1.10.2016 | Svátek má Igor






VĚDA: Před námi fyzika (2)

15.10.2015

Vítám u druhé části vyprávění o cestě po fyzikálních laboratořích a dalších zajímavostech. Na cestu se vypravili členové spolku Aldebaran pod vedením prof. Petra Kulhánka. Během putování Německem jsme navštívili spektrometr KATRIN v Karlsruhe (viz 1. díl). Pak jsme nasedli do aut a zamířili do Francie. Nemohli jsme minout skvost moderní architektury, kapli Notre Dame du Haut, navrženou Le Corbusierem.

Přiznám se, že zvenčí na mě masivní betonová kaple nijak zvlášť nezapůsobila. Jiné to bylo uvnitř. Bylo tam šero a hrála tichá hudba. Světlo vstupovalo dovnitř různými otvory a v různých směrech. Vnitřní a vnější prostor kaple není přísně oddělen – například mezi stěnami a stropem jsou mezery. Připadala jsem si uzavřená v temném prostoru, do kterého prasklinami proniká světlo z jiného světa. Tak si asi připadají věřící, když cítí kolem sebe paprsky z nadpřirozena. A nebo fyzikové, když tuší existenci dosud neznámých zákonů.

Naplněni duchovním zážitkem jsme pokračovali v cestě po francouzských horách a rovinách. Druhý den jsme se procházeli přírodním parkem des Ballons des Vosges a večer dojeli až do Grenoblu. Nad městem se tyčí horské štíty tří různých pohoří. Někteří členové vyjeli do hor užít si místních výhledů, jiní sbírali síly na zítřejší exkurzi.

Užitečné neutrony

Před budovou Institutu Laueho a Langevina v Grenoblu nás uvítal zdejší vědecký pracovník Ing. Jiří Kulda, CSc., a hned nás upozornil, že v objektu se nesmí fotografovat. V centru zařízení je totiž jaderný reaktor a bezpečnostní opatření jsou přísná. Tento reaktor je nejintenzivnějším zdrojem neutronů na světě, vyzařuje 1,5x1015 neutronů za sekundu na cm2.

ILL

Neutrony nemají elektrický náboj, a proto pronikají poměrně hluboko do hmoty, řádově centimetry. Používají se pro průzkum struktury a dynamiky různých látek – od anorganických krystalů po polymery a složité organické molekuly. Neutrony dodávají informace, které jsou jinými metodami nezjistitelné, nebo těžce dostupné. Mají výhodu, že jsou elektricky neutrální, proto neničí vzorek (na rozdíl např. od rentgenového záření) a zkoušky se mohou mnohokrát opakovat.

Neutrony mají magnetický moment, proto mohou zkoumat magnetismus na atomární úrovni. Jako při pohledu na rentgenový snímek snadno odlišíme kosti od měkkých tkání, také neutronové paprsky mají schopnost rozlišovat určité atomy a molekuly od jejich okolí. Je možné zařídit, aby při pokusu byly vidět ty molekuly, které právě potřebujeme. Neutrony dovedou rozlišovat i atomy, které jsou blízko sebe v periodické tabulce. Velmi citlivě reagují na lehké atomy, jako je vodík. Někdy se vodík nahrazuje deuteriem (deuterizace), aby vynikly určité vlastnosti.

Jádro reaktoru je z obohaceného uranu, chlazené těžkou vodou. Špičkový výkon palivové tyče dosahuje asi poloviny výkonu vodní elektrárny Lipno. Vyzářené neutrony mají velmi vysokou rychlost až 20.000 km/s a musí se brzdit molekulami těžké vody na nižší rychlosti. V institutu mají horký zdroj, který dodává neutrony o rychlosti 10 km/s a dva studené zdroje pro neutrony o rychlostech 700 m/s a 10 m/s. Kombinací těchto zdrojů jsou schopni vyrobit neutrony ve velmi širokém pásmu – ve vlnových délkách 0,01 – 100 nm.

Paprsky jsou „formovány“ ke specifickým účelům optickými a mechanickými prvky. Neutronové vodiče odvádějí neutrony na vzdálenost až 100 m k různým výzkumným přístrojům. Tam jsou připravené neutrony k dispozici externím zájemcům pro jejich pokusy.

Kdo má nápad na zajímavý experiment, může se přihlásit. Vědecká rada vybírá ročně pro uskutečnění více než 800 pokusů podle přísně vědeckých kritérií. Institut Laueho a Langevina nabízí určitou kapacitu také pro průmyslový výzkum.

Vlastníky a provozovateli institutu je Francie, Německo a Velká Británie. Kromě toho do rozpočtu přispívá dalších 11 zemí, mezi nimi Česká republika, a za to mohou využívat příslušný podíl měřicího času. Čeští vědci jsou velmi aktivní a daří se jim získávat a využívat ještě více měřicího času. Češi se podíleli také na konstrukci jednoho z uživateli nejžádanějších přístrojů – spektrometru pomalých neutronů ThALES.

reaktorová hala

reaktorová hala

Praktické využití získaných poznatků očekávají výzkumníci v mnoha oblastech. Zde jsou příklady aktuálních problémů, k jejichž řešení můžou pokusy přispět:

-magnetické materiály pro ukládání dat v počítači, mobilech apod. Nyní se data ukládají v magnetických doménách o průměru asi 100 nm. Je snaha tyto domény zmenšit a nahradit je magneticky polarizovanými molekulami, čemuž však brání různé faktory, např. kvantově mechanický tunelový efekt. Neutrony nám pomáhají zkoumat magnetické struktury a magnetické působení v látkách, čímž razí cestu pro zvyšování úložné kapacity pamětí.

- teorie supravodivosti. V současné době není teorie, uspokojivě vysvětlující supravodivost. Teorie supravodivosti by mohla otevřít možnost vyrábět supravodiče pro pokojovou teplotu, což by znamenalo velký převrat v technice.

-„magnetické mýdlo“. Tensidy v čisticích prostředcích se skládají z dlouhých molekul se dvěma konci: jeden konec je nepolární a je přitahován mastnými nečistotami, druhý konec je polární a tedy rozpustný ve vodě. Proto mýdlo na sebe váže špínu a dá se opláchnout vodou. Vědci vyrobili tensid, s kterým se dá pohybovat magnetem. To otvírá cestu magnetickým čisticím prostředkům, které by se daly z odpadních vod odstranit magnetem.

- bílkoviny chránící před zmrznutím. Studenokrevní živočichové mají určité bílkoviny, které je chrání před růstem ledových krystalů ve tkáních. Pokud pochopíme, jak tyto bílkoviny brání růstu krystalů, otvírají se mnohé možnosti, například v lékařství.

- látky, uskladňující elektrickou energii. Pokud vyrobíme elektrickou energii, je nutné ji ihned spotřebovat, nelze si ji schovat na později. Skladování v bateriích není efektivní. Pracuje se však na vývoji nových látek, které by dovedly elektřinu lépe uchovat. Některé nové látky na bázi lehkých atomů (vodíku nebo lithia) nejsou vidět rentgenem, ale dobře rozptylují neutrony. Nabíjecí kapacita a počet nabití nových akumulátorů z lehkých atomů závisí na chemických reakcích, které se mohou zkoumat pomocí neutronů.

- životnost materiálů: Neutrony umožňují zkoumat napětí v materiálech, které se používají v letectví a energetice, např. pro vrtule větrných elektráren. Neutrony díky hloubce svého proniknutí mohou zjistit vnitřní napětí v tak velkých dílech bez poškození.

Institut Laueho a Langevina provádí také základní výzkum v oblasti jaderné a částicové fyziky. Precizní měření neutronů s extrémně nízkou energií přispívá k porozumění základním fyzikálním zákonům. Pozorováním volného pádu ultrachladných neutronů se podařilo dokázat kvantové stavy elementárních částic v gravitačním poli. Tím se potvrzuje, že v jakémkoli poli se energie nemění spojitě, ale po určitých kvantech. Kvantová teorie tak získává další kousek pevné půdy pod nohama.

(Pokračování.)

Zdroj obrázků: Wikipedie

**************************************************
PIRÁTI NA MARSU - sci-fi, ve které platí fyzikální zákony
Dana a Rudolf Mentzlovi vydali sci-fi knížku o dvou studentech, kteří přilétají na Mars, aby se zúčastnili terraformace planety.
Knihu možno pořídit na webu nakladatelství AGA (Aldebaran).
slava



Diskuse


počet příspěvků: 2, poslední 15.10.2015 09:26









 Neviditelný pes
Toto je DENÍK: do sítě jde obvykle nejpozději do 8.00 hod. aktuálního dne. Pokud zaspím, opiji se, zešílím nebo se zastřelím, patřičně na to upozorním - neboť jen v takovém případě vyjde Pes jindy, eventuálně nikdy.
Šéfredaktor Ondřej Neff (nickname Aston), příspěvky laskavě posílejte na adresu redakce Jiřímu Wagnerovi, redaktorovi NP (nickname JAG). Rubriku Zvířetník vede Lika.