MATERIÁLY PRO NOVÉ TISÍCILETÍ
08/2014
registrační číslo projektu CZ.1.07/2.3.00/35.0009
(Supravodivé) PRAMENY
Do světa VĚDY a TECHNIKY
Čína JEDE!
Expedice MARS
– poznej VESMÍR…
ZAČÍNÁME
Seznamte se
s projektem Materiály
pro nové tisíciletí
Materiály pro nové tisíciletí jsou koncipovány
jako projekt popularizace vědy a výzkumu.
Projekt je zaměřen na 3 důležité oblasti, jejichž činnost je provázána na řadu dalších.
Jedná se o:
• popularizaci v oblasti materiálového
výzkumu (jakožto základního stavebního kamene dalších vědních a konstrukčních oborů);
• popularizaci v oblasti kosmu, astronomie a jevů ve vesmíru;
• popularizaci v oblasti řízené termojaderné fúze.
V současné době právě v těchto odvětvích
chybí celé dvě generace výzkumných pracovníků. Vysoké školy stále trpí nedostatkem
schopných mladých vědců, kteří by neodcházeli do soukromé sféry či do zahraničí.
Věříme, že vytvoření komplexních popularizačních materiálů spolu s informovaností
žáků, studentů i jejich pedagogů povede ke
zlepšení konkrétních kompetencí pracovníků a zajistí udržitelnost vědy a výzkumu i pro
další generace.
Realizovaný projekt je podpořen v rámci
Operačního programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost, konkrétně v oblasti podpory 2.3 - Lidské zdroje ve výzkumu a vývoji.
Období realizace projektu je 01.07.2012 30.06.2014.
ŽADATEL PROJEKTU
Vítkovice - výzkum a vývoj - technické
aplikace a. s.
www.vitkovice.net
2 MAT21
PARTNEŘI
Asistenční centrum, a.s.
www.asistencnicentrum.cz
Česká kosmická kancelář o.p.s.
www.czechspace.cz
Ústav fyziky plazmatu AV ČR, v.v.i.
www.ipp.cas.cz
CÍLOVÉ SKUPINY
• žáci základních a středních škol z 5
zapojených krajů (zájemci o vědecko-výzkumnou práci);
• pedagogičtí pracovníci základních
a středních škol (pracovníci v oblasti
seznamování žáků s výzkumem a vývojem);
• studenti prvního stupně terciárního
vzdělávání (bakalářského studia)
v technických studijních oborech (zájemci o působení ve vědeckých oborech).
HLAVNÍ AKTIVITY
• cykly přednášek;
• dny otevřených dveří u žadatele
a partnerů;
• účast na výstavách, sympoziích
a konferencích;
• vydávání publikací;
• semináře pro pedagogické pracovníky;
• natočení krátkých popularizačních
filmů;
• celoroční kroužek pro žáky základních a středních škol;
• další vzdělávání v oblasti soft skills;
• interaktivní webové stránky.
EDITORIAL
Úvodní
slovo
k projektu
Chce se mi zvolat: „Tak a jdeme do finále, vážení!“, je to totiž smutná
pravda. Právě se Vám dostalo od ruky poslední číslo našeho časopisu, který jsme pro vás, čtenáře, připravovali čtvrtletně od zahájení
našeho projektu Materiály pro nové tisíciletí, až k dnešnímu dni. Toto,
již osmé, číslo je plné zajímavých informací ze světa tokamaků, vesmírných dobrodružství, ale na to jste si již během předchozích vydání
jistě zvykli. Nechce se mi věřit, jak rychle můžou dva roky utéci, nejspíše to bude tím, kolik různorodých akcí, návštěvních dní, přednášek
a seminářů jsme pro vás mohli připravit.
Navštívili jste hvězdárny, místo kde dokáží vyrobit teplotu o miliónech
kelvinů, či kde se z železa vyrábí ocel.
