Odborně-vzdělávací a zpravodajský portál z oblasti strojírenství a navazujících oborů
Články >> Atraktivní projekty: Laser představuje naději
Chcete dostávat MM Průmyslové spektrum ZDARMA až do Vaší schránky? Více informací zde.
Nomenklatura:

Atraktivní projekty: Laser představuje naději

Navštívit většinu amerických vědeckých a výzkumných pracovišť není pro novináře ze spřátelené ciziny v době míru v zásadě velký problém. Pracovníci tiskových oddělení takových institucí ve snaze vytvářet pozitivní obraz svého zaměstnavatele na veřejnosti rádi vycházejí žurnalistům vstříc.

Ale i v USA existují místa, kam není tak snadné se dostat. Jedním z nich je Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) v Kalifornii, asi 65 km východně od San Franciska. Není divu. Laboratoře byly totiž založeny v roce 1952 v rámci amerického státního obranného programu se zaměřením na výzkum a vývoj jaderných zbraní. I když svět prošel v posledním čtvrtstoletí značnými proměnami, vojenské aspekty hrají v činnosti LLNL významnou roli i dnes. Nese jméno amerického atomového fyzika, nositele Nobelovy ceny Ernesta O. Lawrence, který již od roku 1931, kdy řídil sesterskou laboratoř v Berkeley, koncipoval založení laboratoří v Livermoru.

Ústav si získal světové renomé rovněž v oblasti výzkumu nových energetických zdrojů, superpočítačů a nejvýkonnějších laserů.

Jeho motto zní: Naším posláním je udělat ze světa bezpečné místo.

Denně se o naplnění této vize snaží téměř 6 000 zaměstnanců. K tomu jim dopomáhá roční rozpočet ve výši 1,5 miliardy dolarů. Zaměřují se na jadernou bezpečnost, na obranu před teroristickými hrozbami, na výzkum atmosféry, na bio- a nanotechnologie, na počítače, lasery a výzkum nových energetických zdrojů.


Komplex Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) v Kalifornii vypadá malebně.

Více než zbraně mne zajímají laserové a energetické programy, a tak se mi přece jen podařilo toto světově proslulé vědecké centrum navštívit. Jednak díky pomoci diplomatů českého generálního konzulátu v Los Angeles a jednak díky šťastné shodě okolností. V Lawrence Livermore National Laboratory totiž právě vyrábějí nejnovější laser, který dodají do České republiky.

Laser v mnoha podobách

Prošel jsem bezpečnostním screeningem v předstihu, několik týdnů před plánovanou návštěvou, a potom ještě přísnou kontrolou těsně před vstupem. Odložil jsem všechna elektronická zařízení, tedy i fotoaparát, diktafon a mobil, označil se příslušnou visačkou a s odborným doprovodem odjel do části areálu, kde je postavena budova NIF (National Ignition Facility). Její architektonická řešení i mohutnost nejlépe ukazují snímky doprovázející tuto reportáž.

Při přivítání ve vstupní hale jsem byl, přiznám se bez mučení, trošku dojat. Když jsem totiž v roce 1982 napsal populárně-vědeckou knížku Laser v mnoha podobách, mohl jsem si o podobné exkurzi nechat jenom zdát.


Největší a nejenergetičtější laser na světě

Stál jsem uprostřed největšího laseru na světě. Tedy přesněji, v přízemí desetipatrové haly NIF o rozloze tří fotbalových hřišť a nad hlavou jsem měl 192 laserových paprsků ukrytých v opláštěných koridorech. Není divu, že zde hollywoodští filmaři už několikrát natáčeli atraktivní scény pro sci-fi filmy.

Jak by mne nejímala závrať, když jsem si uvědomil, že tady využívají nejvýkonnější laserový systém na světě při hledání cesty k jaderné fúzi. Tady chtějí rozsvítit Slunce na Zemi.

Národní zapalovač

Viděl jsem řídicí a výpočetní centrum, laboratoře, kde připravují onen příslovečný terčík skrývající obrovskou energii, zesilovací zrcadla a další technologické zázraky.
Jádrem komplexu National Ignition Facility, což se dá volně přeložit jako „národní zapalovač“, správně zážehové zařízení, je desetimetrová reakční komora o hmotnosti 130 tun. Právě do ní se soustřeďují laserové paprsky. Jejich spolupůsobením lze dosáhnout extrémně vysokých teplot a tlaků potřebných k zahájení fúzní reakce. Čtvercové otvory slouží k přívodu laserů, kruhové otvory jsou určeny pro diagnostická zařízení.

Stavba NIF začala v roce 1997, ale problémy s řízením stavby a zpoždění dodávek technického zařízení zpomalily harmonogram. Pokrok nastal po roce 2000, ale průtahy realizaci prodražily. Náklady byly téměř čtyřikrát vyšší než původně rozpočtované. Stavba byla ministerstvem energetiky označena jako kompletní 31. března 2009. První rozsáhlé laserové experimenty byly provedeny v červnu 2009.

