Teknisk utveckling utan gränser?

av Folke Stenman Forum 1971-07, sida 14-15, 19.04.1971

Taggar: Teman: teknisk utveckling

Teknisk utveckling utan gräner?

Tekn. dr Folke Stenman e Gränserna för det lilla är mycket mer diffusa än gränserna för det stora. Om vi bygger något stort är det vanligen för något specifikt ändamål, och vi känner också resultatet någorlunda väl på förhand. Med det lilla förhåller sig saken annorlunda, vi vet inte ens vad det ännu mindre kommer att uppenbara för oss. Dess proportioner faller så långt utanför de konkreta modeller vi kan ställa upp och fatta med hjälp av makroskopiska be grepp.

Hur mäta litenheten?

Hur kan vi kvantitativt mäta litenheten? För att bestämma ett systems dimensioner behöver vi en måttstock, vars avläs ning vi utför med en vågrörelse, till exempel synligt ljus. Våglängden hos denna vågrörelse sätter den nedre gränsen för de avstånd vi kan uppmäta. Skall vi studera avstånd på atomär nivå använder vi röntgenstrålning med våglängden ungefär av atomernas dimensioner. Skall vi ner till avstånd av atomkärnors och elementarpartiklars storleksordning måste vi ta till materievågor för att nå resultat. Har vi partiklar med en rörelsemängd p, så hänför sig till dessa en vågrörelse med våglängden A = h/p, där h är Plancks konstant 6,6 + 10724 joulesekunder. För en partikel med hastigheten nära ljushastigheten c är p ae E/c, där E är partikelns totala energi. Våglängden blir således ä = hc/E, eller numeriskt å = 2 + 10-?5/E m (E uttryckt i joule). Med andra ord, ju mindre avstånd vi vill undersöka, desto mindre våglängd och högre energi måste vår partikel ha. De högsta partikelenergier man i dag har tillgång till åstadkoms i partikelacceleratorer för protoner, där världsrekordet nu ligger på 1,2 : 105 joule per proton. Detta ger oss en våglängd på ungefär 2 + 10-27m, vilket är ungefär hundradedelen av en atomkärnas diameter. Detta är ungefär det

Acceleratorn i Serpuhov är konstruerad för 70 miljarder elektronvolt. Den mäter i diameter 472 meter. Bilden visar en model av acceleratorn. (Foto: O. Kusmin, Fotokronika Tass 14

Forum 7/7 e Den för en stabil välståndsutveckling nödvändiga ekonomiska tillväxten utgår från tillämpningar av en teknik I ständig utveckling utan skönjbara gränser. Har tekniken sålunda inte andra påvisbara gränser än de som utstakas av tillbudsstående materiella totalresurser i utvidgad mening? — Gränser fö den mänskliga förmågan liksom för mänskligt vetande skulle kanske framkalla den relativt sällsynta ödmjukhet utan vilken inga problem får en för mänskligheten förnuftig lösning.

För att nå det lilla måste man ta vägen övelet stor minsta avstånd vi kan observera i dag. Observationen är naturligtvis inte direkt, som i ett mikroskop, utan bör uppfattas som så att vi kan observera effekter där avstånd på 107 m spelar en roll.

Det lilla och det stora

Var kommer tekniken och dess gränser in? Storleken på acceleratorn och samtidigt dess kostnader växer med energin. De största cykliska (cirkulära) acceleratorerna (Serpuhov, Geneve, Brookhaven) har diametrar på 400—1 000 m. Produkten av partikelns våglängd och acceleratorns radie är konstant. Om vi sålunda vill komma ner till avstånd på tex 10728 m behöver vi en accelerator med en diameter på runt tjugo kilometer!

Så mycket pengar finns inte

De praktiska problemen för att nå det lilla är således förknippade med att nå större acceleratorer. De är svåra, men i princip lösbara. Ett allvarligare problem blir ekonomin. En accelerator som ger protoner med våglängden 10718m skulle kosta åtskilliga av vårt lands statsbudgeter, Detta betyder dock inte att man skulle ha stannat upp inför problemet att nå nya gränser för det lilla — i dylika situationer har tekniken oftast visat sig kapabel att komma fram med nya och billigare lösningar. Tydligt är dock att nationer av de nordiska ländernas storlek är ute ur spelet annat än som associerade med stora internationella organisationer — här finns helt enkelt inte så mycket pengar.

Forskning — sökande — nyfikenhet

De ekonomiska aspekterna har helt naturligt lett till mycken diskussion om det nödvändiga i att överhuvudtaget försöka nå det ännu mindre. Tvivlen är säkert ofta berättigade, men som alltid när det är fråga om forskning kommer här in en annan sida av saken. Sökandet efter det ännu mindre är intimt förknippat med klarläggandet av de krafter som verkar i atomkärnan. En bättre kännedom om detta kunde utgöra det avgörande steget på vägen mot utnyttjandet av fusionsenergin. Till synes ändamålslös forskning har oftast visat sig ge helt oförutsedda praktiska tillämpningar. I varje händelse kan vi dock konstatera att det minsta nu redan har blivit så litet, att för att hitta det ännu mindre behövs det övernationella insatser av både ekonomiskt slag och i form av forskningssamarbete överhuvudtaget.

Några klara gränser för tekniken när det gäller att finna det ännu mindre syns alltså inte i dag. Gränserna är av annat slag. Frågan är inte om vi kan gå över dessa gränser, frågan är om vi har andra gränser, gränser mellan rikedom och fattigdom, sjukdom och hälsa, hunger och mättnad, som just nu vore viktigare att spränga än just gränserna för det allra minsta som ändå till stor del har framsprungit ur ren nyfikenhet — för att mycket grovt förenkla saken.

Forum 7/71

Tekn. dr Jarl Forstén:

Materiale e Vid nästan alla nya tekniska konstruktioner ställer man allt större och ibland helt nya krav på materialen. Detta framgår kanske tydligast av utvecklingen inom rymdforskningen och kärnkraftteknologin. I vissa konstruktioner fordrar man bl a större materialhållfasthet och i andra kan tex korrosionsegenskaper, sprödhet, tillverkningssvårigheter och användningstemperatur vara det svåraste hindret vid övervinnandet av nuvarande tekniskt sett angivna gränser.

Den teoretiska hållfasthetens gräns

Om man tänker på den största möjliga hållfasthet som kan uppnås hos material, så måste denna i sista hand bestämmas av de krafter som sammanbinder atomerna. Denna teoretiska hållfasthet har man nått i felfria mycket små nålformade »whiskers», men i praktiken måste man än så länge ty sig till hållfastheter, som endast är omkring en tusendedel av den teoretiska. Detta beror på att materialen innehåller strukturella fel, sk dislokationer, som kan röra på sig vid belastning. När spänningen blir tillräckligt hög, sker en plastisk deformation och därmed har materialets hållfasthet överskridits.

Fiberförstärkta material

I detta nu strävar man inom materialutvecklingen till att försvåra dislokationernas rörelse genom att bla utskilja mikroskopiska faser inne i metallen. För att uppnå en ännu högre materialhållfasthet har man också bakat in whiskers i ett normalt grundmaterial och fått sk fiberförstärkta material, som bla används i roterande delar utsatta för mycket stor påfrestning.

Korrosionsbeständigheten

En gränsdragning för metallers teoretiska korrosionsbeständighet är mycket vansklig — om inte helt omöjlig. Det finns dock alltid ett kryphål: man ändrar de yttre betingelserna, varför korrosionsfrågan knappast kan betraktas som den mest kritiska, då det gäller materialens användning.

De tekniska problem man stöter på vid tillverkning av plåt och tråd av vissa speciella material kan i många fall vara svårlösta. På senaste tid har nya produktionsmetoder såsom explosiv formning och bearbetning vid höga tryck erbjudit nya, förut utopiska möjligheter.

Extrema temperaturer ger gränser

Extrema användningstemperaturer kan också påverka materialvalet, ty vid lägre temperaturer uppvisar många metaller en stor sprödhet och vid högre temperaturer ställer smältpunkten en absolut övre gräns för det ifrågavarande materialet användningsområde. OO Forts. på sid. 1 15