Mám radost, že jsem byl součástí týmu, kterému se podařilo splnit
vše, co jsi předsevzal a pevně věřím, že náš čas a energie do tohoto
projektu vložená se bude jen násobit, že ve vás poroste touha poznávat nepoznané a učit se nové věci, díky kterým budeme schopní
rozsvítit slunce na zemi a navštěvovat vzdálené planety.
To vše by sem nám nikdy nepovedlo bez vašich skvělých učitelů, kteří
si našli čas a ve volných chvílích se vás snažili zasvětit do tajů astronomie, fyziky či robotiky. Velké díky patří vám!
Přeji vám, našim čtenářům, abyste se v dalších letech setkávali
s moudrými lidmi, kteří se vám budou svět kolem vás snažit přiblížit
a jednou, jednou snad se nám podaří cestovat vesmírem stejně snadno, jako nyní jezdíme automobilem, i možná právě díky využití energie
z termojaderné fúze za využití nových materiálů, ale to už je úkol který
čeká na některého z vás.
„Takže vážení a jde se do finále!“, musím zvolat a ještě jednou poděkovat.
Ing. Jiří Režnar
Vítkovice - výzkum a vývoj - technické aplikace a. s.
OBSAH
3
4–5
6
7
8–9
10–13
14–15
16
Úvodní slovo k projektu
17
Tokamak ITER KOMUNIKUJE s veřejností
18
TOHLE se nemělo STÁT
Do světa VĚDY a TECHNIKY
19–21
(Supravodivé) PRAMENY
22–23
Expedice MARS – poznej VESMÍR…
Zajímavosti z domova i ze světa,
24
25–26
VOX POPULI
Čína JEDE!
27–28
Náhlá smrt = GÓL? NE, QUENCH!
Které jsou nejběžnější prvky ve vesmíru, na
Zemi a v nás?, POZNÁVAČKA TERMOGRAMŮ
Což takhle VYTISKNOUT si ŠPENÁT?
Tři TERMOJADERNÁ VÝROČÍ
aneb proč se tokamak nejmenuje tokomag
FUSION ROADMAP - Cesta k fúzi
Pošlete své JMÉNO K ASTEROIDU
3D obrázky
Materiály pro nové tisíciletí 08/2014 | Datum vydání: 06. 06. 2014 | Místo vydání: Ostrava - Poruba
Vydavatel: Vítkovice - výzkum a vývoj - technické aplikace a. s., IČ 27677257, Ostrava, Poruba, Studentská 6202/17
Periodikum: čtvrtletník | Náklad: 200 ks | Evidenční číslo: MK ČR E 21088
Autor: kolektiv autorů | Kontakty: [email protected], http://www.materialy21.cz
Tento časopis vzniká s přispěním Evropského sociálního fondu a státního rozpočtu České republiky v rámci projektu
Materiály pro nové tisíciletí (registrační číslo CZ.1.07/2.3.00/35.0009).
MAT21 3
TERMOJADERNÁ FÚZE
Tokamak ITER
KOMUNIKUJE s veřejností
„Kus za provensálskou vesnicí Cadarache
se staví obří tokamak ITER,“ tolik Události
České televize z 27. června 2013. Zajímavé je, že žádná vesnice takového jména
neexistuje a tak tokamak ITER se sice
může stavět kus za něčím, ale jiným. Staví
dva kilometry za největším francouzským
střediskem pro výzkum atomové energie
CEA Cadarache. Tokamak ITER nebude vyrábět elektřinu, takže se ve Francii nestaví
ani elektrárna budoucnosti, jak dále tvrdily
jinak jistě objektivní Události.
CEA Cadarache se jmenuje podle kaple, která v lesích kolem řeky Durance kdysi stála.
V CEA Cadarache výzkumníci atomy jednak
štěpí – reaktor Jules Horowitz a jednak slučují – supravodivý tokamak Tore Supra.
Proč jsem začal zdánlivě nepodstatnými
fantaziemi veřejnoprávní televize? Protože
žádnou takovou nepřesnost si nemůže dovolit Local Commision for Information, kterou
francouzština zkrátila na CLI. 42 členů CLI
spolupracuje na jedné straně s Oddělením
bezpečnosti a kvality (DSQS) ITER organization a na straně druhé s obyvateli okolí staveniště. Uvážíme-li vzdálenější okolí, tak poblíž
staveniště žije na 200.000 obyvatel.
Tokamak ITER je první fúzní zařízení, které
získalo jadernou licenci a není divu, že se
lidé, za jejichž humny vyrůstá ono podivné
zařízení, nejprve ptali po bezpečnosti budoucího tokamaku. CLI odvedla dobrou práci
a dnes už obyvatele netrápí ani tak otázka jaderné bezpečnosti jako bezpečnosti sociální.
„Kdo budou zaměstnanci na staveništi? Kde
budou bydlet? Jak budou dojíždět do práce?“
Otázky jsou jistě na místě, neboť staveniště
v konstrukční špičce bude „osídleno“ až třemi tisíci dělníky, techniky a inženýry.
Objevily se zprávy o podivných existencích
pracujících za podřadné mzdy. Tyto neopodstatněné obavy CLI eliminovala prohlášením
o francouzských zákonech, kterým všichni
zaměstnanci budou podléhat. V sázce je
příliš, než aby důvěra Francie byla narušena
4 MAT21
Dopravní trasa ze středomořského přístavu Fos sur Mer do Saint-Paul-les-Durance pro komponenty tokamaku ITER.
Mapa použita s laskavým svolením ITER.
Zdroj: www.iter.org/img/resize-900-90/www/content/com/Lists/WebsiteText/Attachments/131/itinerary_1.jpg
obcházením zákonů o zaměstnanosti hostitelské země.
Ze zkušeností se složením pracovníků na
stavbě Evropského tlakového reaktoru ve
Flamanville se předpokládá, že 80 % budou
Francouzi a zbytek z ostatních zemí Evropské unie. Kromě jiného bude tedy ITER i významným zdrojem pracovních míst. Ubytování budou hledat společnosti fungující v rámci
Vinici, což je konsorcium firem pracujících na
stavbě ITER. Už dnes je vytipováno 19 ubytovacích lokalit s časem dojezdu na stavbu do
30 minut. Aktuální růst stavebních aktivit sebou nese organizační výzvy pro kompetentní
instituce zahrnuté do konsorcia a je určitě
jejich povinností vysvětlovat obyvatelům jak
se tyto výzvy budou řešit.
Než byla stavba ITER přidělena Evropské
unii, probíhaly nesmlouvavé (diplomatické)
boje mezi Rokkasho Muro a Cadarache, mezi
Japonskem a Evropou. Zatímco argumentem
Evropy byla nemalá sesimistická aktivita
ostrova Hokaido, Japonci měly spočítané
tunely, mosty a snad každou zatáčku na sto
kilometrech od mořského přístavu Fos sur
Mer nedaleko Marseille či spíše přístavu La
Pointe na jezeře v Bere do Cadarache. Bylo
jich 26 - tedy těch tunelů, mostů 30 a 16 zatáček co se musely rozšířit, zpevnit, zatáčky
narovnat, aby se konvoje s mimořádným nákladem mohly protáhnout po silnici od vylodění na místo určení. Třetinu ze 110 milionů
Eur zaplatil region Bouches-du-Rhone a zbytek stát Francie. Sedm partnerů nejdražšího
pozemského vědecko-technického projektu
na světě budou své závazky platit ve formě
výrobků, což mimo jiné znamená, že do Cadarache budou proudit části tokamaku doslova z celého světa.
Šestnáct je vesnic, kterými projede v letech
2014 až 2022 deset tisíc nákladních aut, dvě
stě těžkých konvojů. V září 2013 a v březnu
2014 projely celou trasu testovací konvoje.
První vyzkoušel techniku a druhý logistiku.
Ta ostatně byla konzultována s nedalekým
Toulouse, kde se vyrábějí Airbusy a tudíž
i přepravují jejich části. Jak takový testovací konvoj vypadal? Vezl na 88 (!) nápravách
360 betonových bloků, což odpovídá 800
TERMOJADERNÁ FÚZE
Vlevo řeka Durance, vpravo silnice upravovaná pro přepravu komponent tokamaku ITER.
Fotografie použita s laskavým svolením ITER.
Zdroj: www.iter.org/album/transport#215
Testovací dopravník vezl 800
tun 360 betonových bloků, byl
40 m dlouhý, 9 m široký
a 11 m vysoký s 88 nápravami.
Obrázek je použit s laskavým
svolením ITER.
Zdroj: www.iter.org/doc/all/
content/com/gallery/Construction/Transport/iter%20
mock%20up%20design_small.
jpg
tunám nákladu. Rám simuloval maximální
očekávané rozměry, byl 60 metrů dlouhý,
11 metrů vysoký a 9 metrů široký. Konvoj jel
pouze v noci. Pro pomalé konvoje se počítá
při rychlosti 5 km/hodinu pět nocí, „rychlé“
konvoje zvládnou 104 km za 2 noci při průměrné rychlosti 10 km/hod. První skutečné
zásilky přijedou již letos.
Dopravu po vodě, souši a vzduchem, pojištění, vlastně veškerou logistiku dopravy od
výrobního závodu do přístavu La Pointe či na
letiště Marignane – obé poblíž Marseille –
zajišťuje firma DAHER. Do těchto dvou míst
hradí náklady na dopravu příslušné Domácí
agentury ITER. Od Marseille přebírá odpovědnost a úhradu nákladů evropská Domácí
agentura ITER - F4E (Fusion for Energy).
Na trase ze středomořského přístavu Fos sur
Mer přes vnitrozemské moře Etang de Berre
do nejbližšího místa stavby ITER, to je Saint
Paul-lez-Durance, se nachází šestnáct vesnic. Nikdo nezapírá, že přeprava komponent
pro ITER nebude pro obyvatele těchto míst
značná zátěž. Už dnes probíhá intenzivní
vysvětlující kampaň, jsou připravena předváděcí místa, kde si budou mocí lidé nezvyklé,
mimořádně rozměrné zásilky prohlédnout
zblízka: přístav Port de la Pointe a městečko
Peyrolles-en-Provence poblíž místa pro ITER.
Budou se vozit nejprve části použité v nejnižších patrech stavby. Úplně první zásilky
budou tento rok tanky drenážního systému.
Nejtěžší kusy – segmenty vakuové komory
a jednotlivé cívky toroidálního pole přijdou
na řadu v letech 2015 až 2017, komponenty,
které vyrábí Evropa a Korea.
Když začátkem minulého století začínaly
výboje ve zředěných plynech ve skleněných
baňkách o hmotnosti ne větší než kilogram,
nebylo v lidských silách si představit skutečnost o sto let mladší, kdy místo skla nastoupila ocel a místo kilogramu tisíce tun.
Milan Řípa
Zdroj: volně podle ITER Newsline – www.iter.org/
newsline
Dálkově ovládané
vozidlo firmy DAHER,
které se bude podílet
na dopravě mimořádně
rozměrných částí tokamaku ITER z přístavu
Fos sur Mer na staveniště Cadarache.
Fotografie použita
s laskavým svolením
ITER.
Zdroj: www.iter.org/
album/transport#2531
MAT21 5
PROTON VS. ELEKTRON
TOHLE se nemělo STÁT
Byla jednou jedna singularita. Jednalo se
o nesmírně hmotný a hustý bod, ve kterém
se vyvinul enormní tlak, jaký si člověk nedokáže ani představit. A pak se to stalo. Naše
ubohá singularita už to napětí nevydržela
a vybuchla v takzvaný Velký třesk. Uvolnilo
se ohromné množství energie a tento okamžik se tedy označuje jako vznik našeho
vesmíru. Spolu s vesmírem vznikly i subatomární částice. A já budu vypravovat příběh
dvou z nich.
Jak už jsem řekl, při vzniku vesmíru vznikly i maličkaté částice, konkrétně protony
a elektrony. Jak už napovídají jejich elektrické náboje, byl proton kladný jak nábojem,
tak i povahou a elektron naproti tomu záporný se zápornou povahou. A tady začíná náš
příběh.
6 MAT21
„Dostal jsem geniální nápad. Donutím
všechny kladně nabité částice obíhat kolem
nás, záporně nabitých,“ promlouval sám
k sobě záškodník Elektron. Ještě téhož dne
záškodník Elektron vtrhl do pracovny profesora Protona a řekl mu svůj plán: „Donutím
vás, všechny kladně nabité částice, obíhat
kolem nás, záporně nabitých.“ „To nemůžeš! Vznikla by antihmota, která anihiluje
s normální hmotou, což způsobí obrovský
výbuch,“ zvolal mnohem chytřejší profesor
Proton. „To nemůže být pravda! Jen se mě
snažíš zastrašit,“ odvětil Elektron. „ Když
myslíš.. Jestli na tom stále trváš, budu tě
muset polapit svou 1.800 x větší přitažlivou
silou,“ odpověděl profesor Proton. „To neuděláš! Neeeeeeeeeeee!“ zařval záškodník
Elektron.
Toto byla poslední slova Elektronu před tím,
než byl polapen. Tím, že proton polapil elektron, který teď musí obíhat kolem něj, vznikl
prvek známý jako vodík. Je to nejjednodušší
prvek ve vesmíru. Má jen jeden proton, elektron a na rozdíl od jeho izotopů a jiných prvků
mu chybí neutron v jádře.
Ale mohlo tomu být úplně jinak, pokud bychom měli jiné fyzikální zákony..
Martin Repčík, IV.A8
Gymnázium, Olomouc - Hejčín, Tomkova 45
Klub malých debrujárů
iQLANDIA
Do světa VĚDY
a TECHNIKY
Ve středu 16. dubna 2014 navštívili debrujáři klubu Jablonec nad Nisou se spolužáky
v rámci projektu MAT 21 nově otevřené science centrum iQLANDIA v Liberci. Po čtyři
hodiny pronikali do světa vědy a techniky
a hráli si s interaktivními exponáty.
Exponáty Věda v domě aneb Jak věci fungují nám pomohly nahlédnout pod povrch věcí,
které běžně používáme. Prozkoumali jsme,
co se skrývá ve zdech domu, kam vedou
trubky a elektrické dráty.
Na panelech Češi světu jsme se seznámili
s životopisy a díly mnoha českých vynálezců.
Expozice Technické univerzity Liberec aneb
Svět nápadů a objevů nám přiblížila svět
nanotechnologie a jejího využití v dnešním
světě.
V planetáriu jsme zhlédli film promítaný na
9metrovou kopuli. Ten nás zavedl k jarní
hvězdné obloze a při společném putování
s panem Darwinem jsme pochopili jeho teorii o evoluci druhů. V deseti interaktivních
expozicích je na čtyři stovky exponátů.
V GEOlabu jsme se dostali do nitra Země,
pod povrch České republiky, zejména k její
geologii, do světa krápníků, jeskyní a hornin.
Vyzkoušeli jsme si i práci se seismografem.
Ve vodním světě jsme si pohráli s vodou, stavěli si vodní mlýnky a hráze, zkoumali proudění a sílu vody.
Změřte si sílu svých paží!
Zdroj: soukromý archiv klubu
Projděte se nad střechami mrakodrapů!
Zdroj: soukromý archiv klubu
Ve Zvukové věži jsme si zahráli s netradičními zvuky a ze 4. patra budovy jsme měli
rozhled po celém Liberci.
V pavilonu Živly jsme vyzkoušeli sílu vichřice
i zemětřesení.
Do expozice Geo jsme prošli hvězdnou branou, na skateboardu jsme prolétli celou sluneční soustavou, vyzkoušeli si gravitaci na
Měsíci.
V relaxačním prostoru jsme si vyzkoušeli
vodní stěnu Flash Wall. Na vodu padající
z výšky 3,5 m jsme promítali vlastní obrázky,
které byly ještě doplněny barvami a hudební
fontánou.
Po dni plném zážitků jsme se rozloučili s panem Einsteinem, který sedí na lavičce před
centrem, a domů jsme odjížděli plni dojmů.
Zažijte zemětřesení na vlastní kůži!
Zdroj: soukromý archiv klubu
Exponáty Člověk aneb Cesta do hlubin lidské duše byla velmi zajímavá. Změřili jsme
si objem vlastních plic a na obrovských exponátech oka, ucha a nosu jsme si vyzkoušeli
fungování lidských smyslů. Největší obdiv
měl však humanoidní robot.
Návštěva iQLANDIE je opravdu stojí za to,
děkujeme.
Cestujte ve stroji času!
Zdroj: soukromý archiv klubu
Mgr. Alena Šáfrová
Základní škola Jablonec nad Nisou,
5. května 76, příspěvková organizace
MAT21 7
TERMOJADERNÁ FÚZE
(Supravodivé)
PRAMENY
Technici Ústavu fyziky plazmatu čínského Hefei navíjejí právě vyrobený supravodivý kabel.
Fotografie použita s laskavým svolením ITER.
Zdroj: www.iter.org/img/resize-250-90/www/content/com/Lists/WebsiteText/Attachments/22/coiling.jpg
Jako provázky se horské potůčky klikatí do
stříbrných bystřin a ty se splétají do rychlých mělkých řek klouzajících po oblých
kamenech až tu mohutný, těžký a líný veletok se noří do všeobjímajícího moře – tak
vzniká „cable in conduit“ = supravodivá cívka - základ magnetického udržení termojaderné reakce, základ řešení nejdůležitější
otázky současné společnosti: „Bude či nebude globální ne/dostatek energie?“
Na rozdíl od druhého přístupu, kdy při tak
zvaném inerciálním udržení termojaderného
plazmatu, není třeba žádných nesmírně nákladných supravodivých cívek, „jen“ trocha
termojaderného paliva ozářeného nepředstavitelným výkonem laserového paprsku. Obr
8 MAT21
(laser) a trpaslík (terčík) zatím nenašli společnou řeč a tak veškerá zodpovědnost zůstala
na supravodivých cívkách, které ovšem také
nejsou z nejmenších. Naopak, supravodivé
cívky tokamaku ITER svými parametry rychle
překonají vše, co dosud člověk vyrobil – včetně největších supravodivých vinutí částicových urychlovačů v CERNu.
Poezie v úvodu chtěla naznačit, že nejprve tu
je mikronové supravodivé vlákno (filament)
z Nb3 Sn či NbTi, to se stočí do žíly, ta se smotá do pramene (strand) a konečně prameny
se sdruží do šesti svazků (boundles) kolem
trubky protékané tekutým heliem (cabel).
Kabel je pak nutné uložit do kovového pláště
(conduit, jacket). Nesmíme zapomenout na
příměs měděného drátu a elektrickou izolaci
z kaptonu a pryskyřice. Posledně zmíněné
úpravy mají zabránit destrukci supravodiče
v případě nečekané a náhlé ztráty supravodivosti (quench), kdy je třeba nahromaděný
elektrický proud odvést do bezpečí a uklidnit
indukovaná elektrická napětí.
Hle a supravodič je připravený vytvářet dostatečně silné magnetické pole, aby odradil
termojaderné plazma od zaječích úmyslů
utéci tam, kde nechal fyzik či spíše inženýr
díru. Faktem je, otvorů je v nerezovém plášti
požehnaně, ale ty určitě neslouží k tomu, aby
si plazma vyšlo na procházku mimo svůj domov vakuové komory. Průduchy jsou připraveny pro diagnostiku, přívod a odvod paliva,
TERMOJADERNÁ FÚZE
Cívky toroidálního pole – spolupracuje celý svět
Cívky
toroidálního
pole
Rámy cívek
toroidálního pole
Vodič
To není znázornění útoku 1. ukrajinského frontu proti německé skupině armádě Střed, ale pohyb supravodivého vlákna
od výrobce přes zpracovatele na místo spotřeby.
Schéma použito s laskavým svolením ITER.
Zdroj: www.iter.org//doc/www/content/com/Lists/Stories/Attachments/1653/tf%20collaboration.jpg
výměnu poškozených komponent z vnitřku
komory. Pokud se plazmatu přece jen podaří
zajištěnou obranu prorazit, není to pro první
stěnu (First Wall) nic co by ji těšilo. Musí být
proto vybrány materiály, které jsou na takové
nepříjemnosti dobře připraveny.
Zkrátka a dobře, kvalitní magnetické pole
mezinárodního tokamaku ITER, potřebuje
kvalitní supravodivé elektromagnety a o to se
dnes stará prakticky celý svět. Pět států a Evropská unie začalo v roce 2009 vyrábět materiál Nb3Sn a dnes dosáhly hranice 400 tun!
Do této doby celý svět za rok vyráběl pouhých
15 tun! Dnes má konsorcium ITER připraveno 80.000 kilometrů vlákna, kterým by rovník obtočilo hned dvakrát! Vlákno vyrábí osm
kvalifikovaných firem, včetně tří na trhu zcela
nových. Jedna z osmnácti cívek toroidálního
pole bude mít hmotnost 360 tun, což je vzletová hmotnost Boeingu 747 a uvnitř vakuové komory vytvoří 18 cívek magnetické pole
12 Tesel (10.000x více než magnetické pole
Země) při energii 51 GJ což je energie spěchající letadlové lodi Charles de Gaulle.
Čtyři výrobci používají standardní metody „internal tin“ a zbývající čtyři „bronze proces“.
Supravodič pro centrální solenoid a cívky
toroidálního pole musí fungovat i při silných
magnetických polích, což Nb3Sn dokáže, ale
za cenu zacházení jemnějším než ošetřování
nemluvněte. Běda, nepohladíte-li Nb3Sn láskyplně – pozná to hned a okamžitě se vám
odvděčí ztrátou supravodivosti. Proto se hledají nové a nové způsoby jak supravodič neurazit.
Na jedné straně je úžasné, že se na výrobě
supravodivého vlákna pro cívky toroidálního pole podílí šest států a hned osm firem
získalo statut kvalifikované instituce, ale na
straně druhé je třeba vyvinout systém kontroly, aby výrobky všech společností splňovaly
potřebné parametry a nebyly doslova každý
pes jiná ves.
Kontrola má tři cesty: statistickou pro kritické parametry, systematickou pro nízké teploty drátů a pravidelnou opět pro nízké teploty
zde vlastních vodičů. Údaje shromažďuje Databáze supravodičů ITER, která má dneska
již 350.000 položek. Přispívá do ní přibližně
150 uživatelů včetně dodavatelů a Domácích agentur.
Milan Řípa
Stelarator Wendelstein W7-X - viz
aktualita na str. 14 bude to zcela
stacit.
Fotografie použita s laskavým svolením EFDA.