O rok později už zdejší vědci oznámili fantastický úspěch. Překročili hranici megajoulu s více než 111 miliony stupňů Celsia, když soustředili paprsky všech 192 laserů o velmi vysokém výkonu na speciální pozlacený dutý váleček, ve kterém byla umístěna kapsle s palivem. Obsahovala dva přírodní izotopy vodíku – deuterium a tritium. Tím se více než kdokoli dříve přiblížili těsně k teplotě potřebné pro zahájení termojaderné fúze. Tedy spojení izotopů do větších celků, při němž se uvolňuje nepředstavitelné množství energie. Podobné procesy probíhají běžně ve Slunci a většině hvězd ve vesmíru a jsou zdrojem jejich energie.

Teplota dosažená během několika miliardtin vteřiny pomocí velevýkonných laserů vytvořila energii přesahující asi 500krát všechnu podobně vyrobenou energii v USA a 13krát větší, než vyrobila jakákoli jiná skupina laserů kdekoli na světě.


Historické snímky z výstavby: kulová desetimetrová reakční komora o hmotnosti 130 tun a její ochranný plášť z 10centimetrového hliníkového plátu.

Takový výzkum ovšem vyžaduje obrovské finanční náklady, které si jiné státy mohou jen stěží dovolit. Vědci NIF získali dostatek peněz díky tomu, že nejde jen o projekt ministerstva energetiky, ale také ministerstva obrany. Tento experiment má totiž také simulovat podmínky při jaderném výbuchu. Připomeňme, že klasické jaderné testy se v USA od roku 1992 neprovádějí, a tak vojenští experti mají možnost ověřovat si své matematické modely zde.

Spolupráce s Evropou

Lawerence Livermore National Laboratory spolupracuje s řadou podobných vědeckých pracovišť v USA, ale také v dalších částech světa. V rámci Evropské unie k nim patří především vědecké centrum ELI Beamlines, které se buduje v Dolních Břežanech nedaleko Prahy. Jeho výstavba bude dokončena letos v létě a v příštím roce se očekává instalace laserového systému, který jsme si objednali právě v LLNL. Dodávka v hodnotě 1,2 miliardy korun (46 milionů dolarů) je samozřejmě zajímavá i pro americkou stranu.


Centrum ELI v Dolních Břežanech

Měl jsem možnost vidět přímo výrobu laseru, který zde pro nás vyvíjejí. Střídavě tady pobývá také několik pracovníků Fyzikálního ústavu AV ČR.

Laser dostal označení High-Repetition Rate Advanced Petawatt Laser System (HAPLS) a bude poskytovat desetkrát za sekundu ultrakrátké světelné pulzy o délce 20 až 30 femtosekund s okamžitým výkonem ve světelném pulzu jednoho petawattu.

Takový výkon v jednom záblesku představuje zhruba dvěstěnásobek výkonu veškerých současných elektráren na světě.

ELI v Dolních Břežanech bude mít celkem čtyři hlavní lasery. Výkon centra by měl být asi desetkrát větší než u podobných zařízení, která se v současnosti používají. Díky kombinaci laserových technologií v něm najdou využití i další vědecké disciplíny, jako jsou fyzika, chemie anebo biologie.

Projekt Extreme Light Infrastructure (ELI) je součástí evropského plánu na vybudování nové generace velkých výzkumných zařízení vybraných Evropským strategickým fórem pro výzkumné infrastruktury (ESFRI). Hlavním cílem ELI je vybudování nejmodernějšího laserového zařízení na světě. ELI bude také atraktivní platforma pro výchovu nové generace doktorandů, vědců a inženýrů.

ELI jsou vlastně tři špičková výzkumná centra spojená v jeden celek. První z center roste v České republice, v Dolních Břežanech. ELI Beamlines (Beamlines Facility) je tedy součástí ELI. Druhé centrum (Attosecond Facility, ALPS) bude stát v Maďarsku a má se věnovat fyzice ultrakrátkých optických pulzů v řádu attosekund. Třetí centrum (Nuclear Physics Facility) orientované na fotonukleární fyziku bude sídlit v Rumunsku.

ELI bude mít i své pokračování. Všechna tři centra se totiž mají zabývat výzkumem a vývojem laserových technologií za účelem realizace další etapy projektu spočívající v dosažení intenzity optického pole v řádu 1 025 W/cm2, která umožňuje laboratorní bádání v oboru exotické fyziky. O umístění této specifické části ELI se rozhodne v následujících letech.

ELI má v České republice na starosti Fyzikální ústav Akademie věd, který ČR zastupuje v konsorciu ELI-DC (ELI Delivery Consortium) a koordinuje národní konsorcium ELI-CZ (14 tuzemských velkých univerzit a výzkumných ústavů).

Česká republika přispívá do projektu ELI celkem 6,8 miliardy korun z Operačního programu Výzkum a vývoj pro inovace, který administruje Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy.

ELI Beamlines významně zvýší prestiž České republiky jako hostitelské země špičkového mezinárodního výzkumného projektu s otevřeným přístupem vědecké komunitě na celém světě a bude přitahovat do ČR další investice do vyspělých technologií s vysokou přidanou hodnotou.

Karel Sedláček, San Francisco, Praha

Karel.sedlacek@mmspektrum.com

Další články

Komentáře

Nebyly nalezeny žádné příspěvky

Sledujte nás na sociálních sítích: