192: Tidsskriftet Aktuel Naturvidenskab nr. 1-2015

TEMA: TRE TIGERSPRING FOR MATERIALEFORSKNINGEN

Røntgen-snapshots

fanger

kemi

i flugten

De grundlæggende skridt i kemiske reaktioner foregår ufatteligt hurtigt.

For at se ind i selve reaktionspilen i en kemisk ligning, må man derfor

have et “kamera”, der kan tage billeder på en titusindedel af en

milliardtedel sekund og med en opløsning på atomar skala. Og det

kan man med røntgenstråler.

Kristoffer Haldrup,

seniorforsker

[email protected]

Forskerne

t picosekund (10

-12

sekund) er et nærmest ufat-

teligt kort tidsrum: På kun godt et sekund

bevæger en lysstråle sig fra Jorden til Månen – på

et picosekund bevæger den samme lysstråle sig

blot 0,3 millimeter. Men for at observere og for-

stå dynamiske fænomener som fotokemiske reaktio-

ner (dvs. kemiske reaktioner sat i gang af lys) er det

nødvendigt med et “kamera”, der kan tage bille-

der med lukkertider i størrelsesordenen picosekun-

der. Bevæbnet med information fra de nyeste rønt-

genkilder og i et bredt internationalt samarbejde

er det lykkedes for forskere fra DTU at observere

de strukturelle forandringer, som molekyler under-

går i kemiske reaktioner med en tidsopløsning på

picosekunder– dvs. at se ind i selve reaktionspilen

på kemiske reaktioner. Det er bl.a. lykkedes at se,

hvordan proteiner kan optage store mængder lys-

energi uden at gå i stykker, hvordan enkelte mole-

kyler ultrahurtigt kan skifte imellem magnetisk og

ikke-magnetisk tilstand og at observere detaljerne

i, hvordan CO-molekyler (kulilte) bliver frigivet fra

overfladen på et katalysatormateriale.

tid også interessant at undersøge mellemtrinnene

i reaktionen. Er det fx et kortlivet AB-molekyle,

som til slut bliver til C, og kunne man forestille

sig at designe reaktionen i retning af et andet mel-

lemtrin, BA, således at et mere favorabelt slutpro-

dukt C* blev dannet i stedet? Den slags spørgsmål –

hvad sker der

inden

i reaktionspilen – er længe ble-

vet undersøgt af kemikere og fysikere. Et absolut

centralt værktøj i forskningen på det område har i

de seneste årtier været laser-spektroskopi, hvor en

rivende udvikling i laserteknologi frem mod slut-

ningen af 1980’erne ledte til lasersystemer, der

kunne producere enkelte laserskud med en varighed

på under 0,1 picosekunder. Disse ultrahurtige pul-

ser blev brugt af blandt andre kemikeren Ahmed

Zewail til først at kickstarte kemiske processer og

derefter, brøkdele af picosekunder senere, at måle,

hvordan systemet opførte sig som funktion af tid.

Zewail fik i 1999 Nobelprisen i Kemi for dette

grundlæggende arbejde med studierne af ultrahur-

tig dynamik i kemiske systemer.

Uanset hvor banebrydende arbejdet med laserspek-

troskopi var og er, så mangler der dog stadig en vig-

tig brik for at få det fulde billede af kemiske reakti-

oner. Optisk spektroskopi “snakker” så at sige kun

med elektronerne (eller rettere, med elektronernes

energiniveauer) i de involverede molekyler. Teknik-

kerne kan i de fleste tilfælde ikke sige noget direkte

om, hvor atomerne faktisk befinder sig henne i

Martin Meedom Nielsen,

professor

[email protected]

Begge ved DTU Fysik

NEXMAP-sektionen

Fra kemi-undervisningen er de fleste fortrolige med

kemiske reaktioner skrevet op med reaktionslig-

ninger som A+B -> C. I dag er vores fundamen-

tale forståelse af, hvordan kemi “virker” nået fan-

tastisk langt ved at undersøge de kvantitative sam-

menhænge mellem A, B og C før og efter selve den

kemiske reaktion. I mange tilfælde er det imidler-

2015

At se ind i reaktionspilen

Røntgen-snapshots og molekylære film

Aktuel Naturvidenskab

FIV, Alm.del - 2014-15 (1. samling) - Bilag 192: Tidsskriftet Aktuel Naturvidenskab nr. 1-2015

TEMA: TRE TIGERSPRING FOR MATERIALEFORSKNINGEN

Røntgen-

spektrograf

Robotarm til

røntgen-detektorer

Område-detektor

Plads til laser-udstyr

Røntgen-fokuseringslinser

Strålediagnostik

Røntgen-spektrograf

Røntgenstråle

fra XFEL

Prøveområde -

Plads til krystaller, prøvekamre, glasser, væsker...

Det danske FXE-instrument

Vigtige komponenter af FXE-instrumentet på den kommende

fælleseuropæiske røntgen-fri-elektron-laser (E-XFEL) er

betalt af Danmark som en del af vores bidrag til det fælles

projekt. Instrumentet bliver designet, fremstillet og leveret af

den danske virksomhed JJ X-ray i tæt samarbejde med for-

skere fra DTU-Fysik og fra E-XFEL. Med dette instrument vil

de intense og ultrakorte røntgen-glimt fra XFEL blive brugt til

at studere ultrahurtige dynamiske fænomener med hidtil

uset præcision og følsomhed.

Fra højre mod venstre ses, hvordan røntgenstrålen fra XFEL

ankommer til FXE-instrumentet, hvor hvert enkelt røntgen-

glimt (flere tusinde i sekundet) bliver individuelt karakteri-

seret. Ved hjælp af en række linser lavet af beryllium bliver

strålen fokuseret på prøvepositionen, som er omgivet af en

lang række detektorer. Disse kan både måle, hvordan rønt-

genstrålingen bliver spredt af prøven, og præcis hvordan

prøvematerialet absorberer og udsender røntgenstråling.

Med denne information kan man beregne hvilke elektroni-

ske og strukturelle egenskaber prøven har, og hvordan for

eksempel fotokemiske reaktioner forløber igennem

ændringer af molekylers elektroniske og geometriske

struktur.

Om XFEL

XFEL står for X-ray Free Electron Laser og er en røntgenkilde

baseret på en lineær accellerator, hvor elektroner bliver

accellereret til en fart blot en brøkdel under lysets hastighed.

Herefter bliver de sendt igennem en over 100 meter lang

magnetisk "chikane-bane", hvor elektronernes bevægelse i

magnetfeltet og en nøje beregnet feedback-proces leder til

udsendelse af kraftig røntgenstråling i ekstremt korte glimt.

molekylets struktur. For at få den information, kan

man i stedet anvende teknikker med unik følsom-

hed i forhold til, hvor atomer befinder sig i forhold

til hinanden. I den sammenhæng er røntgenstrå-

ling et exceptionelt stærkt værktøj. Nu er udfor-

dringen så bare, hvordan man konstruerer et “rønt-

gen-kamera” med en lukkerhastighed, som er til-

strækkeligt hurtig til så at sige at fange molekyler i

flugten.

De kraftige røntgenkilder som synkrotroner og

røntgenlasere er – ligesom de ultrahurtige laserkil-

der – såkaldt pulsede kilder. Dvs. strålingen kom-

mer ikke som en jævn stråle, men i mindre, men

ekstremt intense, pulser af stråling. Den typi-

ske varighed af en røntgenpuls fra en synkrotron

er omkring 100 picosekunder, mens pulsene fra en

røntgen-fri-elektron-laser (XFEL) kan være helt ned

til 0,01 picosekunder. Ved at kickstarte en kemisk

reaktion med en laserpuls og herefter tage “billeder”

af den med røntgenpulsene kan man udnytte rønt-

genstrålingens evne til at se atomernes positioner.

Dermed kan man lave en “molekylær film”, hvor

man kan se, hvordan de enkelte atomer flytter sig

under den kemiske reaktion.

Danske forskere fra NEXMAP-sektionen på DTU

Fysik deltager særdeles aktivt i forskning base-

ret på XFEL-faciliteterne med henblik på at forstå

ultrahurtig dynamik i kemiske reaktioner. I samar-

bejde med blandt andre tyske og amerikanske forsk-

ningsgrupper har vi udført eksperimenter ved både

den amerikanske og den japanske XFEL (LCLS og

Aktuel Naturvidenskab

2015

Solenergi, proteiner og katalyse

FIV, Alm.del - 2014-15 (1. samling) - Bilag 192: Tidsskriftet Aktuel Naturvidenskab nr. 1-2015

TEMA: TRE TIGERSPRING FOR MATERIALEFORSKNINGEN

Kasper Kjær og Tim van Driel, begge postdocs ved DTU Fysik, i gang med opbygningen af et røntgeneksperiment ved den Japan-

ske XFEL "SACLA". Eksperimenterne drejede sig om karakterisering af et ruthenium-cobolt molekyle med fotokemiske egen-

skaber af relevans for foto-katalyse, og resultaterne er for ganske nylig blevet godkendt til publicering i

Nature Communications.

Generelt om XFEL og de

nye fælleseuropæiske

forskningsfaciliteter:

Tre tigerspring for mate-

rialeforskningen. Aktuel

Naturvidenskab nr.

1/2015

Link til video, der viser

hvordan en XFEL virker:

http://lcls.slac.stanford.

edu/AnimationViewLCLS.

aspx

Video med præsentation

af den europæiske XFEL:

https://media.xfel.eu/

XFELmediabank/

ConvertAssets/light-of-

the-future-2011.mp4

Videre læsning

SACLA), og ved at analysere mange tusinde giga-

bytes af data fra disse forsøg er det lykkedes at gen-

nemskue præcis, hvordan og hvor hurtigt de mole-

kylære strukturer forandres i en række fotokemi-

ske reaktioner. Senest medvirkede to postdocs, Kas-

per Kjær og Tim Brandt van Driel, til eksperimen-

ter, hvor en svensk-ledet forskergruppe var i stand

til at tage snapshots af de allerførste øjeblikke efter

at et fotosyntese-protein optager lysenergi. Igennem

målinger kunne det internationale forskerteam kaste

nyt lys over, hvordan den type af proteiner bærer sig

ad med at optage store energimængder uden at gå i

stykker under processen. Andre XFEL-studier med

deltagelse af forskere på DTU Fysik har fokuseret

på at forstå de ultra-kortlivede mellemtrin i katalyti-

ske reaktioner, fx hvordan CO-molekyler bliver fri-

givet fra en ruthenium-overflade.

De seneste par år har vores arbejde især været

fokuseret på at undersøge og forstå samspillet mel-

lem elektronisk og molekylær struktur i materi-

aler, som på sigt kan bruges til opsamle og lagre

energi fra sollys på kemisk vis. I et tæt samar-

bejde med kollegaer fra Lunds Universitets Kemi-

centrum undersøger vi desuden i øjeblikket, om

det er muligt at designe sidegrupperne i en række

jern-forbindelser, så de foto-exciterede tilstande

lever længe nok, hundredevis af picosekunder, til

at energi fra fx sollys kan overføres til et elektrisk

kredsløb. Til det formål vil vi til sommer udføre

eksperimenter ved den amerikanske XFEL i Cali-

fornien. På sigt håber vi, at den nye viden vil gøre

2015

det muligt at udskifte de ekstremt dyre ruthe-

nium-forbindelser i de mest effektive solceller med

langt billigere jern-forbindelser.

Et særligt kendetegn for de eksperimenter, vi har

deltaget i, har været, hvordan flere forskellige rønt-

genteknikker kan kombineres i ét eksperiment. Ved

fx at måle på både den spredte røntgenstråling fra

en prøve såvel som på den stråling, der bliver absor-

beret, er det muligt at danne sig et langt mere kom-

plet billede end med blot en af teknikkerne alene.

På den måde kan man måle, hvordan absorption

af lys på blot 0,1 picosekund kan ændre magne-

tiseringen af et molekyle, dets “spin”, og samtidig

hvorledes denne ændring i elektronstruktur hæn-

ger sammen med en lynhurtig forandring i mole-

kylets struktur. Den form for kombinerede målin-

ger har vist sig så slagkraftige, at metoden for tiden

er ved at blive integreret i designet og konstruktio-

nen af det dansk-leverede FXE-instrument på den

Europæiske XFEL, der bygges ved Hamborg. Kom-

bineret med den ekstremt høje røntgen-intensitet

på denne nye facilitet forventer vi, at en lang række

eksperimenter, som i dag er umulige, vil komme

indenfor rækkevidde.

Ved DTU Fysik ser vi i den grad frem til at deltage

i eksperimenter, som vil kaste nyt lys på fundamen-

tale aspekter af kemiske reaktioner, som både er

vigtige set fra et grundvidenskabeligt synspunkt og

for praktisk anvendelse.

Kombinerede røntgenteknikker

Aktuel Naturvidenskab

Foto: Kristoffer Haldrup

FIV, Alm.del - 2014-15 (1. samling) - Bilag 192: Tidsskriftet Aktuel Naturvidenskab nr. 1-2015

Forskningens Døgn på DTU

– for skoler og gymnasier

NXN

Tag dine elever med til DTU Lyngby Campus,

når vi

torsdag den 23. april kl. 9-13

sætter

teknisk forskning på skemaet. I kan komme

tæt på alt fra 3D-printere, robotter og elek-

tronmikroskoper til obduktioner af ræve og rå-

vildt. Der vil også være mulighed for at opleve

spændende laboratorier og forsøgshaller, som

normalt er lukket for offentligheden. Her står

forskere og studerende fra DTU klar til at dele

deres begejstring og den nyeste viden.

Arrangementet er for gymnasie- og skoleklas-

ser fra 6. klasse og op.

Læs mere om arrangementet og om tilmelding på

www.dtu.dk/ForskningensDoegn

Aktuel Naturvidenskab

2015

Foto: Mikal Schlosser

FIV, Alm.del - 2014-15 (1. samling) - Bilag 192: Tidsskriftet Aktuel Naturvidenskab nr. 1-2015

TEMA: TRE TIGERSPRING FOR MATERIALEFORSKNINGEN

nanomaterialer

blive til

- in situ krystallografi

Med en vifte af teknikker, der anvender røntgen- og neutronstråling,

er det muligt reelt at observere, hvordan nanopartikler “fødes” og

vokser på tværs af deres kemiske syntese. Forståelsen af, hvordan

nanopartikler dannes, giver os vigtig viden, som kan bruges til at

optimere materialer til batterier, solceller m.m.

Forfatterne

Jacob Becker er

center manager for CMC,

[email protected]

Espen D. Bøjesen,

ph.d.-studerende

[email protected]

anopartikler er pr. definition partikler, der er

mindre end 100 nanometer (0,0001 mm) i

alle tre dimensioner. Vi har været omgivet af nano-

partikler i tusindvis af år – fx sodpartikler fra bål

og brændeovne eller saltpartikler, der dannes i luf-

ten fra skumsprøjt ved havet. Nanopartikler har

desuden været syntetiseret kemisk til en række

anvendelser i flere årtier, men det er først siden

årtusindskiftet, at udviklingen virkelig har taget

fart. Dybest set erkendte man, at materialer, der var

velkendte på mikrometer og millimeterskala, kunne

ændre egenskaber fuldstændigt, hvis de blot blev

fremstillet som tilstrækkeligt små partikler.

Et stort delsegment indenfor dette “univers” er

uor-

ganiske

nanopartikler, dvs. partikler bestående af

bl.a. metaller, halvledere, keramer eller minera-

ler. De finder i dag anvendelse mange steder. Det

er uorganiske nanopartikler, der nedbryder sod og

skadelige røggasser fra bilers udstødning. Tilsva-

rende er det ofte uorganiske nanopartikler, der bru-

ges som katalysatorer, der via kemisk industri skæn-

ker os alt fra plastik, gummi og tøjfibre (nylon,

akryl, polyester, osv.) til maling og alverdens læge-

midler. Udfordringen for materiale-kemikerne er at

udvikle nanopartikler, som fungerer optimalt i alle

disse mange anvendelser.

Der findes mange måder at fremstille uorganiske

nanopartikler på og en af de enkleste er

solvotermal

syntese,

der dybest set er en trykkognings-proces af

ionforbindelser opløst i fx vand eller simple alko-

holer. Typisk anvendes temperaturer på 150-450

samt tryk på 100-350 atm. For at kunne opnå så

høje tryk, udføres synteserne i lukkede reaktorer.

De kan være beholdere (tilsvarende en alminde-

lig trykkoger) eller mere avancerede flow-systemer,

opbygget af rør, varmezoner og ventiler, hvor reak-

tant-opløsningen tilsættes kontinuerligt vha. høj-

trykspumper. Det er en meget produktionsven-

lig fremgangsmåde og derfor interessant, idet syn-

tesekapaciteten nemt kan sættes i vejret (større rør,

større pumper, osv.).

Fælles for alle reaktorerne er, at de er hermetisk for-

seglede; de kemiske reaktioner, der forløber indeni er

skjult for omverdenen. For en materialekemiker, der

prøver at udvikle en syntese for et konkret nanoma-

teriale, er dette stærkt generende. Det eneste, man

ved, er, hvad man startede med af reaktanter, samt

hvilket synteseprodukt man fik ud af reaktoren i sid-

ste ende. Selve forløbet ind imellem er en “black box”.

Et problem ved studier af nanopartikler er, at de

er langt mindre end bølgelængden af almindeligt,

synligt lys. Selv i synteseprodukterne, man fremstil-

ler, er individuelle nanopartikler derfor usynlige for

det blotte øje. En løsning findes i at bruge røntgen-

stråling, der også er lys, blot med langt kortere bøl-

gelængde. Et alternativ er neutronstråling, der har

tilsvarende egenskaber.

Røntgen- eller neutronstråler afslører tilstedevæ-

relsen af nanopartikler, idet strålingen spredes på

en ordnet facon af den atomare struktur i partik-

lerne. Uorganiske nanopartikler har næsten altid

krystalstruktur.

Det vil sige: Et velordnet, grundlæg-

gende mønster af atomer, som gentages igen og igen

på tværs af hver eneste partikel i alle tre dimensio-

ner. Udsat for en røntgen- eller neutronstråle spre-

Steinar Birgisson,

ph.d.-studerende

[email protected]

At se de usynlige

Peter Nørby,

ph.d.-studerende

[email protected]

Syntese på højtryk

Bo Brummerstedt Iversen

er professor og leder af

CMC, [email protected]

Alle ved CMC

Aarhus Universitet

Aktuel Naturvidenskab

2015

FIV, Alm.del - 2014-15 (1. samling) - Bilag 192: Tidsskriftet Aktuel Naturvidenskab nr. 1-2015

TEMA: TRE TIGERSPRING FOR MATERIALEFORSKNINGEN

Synkrotron

Temperatur-

føler

Mini- reak to

Den eksperimentelle

opstilling bag “live”-opta-

gelserne af nanokrystal-

lers fødsel og opvækst.

Cirklen øverst repræsen-

terer synkrotronen, hvor-

fra røntgenstråling kom-

mer ud og rammer den

opvarmede, tryksatte

Pumpe til

tryksætning

Trykkontrol

Varmekilde

mini-reaktor, hvori nano-

krystallerne dannes.

Diffraktions-

mønster, 2D

Deres “fingeraftryk”

fanges på detektoren.

Diffraktionsmønster, 1D

Pulverdiffraktion

Pulverdiffraktion opstår ved samtidig spredning af enten

røntgen- eller neutronstråling fra et stort antal små krystaller.

Normalt anvendes stråling med én bestemt, udvalgt energi.

Under dette forhold spredes strålingen ud i kegler, der ligger

indeni hinanden – de kommer til at fremstå som cirkler, når

man fanger deres tværsnit på et røntgenkamera. Det fælles

centrum er den direkte, ikke-spredte stråle, dvs. den store

andel af den rå intensitet, som blot passerer lige igennem

materialeprøven, der måles på.

Analysen af et pulverdiffraktionsmønster starter med at redu-

cere 2D-billedet til et 1D-datasæt. Her udmåler man den

vinkel, der udspændes imellem den direkte stråle og den

spredte stråling, efterhånden som man bevæger sig udad

gennem ringene. Et 1D-diffraktionsmønster bliver dermed en

række klare, veldefinerede toppe. Hver eneste af dem er

skabt af én bestemt type af gentagelses-sekvens, der fore-

kommer blandt atomerne, mens man bevæger sig gennem

materialet. Sådanne sekvenser kan der være rigtigt mange af

indenfor et 3D-krystalgitter, og hvert materiale har sit eget,

helt unikke sæt.

Det afgørende skridt i analysen af pulverdiffraktionsmønstre

kaldes for Rietveld-forfining. Her holder man det målte

3D-gitter op imod en verificeret model af materialets struktur,

sådan som den

ville se ud

uden nogen som helst forstyrrende

elementer. Herefter justerer man på en række parametre, der

alle har direkte link til visse fysiske egenskaber – fx partikel-

størrelse, spændinger i krystalgitteret, “huller” i strukturen,

osv. Hver af disse medfører små ændringer i et diffraktions-

mønster. Når man har et match, ved man derfor præcis,

hvilke fysiske karakteristika der præger netop det forelig-

gende materiale – konkret de nanopartikler, man har frem-

stillet.

Kredit: Henrik L. Andersen

Råt pulver-diffrakto-

gram af

-Fe

nano-

partikler, et magnetisk

materiale. De enkeltstå-

ende diffraktions-plet-

ter kommer fra prøve-

holderen, som er en

safir-krystal (α-Al

der partiklerne kollektivt strålingen ud i et møn-

ster af ringe, der ligger indeni hinanden med et fæl-

les centrum. Dette kaldes også et diffraktionsmøn-

ster, eller mere specifikt et

pulver-diffraktionsmøn-

ster, idet partiklerne reelt er individuelle korn i et

meget fint krystalpulver. Mønsteret er et unikt fin-

geraftryk af det materiale, nanopartiklerne består

af. Med pulverdiffraktion kan forskellige materia-

ler lynhurtigt skelnes fra hinanden, og derudover

kan der også ud fra diffraktionsmønstret udtrækkes

et væld af information om bl.a. størrelse og facon af

nanopartiklerne, urenheder, spændinger i krystal-

gitrene og meget mere.

Kunsten i at udvikle bedre nanomaterialer er at

henføre alle disse strukturelle aspekter til hvert

materiales overordnede egenskaber – herunder

deres anvendelighed. Atomar struktur og egenska-

ber hænger uløseligt sammen. Med viden om begge

har en materialekemiker grundlag for at udvikle

nanopartikel-syntesen derhen, at krystalstrukturen

ændres i bestemte retninger, dvs. egenskaberne til-

passes bestemte anvendelser.

At bruge røntgen- eller neutronstråling til karakte-

risering af nanopartikler er imidlertid også en ele-

Aktuel Naturvidenskab

2015

Nanomaterialer ”live”

FIV, Alm.del - 2014-15 (1. samling) - Bilag 192: Tidsskriftet Aktuel Naturvidenskab nr. 1-2015

TEMA: TRE TIGERSPRING FOR MATERIALEFORSKNINGEN

In situ

studier af solvotermale synteser bruger ofte en miniature-reaktor. På grund af det lille rumfang behøver sådanne reaktorer ikke tykke vægge. Tynde

vægge gør det nemmere for røntgen- eller neutronstrålerne at trænge igennem reaktoren. Der er også mindre stof, der skal opvarmes, idet syntesen star-

ter. En praktisk løsning er at bruge et tyndt rør som reaktorbeholder.

gant måde at få indsigt i deres kemiske dannelse

indeni en solvotermal syntesereaktor. Mulighe-

den ligger i, at disse typer stråling begge kan gen-

nemtrænge stof. Røntgen/neutron-strålen har altså

mulighed for at gennemtrænge væggene i de kemi-

ske syntesereaktorer. Dette vil virke, hvis strålin-

gens energi er høj nok, væggene er tilpas tynde eller

de er lavet af velvalgte materialer. Med de rette tek-

niske greb bliver slutresultatet altså pulverdiffrakti-

onsmønstre af nanopartikler, som stråler ud

gennem

væggen af en lukket reaktor.

Det næste praktiske problem er, at dannelse af

nanopartikler i et solvotermalt miljø ofte er meget

hurtig – i størrelsesorden nogle få sekunder. Denne

hastighed skal pulverdiffraktions-målingerne

kunne matche. Hvert datasæt skal meget gerne

optages

hurtigere

end reaktionens eget tempo, da

måleresultatet ellers bliver et udtværet gennemsnit

af hele det kemiske forløb. I praksis betyder det, at

man skal kunne optage hvert diffraktionsmønster

på ca. 1 sekund. Det er et ekstremt højt tempo, især

fordi hvert datasæt også skal være af høj kvalitet.

Man kæmper her med det problem, at kun en lille

del af intensiteten i den stråling, der rammer prø-

ven, kommer ud som diffraktion, hvorimod stør-

stedelen passerer lige igennem og er tabt. Det stiller

store krav til den rå intensitet af røntgen- eller neu-

tronkilden, der leverer den indkommende stråling.

Alt dette indfries imidlertid af de kommende forsk-

ningsfaciliteter MAX-IV synkrotronen og Euro-

pean Spallation Source (ESS) ved Lund, der begge

har kapacitet til at levere en enorm intensitet af hhv.

røntgenstråling og neutroner.

Overordnet er hele denne metode et eksempel på

situ

karakterisering (latin: på stedet), afspejlende at

Aktuel Naturvidenskab

2015

man måler “live” på en proces, imens den forløber.

Resultatet er en “film”, der viser hele dannelsesfor-

løbet af nanomaterialerne – men en film, der ikke

er udtrykt i billeder, men derimod i termer af alle

de forskellige egenskaber, pulverdiffraktionen giver

indsigt i.

Danske forskere har udviklet, benyttet og forfinet

in situ

diffraktion i årevis og ved Institut for Kemi

ved Aarhus Universitet har vi studeret dannelses-

forløbet for en enorm vifte af nanomaterialer, heri-

blandt magnetiske materialer, batterimaterialer, ter-

mokrome stoffer, metal-katalysatorer, ion-ledende

materialer, foto-katalytiske materialer og termoelek-

triske materialer. Forskerne i Aarhus har samtidig

udvidet deres

in situ

teknik til at omfatte et helt nyt

og værdifuldt repertoire.

Pulverdiffraktion er kun ét eksempel på ordnet

spredning af røntgen- eller neutronstråling. Der

findes andre teknikker, som også kan eksekveres

in situ

som beskrevet ovenfor. For nanomateria-

ler er en af de mest interessante “småvinkel-spred-

ning”, som kan optræde både som røntgen- og neu-

tronspredning. Her måler man det spredningsfæno-

men, som opstår

helt inde omkring

den direkte rønt-

gen- eller neutronstråle. Dette signal rummer infor-

mation om nanostrukturer på en 1-100 nm skala,

altså noget mere overordnet end den atomare struk-

tur, som diffraktionen giver indsigt i. Småvinkel-

spredning har herudover den store fordel, at signa-

let opstår, uanset om materialet, man måler på, har

en krystalstruktur eller ej. En del materialer er ikke

100 % krystallinske, idet der er enklaver af “uord-

net” struktur ind imellem. Et typisk eksempel er

overfladen af nanopartikler, hvor atomerne ikke let

Kombi-teknikker

FIV, Alm.del - 2014-15 (1. samling) - Bilag 192: Tidsskriftet Aktuel Naturvidenskab nr. 1-2015

TEMA: TRE TIGERSPRING FOR MATERIALEFORSKNINGEN

Princippet i PDF-analyse

Princippet i PDF-analyse er grundlæggende ret enkelt. Det

illustreres nemmest med et ”2D-materiale”, som det der er

vist i figuren. Udgangspunktet er et vilkårligt atom i struktu-

ren – her valgt som det i midten. Hver af ringene omkring

R(r)

r (Å)

Længde-enheden i PDF-plottet er Ångstrøm (forkortet ”Å”), svarende til 0,1 nanometer.

Det er den mest passende skala, når man bevæger sig i atomernes verden.

Figur efter Dipankar Saha

repræsenterer en konkret afstand, hvori man finder et

bestemt antal naboatomer. Hver giver anledning til en “top” i

det færdige PDF-plot, der er vist til højre. Størrelsen af top-

pen afhænger af, hvor mange gange netop dén afstand fore-

kommer mellem atomer.

I rigtige materialer er der naturligvis naboer i 3D og mange

forskellige atomer i spil. Hver PDF-top er imidlertid stadig

udtryk for en bestemt orden i strukturen. Krystallinske mate-

rialer har således adskillige tydelige toppe, tilsvarende en høj

atomar orden, som også rækker langt – fx på tværs af en hel

nanopartikel. Uordnede materialer, væsker og gasser har kun

én eller ganske få PDF-toppe, der tilsvarer deres umiddelbare

kemiske bindinger – i almindeligt vand (H

O) ville det fx være

afstanden hydrogen-ilt.

Hvor stopper et PDF-plot så? For nanopartikler er svaret sim-

pelt: Når man er nået til den længst mulige interatomare

afstand, man kan tænke sig. Det vil her sige to atomer, som

sidder på hver deres (stik modsatte) side af en partikel. I data

ser man da også, at PDF’en “klinger af” omkring denne

afstand, såfremt partiklerne blot er nogenlunde ensartede i

størrelse.

In situ

PDF

Styrken i PDF-analyse er, at man ser overgangen fra de kemi-

ske reaktanter i opløsningen, der er udgangspunkt for solvo-

termal syntese, over til de færdige nanopartikler.

Her ses fx resultatet af et

in situ

studium af dannelsesforlø-

bet for materialet CeO

syntetiseret i vand ved 200

C og 250

bar. CeO

-nanopartikler er bl.a. et af de aktive materialer i

bilkatalysatorer og derfor genstand for stor interesse.

Udgangsstoffet er ammonium-cerium-nitrat, [NH

]

Ce(NO

)

opløst i vand. Her viser PDF-analysen, at cerium-atomerne

danner et bestemt kemisk kompleks med omgivende nitrat-

ioner, som vist øverst til venstre. Turkise atomer er cerium,

røde er ilt og lilla er nitrogen. Komplekset er bl.a. kendeteg-

net ved afstanden Ce-O, der ses i PDF-plottet nederst.

Syntesen startes simpelthen ved at tilføre varme. Det sker

med ét slag til tiden 0, og herefter viser PDF-plottet, hvor-

dan der opstår en række nye interatomare afstande som

tiden går. Disse afstande kan entydigt relateres til afstande

mellem cerium-atomer, som er karakteristiske for det fær-

dige nanomateriale, hvis struktur er vist øverst til højre.

Samtidigt ændres Ce-O afstanden sig en anelse i takt med,

at reaktant-komplekset udtømmes, og CeO

-krystalstruk-

turen etableres.

Aktuel Naturvidenskab

Rea

2015

Interatomar afstand (Å)

ti o n

s ti d

(se

FIV, Alm.del - 2014-15 (1. samling) - Bilag 192: Tidsskriftet Aktuel Naturvidenskab nr. 1-2015

TEMA: TRE TIGERSPRING FOR MATERIALEFORSKNINGEN

Videre læsning:

Mere om krystallografi og

spredningsteknikker:

Krystallografi – kemike-

rens genfundne redskab.

Aktuel Naturvidenskab nr.

5/2013.

Mere om produktion af

nanokrystaller og solvo-

termal syntese:

Nanopartikler på samle-

bånd. Aktuel Naturviden-

skab nr. 2/2014.

finder sig til rette i krystalstrukturen. Det forekom-

mer også, at dannelsesprocessen for nanopartikler

forløber i to stadier: En indledende dannelse af ato-

mart uordnede partikler som herefter, over tid, kry-

stalliserer. Derfor er det værdifuldt at kombinere

småvinkel-spredning med pulverdiffraktion.

Et eksempel på et materiale, der har været stude-

ret på denne måde af forskerne i Aarhus, er alumi-

nium-mineralet bøhmit (kemisk formel AlOOH).

Det er et udgangsstof for det keramiske materiale

aluminiumoxid (γ-Al

), som anvendes som bære-

materiale i utallige katalysatorløsninger over hele

verden. Via kombinerede småvinkel- og pulverdif-

fraktions-undersøgelser opdager man, at der sker en

dannelse af uordnede partikler forud for en mere

gradvis krystalliserings-proces.

i atomernes nærmiljø og længere borte i strukturen.

For nanopartikler, der ofte er delvist uordnede, er

“nære naboer” imidlertid overrepræsenteret i forhold

til atomer, der ligger længere fra hverandre; og der

måles selvfølgelig ingen atompar, som har længere

indbyrdes afstand end størrelsen af partiklen.

Slutresultatet af en PDF-analyse er derfor en struk-

turel kortlægning af et nanomateriale

både

hvad

angår nærmiljøerne omkring alle atomerne

længere afstande, der går på tværs af hver partikel.

Den nære orden er imidlertid essentiel for forståelse

af kemiske bindingsforhold, og her hæver PDF-ana-

lyse sig unikt over pulverdiffraktion, som kun “ser”

de gennemsnitlige strukturelle aspekter for materi-

alet. PDF kan også skelne ordnet struktur fra uord-

net og virker lige godt på begge.

PDF-analyse fungerer også for de rå reaktanter, der

findes opløst i reaktionsblandingen, forud for at

syntesen overhovedet er begyndt. Man kan bl.a. se,

hvilke konstellationer de danner med opløsnings-

midlet, og hvilke af disse der deltager aktivt i nano-

partikel-dannelsen, hvornår det sker og i hvilke trin.

Med

in situ

PDF-analyse har forskerne fra Aarhus

Universitet med andre ord udviklet en teknik som

for første gang gør det muligt at måle

alle

struktur-

kemiske forhold i en solvotermal nanopartikelsyn-

tese, både før, under og efter.

I øjeblikket benytter man mest røntgenstråling til

PDF-analyse, men ESS vil i høj grad bane vejen for

udviklingen af

in situ

PDF-analyse med neutroner.

Total-spredning

Den nyeste

in situ

måleteknik, som forskerne ved

Aarhus Universitet har udnyttet sammen med

Columbia University (New York), kaldes for

total-

spredning.

Ved matematisk behandling af totalspred-

ningsdata kan man udregne en unik funktion kal-

det Pair Distribution Function (analysen kaldes

ofte for PDF-analyse), hvor

pair-distribution

henvi-

ser til “par” af atomer. Faktisk hvilket som helst par

af atomer, man kunne ønske at pege på i materia-

lets struktur, hvor som helst i en given nanoparti-

kel, og i enhver kombination. PDF-analyse udmå-

ler afstandene imellem ethvert sådant sæt af ato-

mer. For mikrokrystallinske materialer vil afstan-

dene mellem alle atompar være veldefinerede, både

Hvis du havde én dag.....

...som studerende

på en naturvidenskabelig

uddannelse

Så kunne du

•

Opleve studiemiljøet

nakke med en studerende

Være med til undervisningen

Prøve en helt almindelig dag

på studiet

Bliv studerende for en dag

WWW.SDU.DK

/BROBYGNING

Aktuel Naturvidenskab

2015

FIV, Alm.del - 2014-15 (1. samling) - Bilag 192: Tidsskriftet Aktuel Naturvidenskab nr. 1-2015

EFTERUDDANNELSE

2015

EFTERUDDANNELSE

29.-30. oktober

2015

EFTERUDDANNELSE

2015

EFTERUDDANNELSE

1.-2. oktober

RISIKOVURDERING

Risikovurdering er genstand for intense viden-

skabelige, taktiske og politiske diskussioner, når

kriterierne for en vurdering skal fastlægges og

beskrives. Dette kursus sætter fokus på valg af

risikokriterier og samlet usikkerhedsminimering

i risikovurdering fra den videnskabelige side.

Kursisten får et solidt, videnskabeligt fundament

for det daglige arbejde med risikovurdering af

miljøfarlige stoffer med perspektiver til natur- og

miljøbeskyttelse.

AF MILJØFREMMEDE STOFFER

MÅLING AF

Alle ved, hvad der sker, hvis man indtager

mere energi, end man forbruger. Eller om-

vendt, hvis man ikke kan få føde nok til at

dække energiomsætningen. På kurset får

du viden om, hvad energien egentlig går

til, og hvilke faktorer der påvirker energistof-

skiftets størrelse. Gennem teoretiske øvel-

ser og øvelser i laboratoriet får du trænet

metoder til at måle energistofskiftet.

29.-30. oktober

ENERGISTOFSKIFTET

GENETIK

MARIN FAUNA

– INDSAMLING OG

ARTSBESTEMMELSE

2015

EFTERUDDANNELSE

21.-23. oktober

I NATURFORVALTNINGEN

Hvorfor er genetisk variation vigtig for, at popu-

lationer af vilde dyr og planter kan overleve?

Hvad er indavl, og hvor store skal populationer

være for at undgå genetiske problemer? Hvad

er arter, og er det arter eller populationer, som

er de enheder, forvaltningen skal fokusere på?

Hvad går alle de nye DNA-baserede teknikker

ud på, og kan de bruges i praktisk forvaltning?

2015

EFTERUDDANNELSE

13.-14. april

AARHUS

UNIVERSITET

INSTITUT FOR BIOSCIENCE

AARHUS

UNIVERSITET

INSTITUT FOR BIOSCIENCE

EFFEKTER AF

UNDERVANDSSTØJ

I HAVMILJØET

Vi larmer mere og mere på havet.

Den menneskeskabte undervandsstøj

AARHUS

UNIVERSITET

er kommet i fokus indenfor de sidste

INSTITUT

10 år

FOR BIOSCIENCE

med miljøkonse-

i forbindelse

kvensvurderinger af havvindmøllepar-

ker, havneudvidelser og andre stø-

jende aktiviteter til havs. Kurset giver

en grundlæggende indføring i områ-

det for sagsbehandlere, konsulenter,

journalister, NGO’ere og lignende,

som arbejder med problemstillinger

knyttet til effekterne af undervandsstøj

på havmiljøet.

AARHUS

UNIVERSITET

INSTITUT FOR BIOSCIENCE

AARHUS

UNIVERSITET

INSTITUT FOR BIOSCIENCE

AARHUS

UNIVERSITET

INSTITUT FOR BIOSCIENCE

AARHUS

UNIVERSITET

INSTITUT FOR BIOSCIENCE

AARHUS

UNIVERSITET

INSTITUT FOR BIOSCIENCE

Havbundens fauna fortæller

en masse om miljøtilstanden i

havet. Kurset giver en generel

introduktion til den danske

marine fauna med vægt

på artsbestemmelse. Du vil

få kendskab til de vigtigste

organismer fra forskellige ha-

bitater, metoder til indsamling

og værktøjer til selv at kunne

artsbestemme faunaen. En

del af kurset foregår til søs

med forskningsskibet Aurora.

2015

EFTERUDDANNELSE

Få del i den nyeste forskning

Kom i felten og laboratoriet, lær de nyeste metoder

at kende og få inspiration til dit daglige arbejde.

2015

EFTERUDDANNELSE

29.-30. april eller 12.-13. maj

ADAPTIV

AARHUS

UNIVERSITET

INSTITUT FOR BIOSCIENCE

10.-11. september

ARHUS

NIVERSITET

TITUT FOR BIOSCIENCE

NATURFORVALTNING

Ét er at iværksætte en forvaltningsplan for

en art eller et naturområde, et andet er at

opnå det, man ønsker med en plan. Des-

værre ser vi for ofte, at planer løber ud i san-

det. Adaptiv naturforvaltning er et begreb,

som kan bruges til at opnå en mere målret-

tet beskyttelse og forvaltning af arter og

deres levesteder – og få styr på om tiltagene

virker. På dette kursus vil du få en introduk-

tion til begrebet, som kan sætte dig i stand

til at bruge det i praktisk naturforvaltning.

Deltag i efteruddannelseskurser på

Institut for Bioscience, Aarhus Universitet.

Kurserne varer 2-3 dage og afholdes

i foråret og efteråret 2015.

AARHUS

UNIVERSITET

INSTITUT FOR BIOSCIENCE

AARHUS

UNIVERSITET

INSTITUT FOR BIOSCIENCE

Bemærk:

Tilmeldingsfrister i marts for forårets kurser!

HAVETS PLANTER

– ØKOLOGI OG BIOTEKNOLOGI

Vi bruger havets planter som mål for havets

miljøtilstand, og samtidig udgør tang en naturres-

source med store bæredygtige bioteknologiske

potentialer. På kurset ”Havets planter – økologi

og bioteknologi” får du præsenteret den nyeste

viden om havets planter. Gennem laboratorie-

øvelser, feltekskursioner og faglige oplæg får du

konkrete ideer til, hvordan emnet kan fungere

som undervisningsforløb, både indenfor økologi,

bioteknologi og human ernæring.

2015

EFTERUDDANNELSE

Miljøfarlige stoffer udgør en risiko for

bunddyr og fisk i havmiljøet, og vi over-

våger de biologiske effekter af stof-

ferne for at kunne vurdere havmiljøets

tilstand. Kurset vil give dig viden om

og øvelse i biologiske analysemetoder,

som er relevante for overvågning og

for natur- og miljøbeskyttelse.

2015

EFTERUDDANNELSE

3.-4. september

9.-10. april

BANANFLUERS

AARHUS

UNIVERSITET

INSTITUT FOR BIOSCIENCE

AARHUS

UNIVERSITET

INSTITUT FOR BIOSCIENCE

GENETIK I PRAKSIS

Gennem forsøg med bananfluer kan nedarvning

forstås og formidles uden forhåndsviden om den

molekylære baggrund for genetikken. På kurset vil vi

arbejde med klassisk bananfluegenetik, og du vil blive

præsenteret for en lang række konkrete forsøg, du kan

bruge direkte i din undervisning. Du får også vejledning

til og praktisk øvelse i, hvordan du bestiller fluer, fodrer,

formerer og håndterer dem.

BIOLOGISKE EFFEKTER

AF MILJØFARLIGE STOFFER

I HAVMILJØET

AARHUS

UNIVERSITET

INSTITUT FOR BIOSCIENCE

AARHUS

UNIVERSITET

INSTITUT FOR BIOSCIENCE

AARHUS

UNIVERSITET

INSTITUT FOR BIOSCIENCE

AARHUS

UNIVERSITET

INSTITUT FOR BIOSCIENCE

AARHUS

UNIVERSITET

INSTITUT FOR BIOSCIENCE

Læs mere og tilmeld dig på

www.bios.au.dk/efteruddannelse

Aktuel Naturvidenskab

2015

FIV, Alm.del - 2014-15 (1. samling) - Bilag 192: Tidsskriftet Aktuel Naturvidenskab nr. 1-2015

PARASITTER

Parasit

påvirker

torskens

hjerterytmer

Torskens røde gælleorm er en parasit, der ser ubehagelig

ud, men hvor meget påvirker den egentlig sin vært?

Avanceret teknik har afsløret, at parasitten nedsætter

hjertets pumpeevne markant og dermed har stor

indflydelse på torskens sundhed.

Forfatterne

Jane Behrens er forsker,

DTU Aqua

[email protected]

Kurt Buchmann er

professor ved Institut

for Veterinær Sygdoms-

biologi

Københavns Universitet

[email protected]

idenskabsfolk har i årtier diskuteret, om en vel-

kendt snylter på atlanterhavstorskens gæller

påvirker fisken negativt. Torskens røde gælleorm

Lernaeocera branchialis

er særdeles iøjnefaldende,

når den som en stor blodfyldt blære toner frem

under gællelåget på den friskfangne torsk. Den er i

virkeligheden et parasitisk krebsdyr, en omdannet

vandloppe, der i udviklingens løb har opnået evnen

til at snylte på torsken, æde dens blod og i øvrigt

blive transporteret afsted over store afstande uden

at skulle bruge energi på bevægelse. En strålende

udspekuleret og typisk strategi for en sand para-

sit. Den ser drabelig ud, og for de fleste almindelige

mennesker hersker der ikke tvivl i deres sind om, at

en sådan parasit må have negative konsekvenser for

den befængte torsk. Imidlertid har de lærde disku-

teret dette punkt. Nogle undersøgelser har vist, at

stærkt inficerede torsk blev afmagrede, mens andre

studier ikke viste en specielt udtalt effekt. Da der

tilmed ikke tidligere er gennemført grundige eks-

perimentelle undersøgelser, har flere fiskeforskere

ment, at torsken nok kunne vænne sig til en sådan

snylter, og effekten på fisken måtte være minimal.

Ny forskning, som bringer avancerede teknikker

i spil, viser imidlertid nu, at snylteren er en over-

ordentlig stor belastning for torsken. Dens nor-

male hjerterytme forstyrres, pumpeevnen er mar-

kant nedsat og dette har afgørende betydning for

fiskens evne til at optage ilt og fordøje indtaget føde.

Alt dette er blevet blotlagt ved hjælp af en avanceret

teknik til at overvåge torskens hjerterytme.

2015

Teknikken er baseret på at operere en sonde rundt

om fiskens ventrale aorta. Herved kan torskens hjer-

terytme aflæses, og mængden af blod, der pumpes

ud fra hjertet, kan aflæses. Når man samtidig er i

stand til at måle torskens iltoptagelse under forskel-

lige forhold, herunder fodring med kendte mæng-

der af foder, kan man danne sig et rimeligt indtryk

af, hvorledes eventuelle hjerteproblemer influerer på

fiskens fysiologi, vækst og fysiske formåen.

Vore undersøgelser, lavet i samarbejde med kolle-

gaer fra Gøteborg Universitet, har vist, at torsk uden

parasitter har en let og ubesværet hjerterytme, mens

en eller to parasitter nedsætter pumpeevnen mar-

kant (se boks). Snylterens fasthæftning og ændring

af karsystemet har tillige en signifikant indflydelse

på torskens iltoptagelse. Med andre ord er det øgede

iltoptag, som ses efter indtagelse af et måltid, stærkt

reduceret. Og det er et problem for fisken, idet dette

iltoptag understøtter alle de processer, der er nød-

vendige, for at en torsk kan opretholde livet (ned-

brydning af føden, optagelse af næringsstoffer og

opbygning af væv). Parasitterne har en begrænset

levetid, måske omkring et år, men mens de snylter

på torsken, reagerer fiskens immunsystem mod dette

store fremmedlegeme med en kraftig vævreaktion,

som søger at indkapsle parasitdelene i fisken. Kar-

systemet bliver herved tilstoppet og stærkt fortykket

og er sandsynligvis hermed årsag til hjerteproble-

merne. Det viste sig ligeledes, at selv gamle infektio-

Hjerterytmen hos en torsk

Aktuel Naturvidenskab

FIV, Alm.del - 2014-15 (1. samling) - Bilag 192: Tidsskriftet Aktuel Naturvidenskab nr. 1-2015

↑ Foto af torskens gælleorm (Lernaeocera

branchialis)

isoleret fra torskens gæller.

Parasittens forgrenede forende med

mund gennemtrænger gællerne og kan

trænge ind i den ventrale aorta og til tider

fasthæfte sig i hjertet. Den lever af tor-

skens blod, som fordøjes i kroppen og

utallige æg produceres i æggestokkene,

som er placeret på bagkroppen.

Foto: K. Buchmann.

Foto af parasitten fasthæftet i torskens

gæller. I denne fisk ses to snyltere som

ydre blodfyldte blærer. I midten den ven-

trale aorta med en indre rest af parasit.

Foto: Jane Behrens.

Q (volt)

Torskens hjerterytme

1.5

1.0

0.5

0.0

1.5

1.0

Mave

0.5

0.0

VAo

Q (volt)

1.5

1.0

Til måleudstyr

0.5

0.0

Skematisk figur af en torsk, som viser placeringen af en sonde omkring

den ventrale aorta (VAo) samt kablet fra sonde, som går til måleudstyret.

1.5

1.0

0.5

0-0

Hjerterytmen fra A) en torsk uden parasitter og fra B, C og E) torsk med rester af

1.5

5 sec

Q (volt)

en eller flere parasitter i den ventrale aorta samt D) en torsk med en levende

parasit i den ene gælle. Ikke-inficerede torsk har en regelmæssig hjerterytme

med ensartet amplitude, hvorimod hjerterytmen hos fisk, som har eller har haft

parasitter er uregelmæssig og med en betydeligt reduceret amplitude.

1.0

0.5

0-0

Aktuel Naturvidenskab

2015

FIV, Alm.del - 2014-15 (1. samling) - Bilag 192: Tidsskriftet Aktuel Naturvidenskab nr. 1-2015

Parasittens livscyklus

Illustrationen viser livscyklus for torskens røde gælleorm

Lernaeocera branchialis,

som i virkeligheden ikke er en orm,

men derimod et krebsdyr – en vandloppe tilhørende familien

Penellidae. Den voksne, kønsmodne hun afgiver æg til vand-

miljøet. Disse klækkes og ud trænger en naupliuslarve, der

skifter skal og udvikler sig til et nyt vandloppestadium (det

såkaldte copepoditstadium). Hanner og hunner finder hinan-

den på en skrubbes gæller, hvor de parrer sig. Den befrug-

tede hun svømmer dernæst ud i havet og opsøger en torsk,

som den fasthæfter sig til, gennemtrænger gællevævet og

søger med hoved og mund op i den ventrale aorta. Hunnen

færdigudvikles på torsken og påbegynder produktion af æg

baseret på torskens blod som proteinkilde.

Illustration: Kurt Buchmann

Bulbus arteriosus

Ventrale

aorta

Snit af et inficeret torskehjerte stærkt forstørret

→

Man ser rester af en parasit, som optager pladsen i

den ventrale aorta. Fra bulbus arteriosus pumpes

blodet frem til gællerne gennem den ventrale

aorta. Tallene 1) angiver krebsdyrets overflade,

2) angiver immuncellereaktionen fra fiskens side

og 3) angiver aortavæggens generelle fortykkelse.

Parasitrester

ner påvirkede hjertet. I tilfælde, hvor hovedparten af

parasitten (de ydre dele) var bortfaldet, kunne man

finde rester af parasittens forende i aorta og hjerte-

væv. Og disse gamle skader var nok til at skabe mis-

lyde i hjertet.

Undersøgelserne bidrager til vor forståelse af, hvor-

ledes parasitter på godt og ondt indgår i det marine

økosystem og kæder de forskellige trofiske niveauer

sammen. Snylterens livscyklus er i sig selv et udtryk

for denne sammenhæng. Den voksne parasits påvirk-

ning af en rovfisk kan påvirke populationsstørrelsen

af både rovfisk og byttedyr, parasittens forskellige

stadier indgår som en del af plankton og snylterens

parring sker på en anden fiskeart (skrubber), som

optager en særlig niche i det marine økosystem.

Aktuel Naturvidenskab

2015

Sandfærdige fiskeribiologiske modeller

Fiskeribiologiske modeller opererer ikke med det

meget dynamiske samspil, der eksisterer mellem

fiskene og deres parasitter. Nogle parasitter er fx

meget sygdomsfremkaldende under visse forhold,

mens de under andre miljøforhold vil have min-

dre effekt. Desuden eksisterer der en rigdom af

forskellige fiskeparasitter. Nogle er meget speci-

fikke mht. valg af vært (fiskearten), mens andre

er knap så kræsne. Nogle snyltere vil kun være

til stede i fiskepopulationen, hvis andre dyr (fx

sæler, hvaler, fugle) også forekommer i miljøet, og

som nævnt får torsken kun gælleorm, hvis der er

skrubber i farvandet. Beskrivelsen af det økolo-

giske system i havet vil således blive meget kom-

pliceret, hvis parasit-elementet tilføres, men til

gengæld vil en sådan beskrivelse blive langt mere

sandfærdig.

FIV, Alm.del - 2014-15 (1. samling) - Bilag 192: Tidsskriftet Aktuel Naturvidenskab nr. 1-2015

LÆS MERE

NANO.AAU.DK/SRP

H JÆ L P T I L D I T

STUDIERETNINGS-

PROJEKT ?

L AV F O R S Ø G T I L D I T ST U D I E R E T N I N G S P R OJ E K T

I A A U ’ S V E L U D S T Y R E D E L A B O R AT O R I E R , O G S PA R

MED VORES DYGTIGE FORSKERE.

D U K A N FÅ H JÆ L P T I L E M N E R S O M :

FYSIK

SUPERLEDNING

K VA N T E M E K A N I S K E T U N N E L E F F E K T E R

U V- L I TO G R A F I

B E S T E M M E L S E A F P L A N C K ’ S K O N S TA N T

KEMI/BIOTEKNOLOGI

M E TA L L I S K E N A N O PA R T I K L E R

MICELLER

PEPTIDSYNTESE

ENZYMKINETIK

Aktuel Naturvidenskab

2015

FIV, Alm.del - 2014-15 (1. samling) - Bilag 192: Tidsskriftet Aktuel Naturvidenskab nr. 1-2015

PERSPEKTIV

Sådan

skrives det!

Det er ikke pedanteri, når man forventer,

at alle skribenter følger vedtagne skriveregler

for fysiske størrelser i artikler og lærebøger.

Forfatter

Knud Erik Sørensen,

lektor, cand.scient.

[email protected]

seneste nummer af bladet havde en “gammel

pedant” på denne plads en artikel med betragt-

ninger over lægmænds og professionelle skriben-

ters fejltagelser, når de skal skrive fysiske størrel-

ser. Det var brugen af enheder og præfikser, som

Carl-Erik Sølberg havde fokus på. Min glæde over,

at der endelig blev skrevet om dette vigtige emne,

blegnede en anelse, da jeg så, at artiklen ikke

selv overalt fulgte reglerne og i øvrigt kun ind-

drog omtale af få af de velkendte fejltyper. Det vil

jeg forsøge at råde bod på her i håb om, at vi så i

fremtiden vil se færre eksempler på sløset omgang

med fysiske størrelser. Desværre skyldes mange af

fejlene nok ikke blot sjusk, men manglende for-

ståelse og/eller viden, hvilket vel ofte kan føres til-

bage til underviseres manglende fokus på emne-

feltet.

for Avogadro konstanten og

for elektrisk

effekt.

• Alle funktionsnavne. Eks.: cos(

). Dette gælder

også grundtallet for den naturlige logaritme, e.

Eks.: e

-kt

= exp(-kt).

• Differentialoperatoren d/dx. Eks.:

= dE/dt.

I dag anvender de fleste diverse tekstbehandlings-

programmer, som gør det let at skrive endog kom-

plicerede formler. Desværre retter en del formel-

editorer sig ikke umiddelbart efter gældende regler,

men så må skribenten gribe manuelt ind!

Der er også grund til at advare mod Wikipe-

dias lemfældige, inkonsekvente og ofte fejlagtige

omgang med disse og andre skriveregler.

For at komme i gang kan vi tage et konstrueret

lærebogseksempel. Læseren opfordres til at tælle

antallet af fejl i eksemplet:

Effekt er defineret som energiændring per tids-

enhed,

P = dE/dt,

og har enheden Watt.

... Den elektriske effekt kan udregnes ud fra

formlen

= U*I*cos(

hvor U er spændin-

gen målt i Volt, I er strømmen målt i Ampere,

er fasevinklen.

...Ved jævnstrøm kan cosinuskoefficienten

dog udelades. Hvis en 3W elpære fx tilsluttes

5,6V kan Ampererne umiddelbart udregnes til

0.5357143.

Talte du også mindst 18 fejl? Måske 21?

Således forskrækket kan vi tage fat på reglerne.

I kursiv skrives

• Alle fysiske størrelser.

• Alle indices, der er fysiske størrelser. Eks.:

for

varmekapaciteten ved konstant tryk.

• Alle indices, der er matematiske symboler for et tal.

I ordinær skrives

• Alle tal og præfikser.

• Alle enheder.

• Alle indices, der ikke er fysiske størrelser. Eks.:

Aktuel Naturvidenskab

2015

Talværdier

Som nævnt skal talværdier altid skrives i ordinær

skrift. Bortset fra dette er der ingen regler, kun

ISO-anbefalinger:

• Brug et mellemrum til at adskille lange tal i grup-

per på tre, aldrig et punktum. Altså 12 345 i ste-

det for 12.345. Komma og punktum er reserveret

som decimaltegn.

• I Danmark bruger vi decimalkomma, hvor

megen engelsksproget litteratur – og vore lomme-

regnere – bruger decimalpunktum Hvor ville det

her være ønskeligt med en fælles verdensstandard,

som tilmed blev fulgt. Men vær i det mindste

konsekvent! Læseren skal ikke kunne være i tvivl

om, hvad 12.345 betyder.

• For tal, hvis størrelser er under 1, skal der forud

for decimaltegnet være et 0.

• Brug præfikser, for det er lettere at percipere 32

mm end 0,032 m. Et præfiks hører til den enhed,

det er præfiks for. Eks.: 1 cm

betyder 1 (cm)

, så

1 cm

= (10

-2

= 10

-6

, og 1

μs

-1

= (10

-6

-1

= 10

-1

• Overvej nøje antallet af betydende cifre i en angi-

velse, for der er stor forskel på 3,2 km og 3200 m.

Usikkerheden skal ligge på sidste ciffer i angivel-

sen og oplyser derved om målenøjagtigheden. En

tommelfingerregel er, at resultater af beregnin-

ger kan angives med så mange betydende cifre,

som den dårligst bestemte af de indgående stør-

Skriftsnit

FIV, Alm.del - 2014-15 (1. samling) - Bilag 192: Tidsskriftet Aktuel Naturvidenskab nr. 1-2015

PERSPEKTIV

relser indeholder. I udregninger bruges dog alle

de opgivne cifre, og afrundinger sker først i facit.

For god ordens skyld: antallet af betydende cifre

er antallet af cifre fraregnet foranstillede nuller.

Også i denne sammenhæng er præfikser en gave

til skribenten.

360 J

30 s

Mange enheder har navn efter en person, fx har

Isaac Newton lagt navn til enheden newton, der

har symbolet N.

• Enhedens navn skrives altid med lille begyndel-

sesbogstav. Der er forskel på enheden og manden

bag: newton er noget andet end Newton!

Tal, konstant, faktor og koefficient

• SI-enheder forkortes ikke, men har alle et

symbol,

• I lærebøger kan man læse om “Avogadros tal”,

i dette tilfælde N for newton. Bemærk, at N

selv om

= 6,02·10

mol

-1

ikke er et tal, men

ikke er en forkortelse og derfor ikke må følges af

en fysisk størrelse, i dette tilfælde en konstant.

punktum, undtagen som følge af normal tegn-

• Hvis de fysiske størrelser

er forbundet

sætning. Reglen gælder kun SI-enheder, så kr. er

ved sammenhængen

kaldes

en faktor,

en korrekt skrivemåde for kroner. Det er trist at

hvis

har samme dimension, i modsat fald

se, at journalister gerne skriver “på en 3 km. lang

kaldes

en koefficient.

strækning”, og at kogebogsforfattere mener, at der

skal anvendes “25 g. gær”.

Spredte råd

• Man bør ikke stille krav om bestemte enheder:

• Brug altid ∙ som multiplikationstegn, med-

U · I

gælder, uanset hvilke enheder der anven-

mindre der er tale om et vektorprodukt, hvor

des for

men selvfølgelig bliver enheden for

× anvendes. Tiden er løbet fra anvendelsen af *

bestemt af valgene. Det kan dog anbefales at

som multiplikationstegn.

arbejde i afstemte enheder, for anvendes fx volt og • Man kan måske blive i tvivl om, hvad 25 mN

ampere, fås effekten i formlen automatisk i watt,

angiver. Er det 25 millinewton eller 25 meter ∙

idet V ∙ A = W.

newton, altså 25 joule? Hvis man her i sidste til-

• Enheder er ens i ental og flertal: det hedder både

fælde skriver m N eller m∙N, opstår tvivlen ikke.

1 newton og 27 newton. Denne SI-regel forsynder

= 25 Nm fortælles, at kraftmomentet er 25

megen engelsksproget litteratur sig mod.

newtonmeter.

• Brug altid standard-størrelsessymbolerne, altså

Fysiske størrelser

for kraft. Forskellige typer af kræfter kan

• Alle fysiske størrelser er et produkt af en tal-

så skelnes fra hinanden ved brug af indices. Det

værdi og en enhed. Enheder kan aldrig undvæ-

besværliggør læsningen, hvis en kraft pludselig

res! Som skrækeksempel kan nævnes, at NASA

får størrelsessymbolet

i 1999 mistede en Mars-sonde til 125 millioner

• Undlad at skrive om et legeme, at det har mas-

sen

kg, for hvis massen,

er 7 kg, er

m kg

dollars, fordi to ingeniørhold regnede i forskellige

7 kg

enhedssystemer.

• Mellem talværdi og enhed skal der være et mel-

lemrum. Eks.:

= 36 km og aldrig

= 36km,

Hvor kommer reglerne fra?

Reglerne er baseret på lov nr. 246 af 12. maj 1976,

t = 25

°C og ikke

t = 25°

C. Eneste undtagelse

er symbolerne for enhederne for vinkler, hvor

der i §1 fastsætter, at grundlaget for “mål og vægt”

enheden følger efter tallet uden mellemrum.

er SI-enhedssystemet. Loven henviser i øvrigt til

Eks.:

= 30°.

et Metrologiudvalg, hvis virke i dag er beskrevet

• Ved definition af en fysisk størrelse ser man ofte

på

www.daniamet.dk.

Desuden har Dansk Stan-

anvendte formuleringer som: “Ved effekt forstår

dard – fra 1992 en del af Dansk Standardiserings-

man energitilvækst per tidsenhed.”, hvor det ret-

råd – gennem årene fastlagt en række krav og/eller

teligt skal være “energitilvækst per tid.”, for “per”

anbefalinger, som jeg baserer mit indlæg på, spe-

betyder “divideret med”, så hvis tilvæksten er

cielt læner jeg mig op ad

Standard for SI-enheder.

360 J

360 J på 30 s, bliver regnestykket

30 s

og ikke

1 s

Fysiske størrelser, målenheder og symboler,

Dansk

360 J

standardiseringsråd, 1985. Ved søgning på net-

tet kan man finde relevant materiale ved at bruge

søgeordene “ISO 31” og “ISO 80000-2”.

Grafer og funktionsargumenter

• Kan man til brug for en graf i et koordinatsy-

stem afsætte (3,2 V , 0,80 A)? Svaret er nej, for

Fejlene i eksemplet

punkterne i et koordinatsystem udgøres af talpar. Hvis det ikke lykkedes i første omgang at finde

Det kan man komme om ved på akserne at have

mindst 18 fejl, opfordres læseren til at prøve igen!

Enheder

U/V

henholdsvis

I/A,

for hvis man i

= 3,2 V på

begge sider dividerer med V, får man

U/V

= 3,2,

hvilket jo er et tal. Med andre ord: Grafer over

sammenhænge mellem fysiske størrelser skal på

akserne have de fysiske størrelser divideret med

de anvendte enheder.

• Ved matematiske operationer med fysiske størrel-

ser skal funktionernes argumenter være tal eller

dimensionsløse kombinationer af størrelser. Eks.:

ln(p/hPa), exp(E/kT ) og sin(

t).

Bemærk specielt

det første eksempel, hvor argumentet er størrelsen

divideret med anvendt enhed!

Aktuel Naturvidenskab

2015

FIV, Alm.del - 2014-15 (1. samling) - Bilag 192: Tidsskriftet Aktuel Naturvidenskab nr. 1-2015

PERSPEKTIV

Hvad siger

tallene?

Undersøgelser og tal fylder godt i de

daglige nyheder. Men der er god grund til

at kigge kritisk på de taltunge nyheder,

for ofte er de skæmmet af fejlslutninger.

Inge Henningsen guider her læseren

gennem nogle af de mest almindelige

fejl, man kan støde på.

Forfatter

“E

Inge Biehl Henningsen

er lektor emeritus

Matematisk Institut

Københavns Universitet

[email protected]

n ny undersøgelse viser, at…” Man skal ikke

læse ret langt ind i dagens avis eller mange

minutter ind i et nyhedsindslag på TV, før man

bumper ind i en sætning i denne stil. Og så bliver

man typisk bombarderet med tal, der skal doku-

mentere de påstande, der fremføres i historien.

Tal giver nemlig historier en aura af præcision og

vederhæftighed. Underkaster man disse taltunge

historier et nærmere eftersyn, kniber det dog ofte

med præcisionen. Der er nemlig mange faldgru-

ber, når man beskæftiger sig med tal og statistik,

og det kan være svært for menigmand – og jour-

nalister – at gennemskue.

I denne artikel vil jeg præsentere eksempler på mere

eller mindre hensigtsmæssig talbrug i medierne,

som jeg har samlet gennem tiden. At min primære

kilde er

Politiken

er selvfølgelig ikke repræsentativt,

men afspejler primært mine læsepræferencer. Jeg er

dog overbevist om, at der kan findes mindst lige så

mange eksempler på tvivlsom talbrug i de øvrige

danske medier.

I kvantitative analyser støder man ofte på den type

fejl, hvor man forveksler sammenhæng med kausa-

litet og tror at finde en betydningsfuld årsagssam-

menhæng mellem to variable, mens sammenhæn-

gen i virkeligheden skyldes, at de begge påvirkes

af den samme baggrundsvariabel. For at illustrere

hvad der kan ske, når man “glemmer” at tage højde

for sådanne komplicerende sammenhænge, vil man

fx kunne se en interessant sammenhæng mellem

indkomst og skostørrelse i den danske befolkning.

Men det skyldes naturligvis, at mænd tjener ca. 20

% mere end kvinder, og mænd har også i gennem-

snit større fødder. Derfor følges indtægt og sko-

nummer til en vis grad ad.

Oplever man også den slags falske sammenhænge i

nyhederne? Ja! Fx foreslog Ulla Tørnæs som under-

visningsminister, at matematiske elever i gymnasiet

ikke måtte vælge et nyt sprog som andet fremmed-

sprog, men skulle fortsætte med det, de havde haft i

grundskolen.

Årsag og sammenhæng

Aktuel Naturvidenskab

2015

FIV, Alm.del - 2014-15 (1. samling) - Bilag 192: Tidsskriftet Aktuel Naturvidenskab nr. 1-2015

PERSPEKTIV

sprogvalget i sig selv, der er årsag til eventuelle dår-

lige karakterer. Man kan i øvrigt spekulere på, hvad

meningen er med at lave opgørelsen, men forfat-

terne af rapporten var for så vidt enige med ministe-

ren i fortolkningen, idet de skrev

»Men man må dog sige, at tallene er vand på møllen hos

dem, som mener, at matematiske elever bør have fort-

sættersprog frem for begyndersprog«

(Undervisningsministeriets

pressefunktion 4.april 2003)

Hvis ikke denne påstand er direkte misvisende, så

er den i hvert fald let at misforstå i retning af, at der

er en direkte sammenhæng mellem valg af begyn-

dersprog og dårlige karakterer. Hvordan kan resul-

taterne ellers være »vand på møllen« for dem, der vil

afskaffe begyndersprog?

Et aktuelt eksempel, der er udtryk for samme tan-

kegang, kan man finde omkring de facto afskaf-

felsen af førtidspension for unge under 40. Her er

argumentet, at udelukkelsen fra arbejdsmarkedet

fører til social eksklusion. Undersøgelser viser imid-

lertid, at det er handicap og psykiske vanskelighe-

der, der fører både til udelukkelse fra arbejdsmar-

kedet og social eksklusion, idet manglende arbejds-

markedsdeltagelse ikke i sig selv påvirker den

sociale eksklusion nævneværdigt.

Ovenfor så vi eksempler på sammenhænge, der

kunne forklares ved tilstedeværelsen af en tredje

faktor, der påvirkede de to man var i gang med at

undersøge. Men nogle gange bliver årsag og virk-

ning vendt helt om. De følgende citater er fra en

undersøgelse af voksnes læsning fra 2001 af Torben

Pilegaard Jensen og kolleger, hvor man bl.a. så på

uddannelse og læsefærdigheder. Her står

• »… dårlige læsefærdigheder øger risikoen for at have

oplevet ordblindhed.«

• »… det at være ufaglært er den mest afgørende faktor

for at læse under minimumskravene.«

»Nye tal, der netop er offentliggjort af Undervisningsmini-

steriet viser, at matematiske elever med begyndersprog

får de dårligste karakterer.«

(Ulla Tørnæs, Politiken 11.5.2003)

Årsag og virkning

Foto: Colourbox

Begrundelsen hentede hun i en rapport, der viste, at

hvis man opgjorde studentereksamensgennemsnit i

forhold til elevernes valg af andet fremmedsprog, så

klarede elever med fortsættersprog sig bedre.

Er det virkelig den vej kausaliteten går? Prøv at

sammenligne med følgende udsagn (som forfatte-

ren selv står for)

• “en sygeplejeuddannelse øger chancen for at man ople-

ver at være kvinde.”

• “det at være fotomodel er den mest afgørende faktor for

at se godt ud”

Troede ministeren for alvor, at hvis elever fik fort-

sættersprog i stedet for begyndersprog, så fik de

automatisk en bedre studentereksamen? Det er

svært at forestille sig, at Ulla Tørnæs (eller i hvert

fald hendes embedsmænd) ikke har haft øje for,

at valg af fremmedsprog er en kompliceret pro-

ces, hvor mange faktorer herunder elevens gene-

relle dygtighed spiller ind, og hvor der måske kan

være en tendens til, at svagere elever vælger begyn-

dersprog frem for fortsættersprog. Men hvis det

er tilfældet, ændrer det jo ikke på noget at gen-

nemtvinge et anderledes sprogvalg, for det er ikke

I næsten alle statistiske undersøgelser prøver man

at slutte fra egenskaber hos et mindre udvalg til en

større population. Tænk fx på valgprognoser eller

medicinske undersøgelser. I denne proces er

repræ-

sentativitet,

det at det lille udvalg ligner den store

population på væsentlige punkter, helt afgørende.

Aktuel Naturvidenskab

2015

Manglende repræsentativitet

FIV, Alm.del - 2014-15 (1. samling) - Bilag 192: Tidsskriftet Aktuel Naturvidenskab nr. 1-2015

PERSPEKTIV

Manglende repræsentativitet kan ytre sig på mange

måder. Nogle gange er der tale om manipulation,

når man bevidst kasserer prøver og erstatter dem

med andre for at få et ønsket resultat. Det kunne

Politiken

rapportere om i 2010, hvor den øverste

chef på en boreplatform presser en ansat til at tage

flere prøver og kun indrapportere dem med det

laveste olieindhold til Miljøstyrelsen.

Et andet problem er, når udtagelse og/eller bortfald

af prøver er knyttet sammen med det spørgsmål,

man er ved at undersøge som i følgende uddrag fra

Politiken

den 11/4-1999:

Mistænkte æg havde salmonella

»Hvert tiende æg, der forlader de danske hønsebesætnin-

ger, er inficeret med salmonella. […]. Ud af de 50 besæt-

ninger, som Veterinær- og fødevaredirektoratet gennem

hele vinteren har haft mistanke til – uden at gribe ind –

har myndighederne fået svar fra 18 af besætningerne.

Heraf har ti besætninger fået konstateret salmonella,

mens otte har klaret frisag. Holder tallene på landsplan,

svarer det til, at mere end ti procent af de dansk-produce-

rede æg er inficeret med salmonella, «

»Hver anden af de indsatte er blevet alvorligt svigtet som

barn af sine forældre«.

Undersøgelsen var baseret på 3524 personer, der var

indsat i april 2009. Men denne undersøgelse lider

af den samme svaghed som hospitalsundersøgel-

sen ovenfor. Personer med lange domme har større

chance for at være med i undersøgelsen. Samti-

dig ved man, at der er større chance for, at socialt

udsatte begår lovovertrædelser, der fører til lange

fængselsstraffe. Materialet er altså ikke repræsenta-

tivt i forhold til dem, der bliver dømt.

Man kan også møde forfattere, der har fået de stati-

stiske regler galt i halsen og tror, at store datamæng-

der opvejer manglende repræsentativitet. Det ser

man fx i følgende citat, der stammer fra en under-

søgelse af forsømmelser i gymnasiet fra år 2000.

»Den manglende tilfældige udvælgelse af klasser opvejes

rigeligt af den store mængde modtagne spørgeskemaer.«

Mon ikke avisen kan være temmelig sikker på, at

tallene ikke “holder på landsplan”? Er det et repræ-

sentativt udvalg af besætninger, man har fået svar

fra? Næppe. De oprindelige 50 besætninger må for-

modes at have en overgennemsnitlig chance for at

levere inficerede æg, da de var udvalgt på grund

af mistanke om salmonella. På den anden side må

man formode, at de 18 besætninger, der faktisk har

svaret, nok har troet, at det gik godt med salmonel-

laen. Hvordan man omsætter dette til en påstand

om, at »Hvert tiende æg, der forlader de danske

hønsebesætninger, er inficeret med salmonella« er

næsten ubegribeligt. Det er ikke nogen undskyld-

ning at gardere sig ved at skrive »Holder tallene på

landsplan«. Man må have lov til at formode, at når

en avis vælger at bringe en nyhed, så tror de selv på

den.

En anden side af repræsentativitetsproblemet er

visse tværsnitsundersøgelser, hvor folk ikke har lige

stor chance for komme med. Det kan fx illustreres

af hospitalsindlæggelser. Hvis man vil undersøge,

hvorfor folk kommer på hospitalet, nytter det ikke

noget at tage alle, der er indlagt på en bestemt dag

og se på deres diagnoser. Nogle sygdomme fører til

længere indlæggelser end andre og disse patienter

vil have en større sandsynlighed for at være indlagt

på tællingsdagen. Så billedet bliver på den måde

skævt, idet sygdomme med lang indlæggelsestid

bliver overrepræsenteret.

Et andet eksempel kan findes i

Ugebrevet A4

fra

den 10. august 2009, hvor man i en artikel:

Socialt

udsatte fylder fængslerne,

konstaterede, at:

Aktuel Naturvidenskab

2015

Som en studerende sagde, da jeg brugte ovenstå-

ende citatet i undervisningen:

»Det er rart for en fysiker at vide, at det ikke gør

noget, at man måler forkert, bare man gør det

gange nok.«

I sin fremragende bog

Innumeracy

har matematike-

ren John Allen Paulos følgende eksempel:

»Professor Dumholz tager tilfældigt en loppe fra en behol-

der på bordet, river bagbenene af den og kommanderer

“spring”. Der sker ingenting. Efter at have gentaget forsø-

get en lang række gange og anvendt de relevante statisti-

ske metoder konkluderer han med overbevisning,

at lop-

per hører med bagbenene.«

Undersøg et og udtal dig om noget andet

Skævt fra starten

Et virkeligt eksempel på, hvordan man undersøge

et og udtaler sig om noget andet, kan man finde i

en meget omtalt undersøgelse fra Statens Institut

for Folkehelse om prostitueredes sundhed fra 2013.

I rapporten konkluderes bl.a., at prostituerede har

et bedre psykisk arbejdsmiljø end danske kvinder

generelt.

I artiklen har man brugt spørgsmålene fra en tilba-

gevendende landsdækkende undersøgelse af befolk-

ningens sundhed og sygelighed (SUSY-undersø-

gelsen). Denne indeholder bl.a. en række spørgs-

mål om arbejdsmiljø, hvor det psykiske arbejds-

miljø er undersøgt ved to spørgsmål: »Om

personen

altid eller ofte ikke når sine arbejdsopgaver«

og »Om

man sjældent eller aldrig har indflydelse på, hvad man

laver på sit arbejde.«

Disse to generelle spørgsmål adresserer helt oplagt

ikke de særlige forhold, prostituerede arbejder

under, og giver derfor heller ikke et retvisende

FIV, Alm.del - 2014-15 (1. samling) - Bilag 192: Tidsskriftet Aktuel Naturvidenskab nr. 1-2015

PERSPEKTIV

Typetal, medianer og gennemsnit

Figuren til venstre viser en typisk

indkomstfordeling og nogle stør-

relser, man kunne bruge til at

karakterisere indkomstniveauet.

På figuren er den typiske ind-

komst mindre end medianind-

Antal personer

end gennemsnitsindkomsten.

Det gælder erfaringsmæssigt for

de allerfleste indkomstfordelin-

ger, og jo mere ulige indkom-

sterne er fordelt, des større for-

skel er der.

komstfordelinger med samme

middelværdi.

Figuren til højre viser to ind-

Antal personer

komsten, som igen er mindre

M al

lvæ

Indkomst

billede af prostitueredes psykiske arbejdsmiljø.

Det burde være indlysende, at man i en epidemio-

logisk undersøgelse af specielle grupper sikrer sig,

at de indikatorer/markører, man bruger, har rele-

vans for de pågældende gruppers situation. Det er

ikke nogen undskyldning, at man i forvejen har

målinger på noget andet (data fra SUSY-undersø-

gelsen). Det bliver let som Storm P’s berømte teg-

ning, hvor en mand leder efter sine nøgler under

gadelygten »fordi der er så mørkt, der hvor han

har tabt dem.«

Tal taler ikke altid for sig selv

Den daglige avis er fuld af tal, der er med til at give

nyhedsformidlingen et præg af præcision og veder-

hæftighed. Men tal er i virkeligheden kun infor-

mative, hvis man ved hvad de handler om. Som et

eksempel kan man se på nedenstående uddrag af

artiklen

Provinspiger vælger børn frem for abort

bragt

Politiken

i maj 1998, der umiddelbart chokerede

den på Frederiksberg bosiddende forfatter og flere

af hendes veninder, da de læste om de næsten 4.000

aborter blandt unge kvinder i kommunen:

»Provinspiger vælger børn frem for abort

Unge piger i provinsen vælger oftere end deres medsøstre

i hovedstadsområdet at gennemføre svangerskabet, hvis

de bliver gravide. […]«

»Frederiksberg Kommune tegner sig for den største for-

skel. Her fik de 15-19-årige i 1996 3.769 aborter for hver

1.000 levendefødte børn. Københavns Kommune, Frede-

riksborg og Roskilde amter har alle over dobbelt så

mange aborter som fødsler blandt teenagere. Vejle amt

ligger i bund med 1.191 aborter for hver 1.000 børn, født

af 15-19-årige mødre. […..]«

Nu siger artiklen faktisk ikke noget om aborttallene

blandt unge på Frederiksberg. Kun om det relative

antal aborter i forhold til fødsler. Angivelsen “3.769

pr 1.000” ser imponerende nøjagtig ud – og abort-

tallet forekommer chokerende højt. Man kan imid-

lertid stille spørgsmålstegn ved om sammenlignin-

gen – aborter i forhold til fødsler – er særlig rele-

vant for den almindelige avislæser og om den valgte

basisværdi, “pr. 1000 levendefødte”, er hensigts-

mæssig. Et opslag i Statistisk Årbog viser, at der i

1996 var 13 fødsler og 49 aborter blandt de 15-19

årige på Frederiksberg. Selvfølgelig svarer “49 abor-

ter og 13 fødsler” til “3.769 aborter og 1.000 føds-

ler ”. Men det budskab, der sætter sig i hukommel-

sen hos en person, som bare sidder og læser sin mor-

genavis, er meget forskellige afhængigt af hvilke

forholdstal, man bruger. Artiklen er formentlig en

direkte afskrift af en rapport fra Sundhedsstyrel-

sen eller en tilsvarende organisation. Om tallene er

rigtige. Sikkert ja. Men er de informative. Helt sik-

kert nej.

Typetal, medianer og gennemsnit

Når man skal beskrive en fordeling, fx indkomsten i

et land, vil man gerne kunne nøjes med et enkelt tal,

som man kunne kalde

middelindkomsten.

Men det

viser sig i praksis, at sådan en middelindkomst ikke

er noget entydigt begreb. Man kan vælge at angive

den

typiske

indkomst, altså den indkomst som flest

mennesker har (i matematikunder visningen kal-

det

typetallet).

Man kan vælge at angive den

midter-

ste

indkomst (medianen). Og endelig kan man vælge

at angive

gennemsnitsindkomsten.

Men da de aller-

fleste indkomstfordelinger er karakteriseret ved en

lang hale bestående af meget rige mennesker, så giver

disse tre valg nok så forskellige resultater (se figur).

Aktuel Naturvidenskab

2015

lvæ

Indkomst

FIV, Alm.del - 2014-15 (1. samling) - Bilag 192: Tidsskriftet Aktuel Naturvidenskab nr. 1-2015

PERSPEKTIV

I første afsnit forveksles den typiske ventetid og

medianventetiden. I næste afsnit bruger journa-

listen ifølge artiklens eget udsagn “almindelig

matematik” og beregner gennemsnitsventetiden.

Den er i dette tilfælde større end både den typiske

ventetid og medianventetiden, fordi der er nogen,

der venter meget længe. Hvad der er den mest rele-

vante oplysning kommer helt an på, fra hvis syns-

vinkel man ser sagen. Begge tal siger noget om ven-

tetiden, men de måler ikke det samme, og forskel-

len på typetal og gennemsnit er i hvert fald bestemt

af fordelingen og ikke af, om man bruger “alminde-

lig matematik” eller ej.

Træn din talforståelse…

Videre læsning og kilder

Anders Arnfred, Pia Vivian

Pedersen, Maria Holst

Algren og Knud Juel

(2013): Sundhed, sygelig-

hed og trivsel blandt kli-

nikprostituerede. Statens

Institut for Folkesundhed

(SIF), Syddansk Universitet

Derfor bruger folk typisk det tal, der passer dem

bedst. Vil man vise velstand vælges gennem-

snitsindkomsten. Vil man vise fattigdom vælges

den typiske indkomst.

Da de tre begreber

– typetal, median

gennemsnit

– bruges i flæng i den offentlige debat, er der rige

muligheder for misforståelser og manipulation. At

journa lister heller ikke altid har styr på begreberne,

viser følgende citat fra

Politiken

26/6-2000:

»Københavnere står i kø til ældreboliger

I øjeblikket er der godt en måneds ventetid til en lille stue

på et plejehjem, og det er den såkaldte medianventetid,

som beskriver det almindelige forløb.

Bruges almindelig matematik, er den gennemsnitlige

ventetid til plejehjem længere – omkring tre-fire måneder,

fordi der er mennesker, der må vente endog meget længe,

hvis de ønsker et helt bestemt plejehjem. Det trækker

gennemsnittet op.«

Med den omfattende brug af undersøgelser som

baggrund for nyheder i medierne, er der god grund

til at udvikle sin talforståelse og kritiske sans. Det

er jo ikke kun journalister og menigmand, der kan

gå galt i byen i brugen af tal – også fagfolkene bag

undersøgelserne kan have fået dem galt i halsen.

Og udover misforståelserne er der altid en fare for,

at tallene bevidst fremstilles på en måde, så de er

svære at gennemskue.

At se opmærksomt på tal er en træningssag og ikke

noget, der bare kommer af sig selv.

Skal vi så ikke alle sammen til at lære mere stati-

stik? Nej, det synes jeg egentlig ikke. At producere

og formidle retvisende kvantitative opgørelser må

først og fremmest påhvile de professionelle. Det

er dem, der skal sørge for, at de ikke måler et og

konkluderer om noget andet, at de bruger tal, der

taler og ikke vrøvler, og at de ikke forveksler årsag

og virkning eller finder sammenhænge, hvor der

ingen er. Det kan ikke være den almindelige avis-

læser, der skal sidde og analysere selv banale talan-

givelser.

Men indtil vi oplever et sådant kvalitetsløft, kan man

måske bruge artiklens eksempler som inspiration til

at kaste et kritisk blik på de daglige nyheder.

Jensen, Torben Pilega-

ard, Andersen, Angelo

og Tue Halgreen (2001):

Læsefærdigheder og

deltagelse i samfundsli-

vet. AKF Forlaget og SID,

København.

Paulos, John Allen

(1988): Innumeracy:

Mathematical Illiteracy

and its consequenses,

Hill and Wrang, New York.

Sinding et al (2000):

"Rapport vedrørende

elevforsømmelser i gym-

nasiet"

Kig nyhederne i kortene

Som forbruger af nyhedsmedier er det nyttigt at kende de

relativt simple “greb”, som man kan bruge til at screene for

de mest almindelige fejlslutninger, man ser i kvantitative

undersøgelser. Sådanne fejlslutninger kan fx skyldes, at man:

• sammenligner usammenlignelige grupper

• bytter om på årsag og virkning

• glemmer at tage hensyn til inhomogeniteter

• vælger en atypisk undersøgelsesgruppe, men generaliserer

resultaterne.

• måler en ting og konkluderer om noget andet.

Det er ikke altid, at man kan læse sig til svaret – men så er

der jo blot ekstra grund til at være kritisk!

• Hvor mange personer har de spurgt?

• Hvordan er de udvalgt?

• Er de repræsentative?

• Hvad har man egentlig målt?

• Hvor stor usikkerhed er der på resultatet?

Når en undersøgelse er refereret i medierne, kan man som

udgangspunkt starte med at spørge sig selv:

Aktuel Naturvidenskab

2015

FIV, Alm.del - 2014-15 (1. samling) - Bilag 192: Tidsskriftet Aktuel Naturvidenskab nr. 1-2015

PERSPEKTIV

VÆLG DEN RIGTIGE

UDDANNELSE FOR DIG

På Københavns Universitet har du gode muligheder for at opleve vores 21 natur- og

biovidenskabelige bacheloruddannelser. Det giver dig optimale muligheder for at vælge

den uddannelse, der bedst matcher dine ønsker. Du kan blandt andet:

• Blive ”Studerende for en dag”

• Besøge os med din klasse

Læs mere og se ﬁlm om vores uddannelser og dine mange

muligheder på

science.ku.dk/ba

Like Facebook-siden

Læs på SCIENCE - Københavns Universitet

og få studieinfo direkte på din væg.

Oplev 21 natur- og biovidenskabelige bacheloruddannelser på Københavns Universitet:

Biokemi

Biologi

Biologi-bioteknologi

Datalogi

De fysiske fag

Forsikringsmatematik

Fødevarer og ernæring

Geograﬁ

og geoinformatik

Geologi-geoscience

Have- og parkingeniør

Husdyrvidenskab

Idræt

Jordbrugsøkonomi

Kemi

Landskabsarkitektur

Matematik

Matematik-økonomi

Molekylær biomedicin

Nanoscience

Naturressourcer

Skov- og

landskabsingeniør

Aktuel Naturvidenskab

2015

FIV, Alm.del - 2014-15 (1. samling) - Bilag 192: Tidsskriftet Aktuel Naturvidenskab nr. 1-2015

VIDENSKABSHISTORIE/PERSPEKTIV

Kongerigets

glemte

Inge

Danske Inge Lehmann opdagede Jordens indre kerne i 1936,

men det fik hun ikke meget kredit for i sit eget land. Først da hun

tog til USA, kom hæderen. De amerikanske venner husker hende

som en svimlende dygtig men sky forsker.

un rangerer som en af de største kvindelige

forskere nogensinde og en af seismologiens

grundlæggere. Og så er hun dansk. Jordskælvfor-

skeren Inge Lehmann fik fundamentet til at ryste

under den mandehørmende seismologi, da hun i

1936 opdagede, at Jorden har en indre kerne.

Hun blev 104 år og døde i 1993, men i DR’s arki-

ver findes ikke et eneste radio- eller tv-minut med

hende, og to små hæfter er alt, hvad der findes af

dansk populærlitteratur.

Om forfatterne

Syriskfødte Muawia Barazangi var ung kandidat-

studerende på Lamont i 1960’erne, og han er bin-

deleddet til Inge Lehmanns gamle bekendtskaber

i USA. Flere af dem befinder sig i dag i seismologi-

ens absolutte top.

»Det var en tid, hvor seismologien som felt eksplo-

derede, men det var en mandeverden. Havde Inge

Lehmann ikke bidraget med en stor opdagelse, så

havde de marginaliseret hende. Det var ikke et

sted for kvinder,« husker han.

Den store opdagelse, han hentyder til, var Inge

Lehmanns opdagelse af Jordens indre faste kerne

i 1936. Spørgsmålet om jordens indre var et varmt

emne i datidens seismologi. De sparsomme data

fra jordskælv pegede på, at kernen var flydende

hele vejen igennem, men Inge Lehmann påviste

nogle oversete jordskælvsbølger på seismogram-

merne, som passede med en fast kerne.

Allerede i 1934 var hun ret sikker på opdagelsen,

men der gik et par år med at fintune teorien, før

hun overlegent udgav den under måske historiens

korteste titel på en videnskabelig artikel,“ P’ ” (P

mærke).

Den spraglede ingeniør George Hade husker også

Inge Lehmann fra Lamont-tiden. Han fortæller,

hvordan han sammen med et par andre tog hende

med ned i en zinkmine for at se deres underjordi-

ske seismologiske station.

»De fleste minearbejdere var fra Ungarn, og de

havde aldrig set en kvinde gå under jorden før.

Det var et stort tabu. Men vi fik hjelm og lampe

Det har DR dog for nyligt rådet bod på med en

dokumentarfilm, der blev vist på DR K, og samti-

dig arbejder artiklens medforfatter på en biografi.

Det var under researchen til begge, at et ukendt

netværk af nulevende amerikanske venner duk-

kede op, der er ivrige efter at berette om den forbi-

gåede danske videnskabskvinde.

Inge Lehmann (f. 1888) var stresset, gammel og

dødtræt af sine inkompetente mandlige overord-

nede, da hun i 1951 fik besøg af Lamont Geolo-

gical Observatorys karismatiske leder Maurice

Ewing i København. USA var begyndt at investere

stort i den gryende seismiske forskning, og det var

ikke svært for Ewing at lokke Inge Lehmann med

til Lamont.

Hvor hun var overset og dømt til at forske i sin fri-

tid i Danmark, så blev hun nu behandlet som en

stjerne. I 1953 lod hun sig pensionere fra sin stil-

ling som statsgeodæt og mangeårige leder af Geo-

dætisk Instituts seismiske afdeling for de næste par

årtier at pendulere mellem Lamont nord for New

York og sit hjem i København.

2015

Gunver Lystbæk Vester-

gård er erhvervsph.d-

studerende i videnskabs-

journalistik.

Experimentarium og Cen-

ter for Videnskabsstudier

ved Aarhus Universitet.

gunverv@experimen

tarium.dk

Pension i Danmark, forskning i USA

Den generte stjerne

Lif Lund Jacobsen er

forsker ved Rigsarkivet,

København og arbejder

på en biografi om Inge

Lehmann.

[email protected].

Aktuel Naturvidenskab

FIV, Alm.del - 2014-15 (1. samling) - Bilag 192: Tidsskriftet Aktuel Naturvidenskab nr. 1-2015

Inge Lehmann bliver i 1964 æresdoktor ved det prestigefyldte Columbia University i USA, hvor hun havde forsket i en årrække.

Fotokredit: GEUS.

Inge Lehmanns akademiske karriere

Siden 1875 har kvinder haft ret til en universitetsuddannelse

i Danmark, men kun få fik mulighed for at forske eller blive

ansat på universitetets naturvidenskabelige institutter.

Denne skævhed er bevaret til i dag, hvor kun 10 % af alle

danske naturvidenskabelige professorer er kvinder (mod for

eksempel Tyrkiets 26 % og Portugals 33 %). Ser vi på det

samlede antal kvinder i forskning, så er Danmark Nordens

nummer sjok med kun 30 % (mod fx Sveriges 39 %).

Inge Lehmanns akademiske karriere led under den mang-

lende ligestilling. Havde hun ikke være stædig og usædvanlig

talentfuld, var hun aldrig blevet forsker.

1906: Student fra Hanne Adlers Fællesskole (nu Sortedams-

skolen)

1907: Indskrives på Københavns Universitets matematisk-

naturvidenskabelige fakultet.

1918: Efter at have arbejdet på forsikringskontor i otte år

genoptager hun sine studier og bliver kandidat i 1920 fra

Københavns Universitet. Hun arbejder herefter som assistent

for forskellige matematikprofessorer, men må erkende, at

matematikvejen er lukket for kvinder.

1928: Tager en magisterkonferens i geodæsi og bliver ansat

som chef for den Seismiske Afdeling på Geodætisk Institut. I

alt er Inge Lehmann indskrevet ved Københavns Universitet i

omkring 14 år. Hun fik aldrig en ph.d.-grad eller et professo-

rat, men blev i 1964 æresdoktor ved Columbia University i

erkendelse af hendes store forskningsindsats. Københavns

Universitet fulgte trop fire år efter. Da var hun 80 år gammel.

Kilde: Magisterblade nr.1. 2015 p. 50-51/Europa-Kommissionen, ”She Figures

2013 Gender in Research and Innovation”

1910: Fortsætter matematikstudierne i Cambridge, men må

året efter afbryde sine studier på grund af svær stress.

Aktuel Naturvidenskab

2015

FIV, Alm.del - 2014-15 (1. samling) - Bilag 192: Tidsskriftet Aktuel Naturvidenskab nr. 1-2015

Seismologi og jordens indre kerne

Seismologi er læren om, hvordan bølger bevæger sig igen-

nem Jorden, typisk efter et jordskælv.

Ved et jordskælv dannes to slags seismiske bølger, som kan

aflæses på seismografer: P-bølger (primærbølger), som er

trykbølger og bevæger sig hurtigst, og S-bølger (sekundær-

bølger), der svinger fra side til side i et langsommere tempo.

S-bølger kan ikke bevæge sig igennem flydende materiale,

mens P-bølger kan bevæge sig igennem både fast og fly-

dende materiale, men brydes ved overgange.

Siden 1926 var videnskaben enige om, at jorden havde

mindst to lag: Et ydre fast lag og en flydende indre kerne.

S-bølger blev stoppet af kernen, og derfor måtte den være

flydende. Det modbeviste Inge Lehmann i 1936, da hun

observerede, at nogle P-bølger opførte sig usædvanligt og

dukkede op et andet sted end forventet. Altså måtte de være

blevet brudt af noget inde i kernen – en overgang fra flydende

til fast materiale. Inge Lehmann havde opdaget en tredje og

fast indre kerne.

Lehmann-diskontinuiteten

Inge Lehmann opdagede udover den indre faste kerne, at der

cirka 220 kilometer nede i Jordens kappe er en overgang

mellem forskellige materialer. I hvert fald begynder de seis-

miske bølger at ændre sig omkring den dybde. Præcis hvad

overgangen, der i dag kaldes Lehmann-diskontinuiteten,

består af, vides ikke med sikkerhed.

Illustrationen viser, hvilke P- og S-bølger efter jordskælv man

observerede på Inge Lehmanns tid. De stiplede linjer viser de

P-bølger, som Inge Lehmann tolkede som bevis på, at der var

en materialeovergang inde i kernen, som brød P-bølgerne.

Det var blandt andet efter et jordskælv i New Zealand, at Inge

Lehmann på seismografen i København så disse P-bølger,

som ikke burde kunne nå København, hvis kernen kun var

flydende.

Billedkredit Experimentarium.

på hende, som godt nok var noget tungt, men det

dækkede da hendes hår. Så gik vi ind i det her

bur af en elevator, hvor vi sørgede for at skærme

hende fra de andre. Hun var den første kvinde i

den mine.«

George Hades overskudslager af jokes bed dog

ikke på hende.

»Nej, hun lyttede aldrig til mine historier. Altså

jeg socialiserede jo ikke med hende på den måde.

Vi var ikke kammesjukker.«

Nej, Inge Lehmann var en sky person, men én

kom tættere på end de fleste. Judy Healey var assi-

stent på Lamont for topforskeren Jack Oliver, og

hun blev Inge Lehmanns betroede veninde.

»Hun havde ingen bil, så jeg kørte hende rundt.

Hun var meget stille og genert, men utrolig ven-

lig,« fortæller Judy Healey, der har gemt hendes

breve. Det er maskinskrevne pergamentsider, der

afslører en bestemt dame. 91-årige Inge Lehmann

indledte i 1979 sit brev med følgende opsang:

»For næsten et år siden fik jeg en lille note fra dig

Aktuel Naturvidenskab

2015

om, at du ville skrive et brev til mig. Jeg har ven-

tet håbefuldt på det brev. Hvornår får jeg det? Når

man tager i betragtning, hvor let du har ved at

skrive, så tænker jeg, at jeg snart skal få det.«

Herefter klager hun over det danske vejr, der »altid

er elendigt.«

Inge Lehmann blev aldrig gift og fik ingen børn.

Hun brød en forlovelse i sin ungdom for at lade sig

genindskrive på universitet og havde ifølge fami-

lielegenden som ung et forhold til en skiinstruktør

i Alperne, men ellers er det sparsomt med viden

om hendes kærlighedsliv. Judy Healey talte aldrig

med Inge Lehmann om mænd, men husker dog en

enkel sætning.

»Hun sagde, at der var en, hun var vild med, men

at han var taget.« Judy Healey vil ikke gætte på,

hvem det var, men det vil George Hade.

»Harold Jeffreys!« udbryder han.

Harold Jeffreys var en berømt engelsk videnskabs-

mand, der var næsten jævnaldrende med Inge

Lehmann, og som hun havde korresponderet med

FIV, Alm.del - 2014-15 (1. samling) - Bilag 192: Tidsskriftet Aktuel Naturvidenskab nr. 1-2015

VIDENSKABSHISTORIE/PERSPEKTIV

siden 1930erne, men han var gift.

En enkelt ung ambitiøs mand blottet for genert-

hed inviterede dog Inge Lehmann ud, mens hun

var i USA. Peter Molnar var dengang studerende,

men er i dag kendt for sit bidrag til pladetekto-

nikken, og i 2014 var han forbi den svenske konge

Carl Gustav for at modtage Crafoord prisen, geo-

fysikkens pendant til nobelprisen.

»Jeg jokede med, at jeg havde en date med en

80-årig kvinde. Jeg var selv 27,« griner han.

Peter Molnar og de andre studerende vidste

udmærket godt, hvem denne ældre, reserverede,

skandinaviske kvinde i nabokontoret var.

»Jeg vidste, hun var en kæmpe i seismologien. Vi

vidste alle, at vi var i stue med en helt særlig per-

son,« husker han.

Mens Inge Lehmann var på Lamont, sendte ato-

malderen paddehatteskyer op fra ørkensand og

havvand, og det fik kloden til at ryste. En del af

hendes arbejde var at tyde seismogrammerne efter

de mange atomprøvesprængninger som en del af

projektet Vela Uniform.

Lynn Sykes begyndte som ph.d.-studerende på

Lamont i 1960. Han fortæller, hvordan Inge Leh-

mann indirekte hjalp koldkrigsforskningen gen-

nem sine omhyggelige granskninger af de bølgede

grafer.

»Hun brugte data fra to prøvesprængninger – en

i Gnome i New Mexico og en i Salmon i Missis-

sippi – til at vise, at seismiske bølger bevæger sig

hurtigere i gammel geologi end i ny, og det viste

sig at være vigtigt, når man skulle udregne størrel-

sen på de sovjetiske eksplosioner, som fandt sted i

områder med gammel geologi,« siger Lynn Sykes.

Han fortæller også, hvordan den aldrende kvinde

som det første om morgenen tog sine vandrestøv-

ler på.

»Hun kendte alle stierne omkring Lamont og gik

en tur alene hver morgen.«

I det hele taget var roen og stilheden vigtig for

Inge Lehmann. I en tid før computere skulle alle

data aflæses manuelt og udregninger gøres i hån-

den. Som uddannet matematiker mestrede hun

den kunst som ingen andre, hvilket især de ameri-

kanske kollegaer beundrede hende for. Det var dog

noget, der krævede stor koncentration, og måske

derfor have Inge Lehmann hele sit liv været stærkt

støjfølsom.

På Lamont gjorde man sig store anstrengelser for at

sikre hende ro og fred, og til gengæld stillede den

beskedne Inge Lehmann få krav til komforten og var

ikke for fin til at svinge malerpenslen, hvis hun syn-

tes, at køkkenet i Lamonts gæstehus så for slidt ud.

Farvelfest for Inge Lehmann i 1954, da et af hendes mange

forskningsophold i USA slutter.

Fotokredit: Lamont-Doherty Earth Observatory.

Atombomber i stilhed

I midten af 1960’erne var den megen rejseaktivi-

tet efterhånden begyndt at tære på kræfterne hos

den aldrende kvinde. Inge Lehmanns sidste lange

opholdt på Lamont var i foråret 1968. Da var hun

fyldt 80 år. Hun fortsatte sin forskning endnu et

par år, men hendes syn, som hun var så afhæn-

gig af for at kunne aflæse seismogrammerne nøjag-

tigt, var begyndt at svigte hende, og hun magtede

ikke længere at begynde på nye projekter. Samti-

dig havde seismologien og computervidenskaben

udviklet sig voldsomt, og ny teknologi gjorde del-

vis hendes metoder overflødige.

Hun bibeholdt dog sin skarpe hjerne, og sammen

med en yngre kollega skrev hun 99 år gammel sin

sidste videnskabelige artikel.

I 1971 modtog Inge Lehmann Bowie medaljen,

der er en af de største hædersbevisninger, en seis-

molog kan få. Syv år forinden var hun blevet æres-

doktor på Columbia University, som Lamont hører

under. I 1962 skrev Harold Jeffreys til Niels Bohr

for at spørge, hvorfor Inge Lehmann ingen hæder

havde fået i Danmark, og det endte med, at hun i

1965 fik tildelt Videnskabernes Selskabs guldme-

dalje.

Hver og en af de amerikanske kilder er choke-

rede over at høre, at Inge Lehmann ikke er kendt i

Danmark. Lynn Sykes regnede med, hun var lige

så berømt som Niels Bohr, og Peter Molnar sender

en decideret sviner af sted mod den lille andedam.

»Det er jeg forfærdet over at høre. Det er jo helt

latterligt. Jeg er nødt til at sige, at det sætter dan-

skerne i et meget dårligt lys, eller i hvert fald de

danske mænd.«

Inge Lehman er begravet på Hørsholm Kirkegård

ved siden af sin far Alfred Lehmann, men hendes

lille sten ligner en, man giver til et for tidligt født

barn. Måske det var det, hun var? For tidligt født i

et kongerige, der endnu ikke var parat til at hylde

sine kvindelige forskere.

En ommer Danmark

Videre læsning

Artiklen er baseret på en

artikel i Weekendavisen

3. oktober 2014 med tit-

len ”Inges amerikanske

slæng”, skrevet af Gunver

Lystbæk Vestergård.

Læs mere om Inge Leh-

mann og andre store

danske videnskabsfolk

som Bohr, Ørsted, Steno,

Krogh og Brahe i DR’s

dokumentarserie på

videnskabsfolk.dk.

Aktuel Naturvidenskab

2015

FIV, Alm.del - 2014-15 (1. samling) - Bilag 192: Tidsskriftet Aktuel Naturvidenskab nr. 1-2015

S R A

T E M V I: C X X X X X X

BOGANMELDELSE

Det dyrebare

Anmeldt af Peter K.A. Jensen, speciallæge i klinisk genetik.

[email protected]

I forbindelse med den permanente udstilling, Det dyrebare, på Zoo-

logisk Museum i København har museet udgivet bogen

Det dyrebare -

historierne om museets største skatte.

Bogen er en dokumentation af, at Statens Naturhistoriske Museum

(hvorunder Zoologisk Museum i dag hører) huser en naturhistorisk

samling, der hører til blandt verdens mest betydningsfulde. I bogen

er omtalt genstande, der har bidraget med afgørende viden om Sol-

systemets oprindelse og om livets oprindelse og efterfølgende evo-

lution, som i løbet af næsten 4 milliarder år har frembragt den helt

utrolige diversitet i biosfæren, der omgiver os i dag.

Bogens mange forskellige historier giver et indblik i de genstande (na-

turalier), der har spillet en særlig rolle for naturvidenskabens historie,

men er også en fortælling om skiftende tiders naturopfattelser og det

farverige persongalleri af aktører, der i tidens løb har bidraget til sam-

lingen.

Af bogens indledning fremgår det, at det er nogle af de bedste af de

mange genstande i udstillingen, der er udvalgt til bogen. Men bogen

er desuden suppleret med historier om nogle genstande, der af den

ene eller den anden grund ikke har fundet plads i udstillingen. Selv

om jeg (endnu) ikke har set udstillingen, synes bog og udstilling så-

ledes at supplere hinanden.

Fra bogens indledning citeres: »Det kostbare og det kuriøse, det

smukke og det mærkelige, det uforståelige og dét, vi er blevet for-

standige af. Museets skatkammer rummer alverdens ting, som

er blevet indsamlet gennem de seneste 400 år, fordi de var noget

særligt.«

carlsbergensis.

Museet rummer hans samling af mikroskoppræpa-

rater af den berømte gærcellekultur, der reddede ølbrygningen på

Carlsberg og i det meste af resten af verden.

Et tredje nedslag kan (helt bogstaveligt) være de tre historier om me-

teoritter i bogen. En af disse handler om den grønlandske kæmpe-

meteorit, Agpalilik (den vejede 20,1 tons, da den blev fundet og er

dermed verdens tredjestørste). Den blev opdaget i 1818 af englæn-

deren John Ross ved kap York nær Thule i Nordvestgrønland. Men

først i 1967 blev den – under foranledning af den danske meteorit-

ekspert, Vagn Buchwald – bjerget og fragtet til København. Den kan i

dag ses i gården foran Geologisk Museum.

Historien om den grønlandske fisk på fire ben

Ichtyostega

(“fisketag”)

er også værd at nævne. Fossilet blev fundet i 1931 af et hold under

ledelse af den danske geolog Lauge Koch. Det er et af de vigtigste

fossiler, der nogensinde er fundet, idet det er det ældste fossil, der

viser, hvordan livet bevægede sig fra havet op på landjorden på over-

gangen mellem de geologiske perioder Devon og Karbon. Bogens hi-

storie rummer Eigil Nielsen oprindelige beretning om fundet og den

første videnskabelige beskrivelse af fossilet, der blev overladt til den

svenske palæontolog Erik Jarvik.

Kommer vidt omkring

Bogens historier spænder meget vidt. Den indledes med en historie

om tilblivelsen af

Flora danica.

Om hvordan den unge tyske læge og

botaniker, Christian Georg Oeder blev ansat af Frederik V til at ind-

rette byens botaniske have. Oeders ambition var intet mindre end

– og helt i Oplysningstidens ånd – at skabe et billedværk over alle

rigets planter,

Flora danica.

Værket skulle være til glæde for såvel

lærd som lægmand. Arbejdet skulle dog vise sig at være kolossalt

stort, og det kom til at strække sig over 122 år. I alt blev der stukket

3.240 kobberplader, hvoraf næsten alle eksisterer den dag i dag.

Flora danica

blev en international succes, der kastede glans over

konge og land.

Et andet nedslag er historien om gæren og det syge øl. Stort set al øl

i verden brygges med en gærkultur, der blev rendyrket af danskeren

Emil Christian Hansen i 1880’rne. Hansens fortjeneste blev at finde

løsningen på alle bryggeres mareridt, den såkaldte ølsyge, der øde-

lagde øllet og gjorde det udrikkeligt. Hansen fandt ud af, at ølsygen

ikke skyldtes bakterier, som man ellers havde mistanke om, men i

stedet forurening med såkaldt vildgær. Hansen forfinede metoden til

at dyrke gær i en helt ren kultur, som han navngav

Saccharomyces

Flot og fængslende

Dette lille udpluk illustrerer kun på fattig vis spændvidden i denne

fantastiske, flotte og fængslende bog, der fortjener alle de stjerner,

der gives ved sådanne lejligheder. Bogen er i lige grad en spændende

kulturhistorisk beretning og en række fortællinger om betydnings-

fulde begivenheder i dansk naturvidenskabs historie. Alle historierne

krydres med smukke illustrationer.

Bogen kan uden betænkeligheder anbefales.

Hanne Strager: Det Dyrebare. Statens Naturhistoriske Museum 2014.

237 sider, 249,- kr.

Aktuel Naturvidenskab

2015

FIV, Alm.del - 2014-15 (1. samling) - Bilag 192: Tidsskriftet Aktuel Naturvidenskab nr. 1-2015

SERVICE

BOGANMELDELSE

UDGIVELSER

Blomsterliv

Anmeldt af lektor Bent Nielsen, Københavns VUC, [email protected]

Ved en tilfældighed havnede den aldrende fo-

tobog Jorden set fra himlen af Yann Arthus-

Bertrand på mit skrivebord samtidig med

Blomsterliv af biologen og fotografen Jens H.

Petersen. Hvad den første bog leverer af fan-

tastiske og smukke mønstre, når man ser

det hele lidt fra oven, leverer den anden, når

man går tæt blomsternes kønsliv.

Det er utrolig fascinerende.

Bogen giver på de første ca. 30 sider en

basal indføring i planteanatomi og -fysiologi

med hovedvægten på forplantningsbiologi.

Stof, der ikke længere kan forventes at være

på plads, når eleverne forlader folkeskolen.

Dette gøres med illustrative, kommenterede

nærfotos. Teksten er kort og klar og kan ka-

peres af alle, stort set uden kendskab til

biologi.

På de næste halvanden hundrede sider går

bogen så tæt på 72 mere eller mindre al-

mindelige danske blomsterplanter. Ikke alle

hjemmehørende, men dog planter, man let

kan støde på, hvis man færdes i naturen.

Planterne er ordnet i overensstemmelse med

deres systematiske placering. Nogle familier

repræsenteret med flere nærtstående arter.

Hver plante har både et dansk og et latinsk

navn og følges af en kort tekst, der beskriver

blomstens opbygning, lidt om voksested og

evt. en lille kort anekdote, der knytter sig til

folketroen, til plantens anvendelse eller en

anden interessant historie. Om Korn-valmuen

står fx, at efter 1. verdenskrig blev de intenst

blomstrende, blodrøde belgiske marker et

symbol på krigens rædsler.

fremmest ødsles der med pladsen. Nogle

fotos er ret små, samtidig med, at den kort-

fattede tekst ikke fylder siden ud. Det er ret

ærgerligt, da nogle af de små fotos havde for-

tjent bedre. Forsidebilledet er heller ikke det

mest iøjefaldende, men her er forfatteren

uden skyld, fremgår det af en opdatering på

hans Facebookprofil. Forlaget forkastede et

bedre forslag.

Hvad angår teksten mangler nogle mere

dybtgående forklaringer, fx af symbiosefor-

holdet, når plante og svamp danner mykor-

rhiza. Desuden mangler en angivelse af støv-

fanget på billedet af blomstens opbygning.

Det nævnes ellers ofte i teksten. Men den

slags skønhedsfejl skal der være plads til,

når æstetikken er i højsædet.

Forandringens vinde

Forandringens vinde indeholder 9 histo-

rier om teknologi fortalt af fire garvede

videnskabshistorier. Med udgangspunkt i

emnerne energi, kommunikation og it samt

militær beretter forfatterne om, hvordan og

hvorfra teknologien kommer, samt hvilke

ofte kringlede og overraskende veje dens

udvikling har taget, inden den er gledet ind

som en helt naturlig del af vores dagligdag.

Henry Nielsen, Kristian Hvidtfelt Nielsen,

Keld Nielsen og Hans Siggaard Jensen: For-

andringens vinde – nye teknologihistorier.

Praxis – Nyt Teknisk Forlag 2015. 375 sider,

329,- kr.

Kundskabens træ

Kundskabens træ har stamme og rod fæl-

les med menneskets stamtræ, skriver Jan

Faye i indledningen til sin nye bog, som han

betegner som et naturalistisk og pragma-

tisk forsvar for videnskabernes enhed. En

naturalistisk tilgang til videnskabsfilosofien

kan hjælpe os til at opnå en mere gene-

rel forståelse af videnskabernes mulighe-

der og begrænsninger, mener forfatteren.

Bogen er et opgør med de dominerende

retninger i videnskabsfilosofien siden kant,

og den bygger på forfatterens egne over-

vejelser fra mere end 40 års arbejde med

videnskabernes filosofi.

Jan Faye: Kundskabens træ. Samfundslitte-

ratur (2015). 355 sider, 399,- kr.

Få mangler

Men det er ikke på grund af teksten, at

denne bog er interessant. Det er først og

fremmest de meget smukke fotos, der

vækker interesse. Det hele startede da også

som et kunstprojekt, hvilket man kan læse

mere om på forfatterens hjemmeside. Her er

også et udvalg af andre imponerende fotos

fra hans virke som biolog og især fotograf.

Flot arbejde.

Skal man så have de kritiske briller på, og

det skal man jo som anmelder, så er der

nogle ting, der kunne være bedre. Først og

En inspirationsbog til biologien

Hvem vil så købe bogen? Som lærebog kan

den ikke bruges. Men den burde kunne

finde vej ind på skolebiblioteket, så eleverne

måske kunne blive interesseret i biologi og

de fascinerende detaljer, der toner frem, når

linsen zoomes ind. Selv har jeg købt et ek-

semplar som gave til en person, der har

denne fascination, men som savner erfaring

med den danske flora.

Af Jens H. Petersen: Blomsterliv. Gyldendal

2014. 204 sider, 249,95 kr.

Aktuel Naturvidenskab

2015

FIV, Alm.del - 2014-15 (1. samling) - Bilag 192: Tidsskriftet Aktuel Naturvidenskab nr. 1-2015

SERVICE

Aktuel NATURVIDENSKAB

Udgiver

Aarhus Universitet, Science & Technology, i samarbejde med:

• Danmarks Tekniske Universitet

• Det Natur- og Biovidenskabelige Fakultet, Københavns Universitet

• Det Naturvidenskabelige Fakultet og Det Tekniske Fakultet, Syd-

dansk Universitet

• Det Teknisk-Naturvidenskabelige Fakultet, Aalborg Universitet

• Roskilde Universitetscenter

• Danmarks Meteorologiske Institut.

Styregruppe

•

Bo T. Andersen,

afdelingsleder, Det Tekniske Fakultet, Syddansk

Universitet

•

Joachim Groth,

kommunikationschef, Det Natur- og Bioviden-

skabelige Fakultet, Københavns Universitet

•

Tine Kjær Hassager,

kommunikationschef, Danmarks Tekniske

Universitet

•

Niels Kring,

chefkonsulent, Det Naturvidenskabelige Fakultet,

Syddansk Universitet

•

Elin Møller,

kommunikationschef, AU Kommunikation,

Science and Technology, Aarhus Universitet

•

Carsten Nielsen,

videnskabsjournalist, Det Teknisk-Naturviden-

skabelige Fakultet, Aalborg Universitet

Redaktionsgruppe

•

Mette Christina Møller Andersen,

Det Tekniske Fakultet,

Syddansk Universitet

•

Michael Bjerring Christiansen,

Aarhus Statsgymnasium

•

Jørgen Dahlgaard,

Aktuel Naturvidenskab

•

Niels Hansen,

Danmarks Meteorologiske Institut

•

Carsten Rabæk Kjaer,

Aktuel Naturvidenskab

•

Carsten Nielsen,

Aalborg Universitet

•

Hans Ramløv,

Roskilde Universitet

•

Line Reeh,

DTU AQUA, Danmarks Tekniske Universitet

•

Birgitte Svennevig,

Det Naturvidenskabelige Fakultet, Syddansk

Universitet

•

Svend Thaning,

Københavns Universitet

Eftertryk kun efter aftale. Citat kun med tydelig kildeangivelse.

Synspunkter, der fremføres i bladet, kan ikke generelt tages som

udtryk for redaktionens holdning

Ansvarshavende

Kommunikationschef Elin Møller

Redaktion

Redaktør Jørgen Dahlgaard og redaktør Carsten Rabæk Kjaer

Tlf.:

87 15 20 94

E-post:

[email protected]

Hjemmeside:

aktuelnaturvidenskab.dk

Postadresse:

Aktuel Naturvidenskab, Ny Munkegade 120,

Bygn. 1520, 8000 Århus C

Abonnementspris 2015

294 kr. i DK for 6 numre, inkl. moms og porto.

Abonnementsservice:

Telefonnr.: 70 25 55 12

e-post: [email protected]

Layout og illustration:

Jørgen Dahlgaard

Tryk:

Jørn Thomsen /Elbo A/S

ISSN:

1399-2309 (papirudgaven), 1602-3544 (web)

Oplag:

8.200

Omslag:

Koncepttegning af ESS. I forgrunden ses acceleratoren

der leder ind til targetbygningen midt i billedet. Instrumenterne

er placeret i og omkring targetbygningen. Bag ved ESS kan man

se MAX IV synkrotronen og helt ude i horisonten kan man skimte

Malmø og Øresundsbroen

Illustration: ESS/Team Henning Larsen Architects.

Fagpanel

Aktuel Naturvidenskab samarbejder med en bred skare af fagfolk,

der stiller deres faglige viden til rådighed for bladet.

•

Katrine Krogh Andersen, ph.d.,

forsknings- og udviklingschef,

Danmarks Meteorologiske Institut

•

Flemming Besenbacher,

professor, Interdisciplinært

Nanoscience Center (iNANO), Aarhus Universitet

•

Claus Hviid Christensen,

senior manager, Innovationscenter,

Dong Energy

•

Jesper Dahlgaard, ph.d.,

Aarhus Universitetshospital og Psykologisk

Institut, Aarhus Universitet.

•

Ture Damhus,

Kemiker ved Novozymes samt formand for

Kemisk Forenings Nomenklaturudvalg

•

Søren B. F. Dorch,

astrofysiker ph.d., bibliotekschef, Syddansk

Universitetsbibliotek, adjungeret lektor ved Niels Bohr Instituttet,

Københavns Universitet

•

Michael Drewsen,

professor, Institut for Fysik og Astronomi,

Aarhus Universitet

•

Claus Emmeche,

lektor, Niels Bohr Instituttet, Københavns

Universitet.

•

Tom Fenchel,

professor emeritus, Marinbiologisk Laboratorium,

Københavns Universitet

•

Jens Morten Hansen,

statsgeolog ved GEUS samt adjungeret

professor i naturfilosofi ved Københavns Universitet

•

Palle Høy Jakobsen,

direktør, leder af R&D Academic Relations,

Novo Nordisk A/S

•

Vagn Lundsgaard Hansen,

professor, Inst. for matematik,

Danmarks Tekniske Universitet

•

Peter K.A. Jensen,

adm. overlæge, Klinisk genetisk Afdeling,

Aarhus Universitetshospital

•

Mikkel Willum Johansen,

adjunkt i de matematiske fags videnskabsteori,

Institut for Naturfagenes Didaktik, Københavns Universitet

•

Peter C. Kjærgaard,

professor, Institut for Kultur og Samfund,

Aarhus Universitet

•

Gunnar Larsen,

geolog, NIRAS.

•

Bent Lauge Madsen,

biolog (pensioneret fra Miljøministeriet).

•

Sebastian H. Mernild,

Klima- og Polarforsker, Glaciology and Climate

Change Laboratory, Center for Scientific Studies/Centro de Estudios

Cientificos (CECs), Chile

•

Ole G. Mouritsen,

professor, Institut for Fysik,

Syddansk Universitet.

•

Bent Nielsen,

gymnasielektor, Københavns VUC.

•

Jens Olaf Pepke Pedersen,

senior forsker, DTU Space.

•

Kaj Sand-Jensen,

professor, Sektion for Ferskvandsbiologi,

Biologisk Institut, Københavns Universitet.

•

Theresa S. S. Schilhab,

forsker, Forskningscentret Gnosis,

Aarhus Universitet

•

Klaus Seiersen,

ph.d., Aarhus Sygehus, Afd. for Medicinsk Fysik.

•

Carl-Erik Sølberg,

civilingeniør, Institut for Fysik,

Aalborg Universitet.

Aktuel Naturvidenskab

2015

FIV, Alm.del - 2014-15 (1. samling) - Bilag 192: Tidsskriftet Aktuel Naturvidenskab nr. 1-2015

SERVICE

Intropakke

Nye tilbud fra Aktuel Naturvidenskab

Nu bliver

Aktuel Naturvidenskab

mere digital

Intropakken – en oplagt gaveide

Bestil en intropakke med de seneste otte

numre samt abonnement i ét år (6 numre).

Pris kun kr. 354,- inkl. moms, porto og

ekspedition (merpris for udland).

Bestil via aktuelnaturvidenskab.dk

[email protected]

eller på tlf. 70 25 55 12.

Tilmeld dig vores elektroniske nyhedsbrev og få nyt om Aktuel

Naturvidenskab i din mailboks.

Du får:

• Artikler på forhånd, når der er en aktuel anledning

• Appetitvækkere og link til artiklerne digitalt

• Information om andre aktuelle tiltag.

Tilmeld dig via hjemmesiden: aktuelnaturvidenskab.dk

Nyt nyhedsbrev

Abonnementsservice

Har du fået ny adresse eller ønsker du

at bestille et gaveabonnement på bladet?

Kontakt abonnementsservice på

Telefon:

70 25 55 12

Mandag-torsdag kl. 8-16, fredag kl. 8-14.

[email protected]

Abonnement kan også bestilles via

hjemmesiden:

aktuelnaturvidenskab.dk

Husk at melde flytning til ny adresse.

Vi modtager desværre ikke automatisk

besked om din nye adresse.

Udsalg

Mangler du nogle numre af bladet?

Så er der nu en chance for at supplere

samlingen med dette tilbud:

Tilbudspakke med ældre ikke udsolgte

numre ca. 26 blade (fra år 2007-2013):

Pris kun 250,- inkl. porto (dk) og moms.

Se mere og bestil via hjemmesiden:

aktuelnaturvidenskab.dk eller

på telefon 7025 5512.

Vi har forbedret brugeroplevelsen online med et helt nyt artikelarkiv.

Det nye arkiv har bl.a. udvidede søgemuligheder og præsenterer

artiklerne på en mere visuelt indbydende måde.

Artikelarkivet tæller i skrivende stund mere end 1100 artikler,

som er frit tilgængelige.

Adgang via hjemmesiden: aktuelnaturvidenskab.dk

Nyt artikelarkiv

Vi vil meget gerne have din respons fx hvis

du oplever, at funktioner i artikelarkivet

driller eller hvis du savner artikler om et

aktuelt emne.

Husk også at give os et like på Facebook



Mød os på Facebook

AHEEEHAPAJJONEOPHNMGGBPNLKHCJPDCPPAHEEEHA

BNFFFNBPEPEHICJPIKELEOMCIKMCJOICJPBNFFFNB

JGBPEPFHNGAEHMGJLDLONFMLHEMPAAKPKMANFDBHA

LMMDEGFLPOIHGHKIHBCPCMOKPAJJACOHNPANOALJF

MFAMCPFGDFBICBGPLBPBHEHOOFHHDGNODNDGNPLBI

KFIBAHFIHHLKGGJNEPJNCMNOCIMDCACGBKACNINAJ

KGIAMLFNGOPEMJJNDAPDMKIPBCPHACKPGFAHNHNHB

KJONBMFLFNLJPMJPGFDJHNFJAEKDFELGNOCMPHLCB

MFFFFFEHBHOOCHEDKNJOOMLGPCAPDAIBAHFHAJNBI

APBBBPAPEIJAGABKIKPBBKLOCKCPHACJADGEBGPAN

HHHHHHHPPHHHPHPPPPHPPHHPHHPPHHHHHHPHHHPHH

FIV, Alm.del - 2014-15 (1. samling) - Bilag 192: Tidsskriftet Aktuel Naturvidenskab nr. 1-2015

AL HENVENDELSE TIL:

Aktuel Naturvidenskab, Ny Munkegade 120, Bygn. 1520, 8000 Aarhus C

Tlf.: 70 25 55 12 / 87 15 20 94, E-post: [email protected]

Mini-satellitter på samlebånd

Af Carsten R. Kjaer, Aktuel Naturvidenskab

Store armbevægelser er vigtige inden for rumfart, da det kræver et vist

mål af visioner og gåpåmod at kaste sig ud i at konstruere fx satellit-

ter. Derimod er store armbevægelser ikke velkomne i laboratoriet, hvor

man bygger det højteknologiske isenkram. »Selv om en satellit, der skal

sendes i kredsløb om jorden, skal kunne holde til lidt af hvert, kan dens

“bløddele” være yderst delikate i forskellige faser af konstruktionspro-

cessen,« fortæller Jens Dalsgaard Nielsen, der er lektor ved Institut for

Elektroniske Systemer ved Aalborg Universitet. Derfor formaner han

altid sine studerende om at være meget forsigtige, når de håndterer de

skrøbelige komponenter. Det forhindrer ham dog ikke i selv at komme

galt afsted ind imellem. Han husker fx en episode, hvor han var ved at

gøre AAUSAT3 klar til opsendelse. Arbejdet foregik efter alle kunstens

regler i et renrum og iført kittel, antistatiske træsko og hvad der ellers

hører til af forskriftsmæssigt sikkerhedsudstyr. Alligevel lykkedes det

ham uforvarende i et splitsekund at berøre en antenne. Da de stude-

rende senere på dagen højlydt undrede sig over, at satellittens radio-

system var brændt sammen, måtte Jens bryde sammen og erkende,

at han var synderen og stod til den efterfølgende skideballe. »Og man

må jo også bare erkende, at den slags kan ske, når man tager hæn-

derne op ad lommen,« siger Jens. Efterfølgende “ryddede” de stude-

rende op efter ham og fik repareret radioen. Og den har siden vist sin

kvalitet under den succesfulde mission.

versitet var med til at bygge den allerførste Cubesat, der blev sendt

i omløb i juni 2003. Og siden har vi så kunnet holde gryden i kog og

fortsætte med at bygge satellitter«, fortæller Jens. Indtil nu er tre Aal-

borg-fremstillede cube-satellitter sendt i kredsløb og to mere er under

forberedelse. AAUSAT4 er en ud af tre cubesats udvalgt af et europæ-

iske rumagentur (ESA) til en gratis flyvning, og AAUSAT5 vil i Danmark

få særlig bevågenhed, da den efter planen skal sendes op i samme

mission, som også Danmarks første astronaut Andreas Mogensen er

med på. De studerende er i skrivende stund i fuld gang med at gen-

nemføre de afsluttende tests inden aflevering til ESA for opsendelse.

Tæt på virkeligheden

Den seneste Aalborg-byggede satellit i kredsløb (AAUSAT3) blev sendt

op i februar 2013 og var i drift i godt halvandet år. Dens mission var

at opsamle identifikationssignaler fra skibe, som normalt rækker ca.

60 km. Det lykkedes at få AAUSAT3 til at opsamle disse signaler fra

rummet på en afstand af 600-2.000 km.

Men Jens Dalsgaard Nielsen mener, at de mest interessante resultater

i virkeligheden er de unikke erfaringer, de studerende får under arbej-

det med at konstruere en satellit, der skal bruges i virkeligheden. Det

kræver teamwork, da man skal arbejde med alt fra antennedesign til

“rumlovgivning”. Og det kræver masser af engagement, da en stor del

af arbejdet foregår som et fritidsprojekt sideløbende med studierne.

Da der ikke er en stor rumfartsindustri i Danmark, havner de fleste af de

satellit-byggende studerende i andre typer jobs efter endt uddannelse.

»Men vi har dog i Danmark heldigvis en række konsoliderede spacefir-

maer som Terma og nye firmaer som Gomspace i Aalborg, der netop er

startet af gamle AAUSAT-studerende,« fortæller Jens. »Og vi plejer også

at sige, at hvis de nyuddannede har kunnet lave en satellit og afvikle

en mission, er der nok ikke så meget andet, de ikke kan finde ud af.«

Læs mere: www.space.aau.dk

Initiativrige studerende

I 10 år har Jens Dalsgaard Nielsen været involveret i satellitproduktion

i Aalborg Universitets StudentSpace-program. Æren for, at der bygges

satellitter i Aalborg tilfalder i meget høj grad de studerende. For det var

de studerende selv, der i kølvandet på begejstringen med den danske

Ørsted-satellit og inspireret af et nyt minisatellit-koncept kaldet Cube-

sat opfundet af amerikaneren Bob Twiggs fik sat det hele i gang. Som

navnet siger, er der tale om små terningformede satellitter, der måler

kun ca. 10x10x10 centimeter. Til opsendelse er der udviklet en launch-

kasse, der nemt monteres på raketten. »Studerende ved Aalborg Uni-

Aktuel Naturvidenskab

2013

Foto: AAU Studentspace