Zdroj: www.efda.org/wpcms/wp-content/uploads/2011/12/Umsetzen-letztes-Modul_3-Foto-IPP-Tino-Schulz1-720x260.jpg
MAT21 9
STAŇ SE KOSMONAUTEM
poznej
VESMÍR…
Na konci podzimu odjíždí každoročně
z Prahy autobus, ve kterém sedí dvanáct
mladých českých a slovenských děvčat
a chlapců, kteří míří se svými jen o málo
staršími veliteli a důstojníky do Evropského
centra mladých kosmonautů v Belgii, aby
si tam během několikadenního tréninku
vyzkoušeli kosmonautický výcvik podobný tomu, jaký absolvují skuteční kandidáti
kosmických letů.
Vrcholí tak každoroční dlouhodobá soutěž
„Expedice Mars – poznej vesmír…“, ve které
hledá Česká kosmická kancelář o.p.s. společně s Dětskou tiskovou agenturou Domino
a Slovenskou organizací pro vesmírné aktivity, ve spolupráci s prvním československým
kosmonautem Vladimírem Remkem, mladé
české a slovenské zájemce o kosmonautiku, astronomii a další obory moderní vědy
a techniky.
Start letošní Expedice Mars v iQLANDII v Liberci.
Zdroj: Photo © Liberecký deník
10 MAT21
„Expedice Mars“, jejíž již jedenáctý ročník
odstartoval v polovině dubna v nově otevřeném science centru iQLANDIA v Liberci, je
celoroční vědomostní soutěž určená mladým
zájemcům o vědu a techniku ve věku 13 až
18 let, kteří chtějí poznat, co to obnáší „být
kosmonautem“, chtějí si vyzkoušet trenažéry, na kterých trénují i skuteční kosmonauti,
chtějí hlouběji proniknout do tajů astronomie, kosmického lékařství a biologie nebo se
stát planetárním architektem či dokumentaristou, zaznamenávajícím události kosmické
mise pro budoucí lidská pokolení.
Finále „Expedice Mars“ už není soutěž o to,
kdo bude silnější nebo hbitější – v této fázi
soutěže je „Expedice Mars“ již především
o vzniku společné mezinárodní česko-slovenské posádky, kde všichni musí spolupracovat, doplňovat se, pomáhat si a podporovat se navzájem. Je to projekt o tom, že
pouze ve společné síle celé posádky, jejich
mladých důstojníků a velitelů je možné doletět až do cíle, přežít útrapy kosmického výcviku i simulovaného letu do kosmu. A ve zdraví
a pohodě se vrátit zpátky domů.
Mladé kosmonauty, kteří třeba za několik
málo desítek roků poletí opravdu do vesmíru,
hledá Česká kosmická kancelář o.p.s. a Klub
Domino, Dětská tisková agentura společně
s dalšími partnery již jedenáctý rok. A každoročně najde dvanáct mladých českých (a od
roku 2010 i slovenských) žáků, zapálených
pro moderní vědu a techniku. Ve spolupráci s patrony projektu – československým
kosmonautem Vladimírem Remkem (tohoto
času pobývajícím v diplomatických službách
v Moskvě) a slovenským kosmonautem Ivanem Bellou (který je v diplomatických službách pro změnu v Kyjevě) – jim ukáže taje
kosmonautiky a astronomie a provede je základy dalších oborů, které budou potřeba při
budoucích misích na Mars nebo do dalších
míst nám známého, a třeba i dosud neznámého, vesmíru.
Po úvodní části soutěže, kdy zájemci na
webových stránkách „Expedice Mars“
www.expedicemars.eu vyplní informační
dotazník a v motivačním dopise představí
sebe a své důvody proč se do této soutěže
hlásí, je těm nejlepším z nich zadána projektová práce z odbornosti, kterou si sami
vyberou (palubní inženýr, palubní lékař/biolog, kosmonaut-dokumentarista, astronom,
planetární architekt). V této fázi soutěže již
účastníci těsně spolupracují se svými veliteli
a důstojníky jednotlivých odborností, kterými jsou ve všech případech úspěšní absolventi „Expedice Mars“ z předcházejících
roků. Z nejlepších projektových návrhů vyberou velitelé po pěti projektech z každé odbornosti – a takto vzniklá pětadvacítka mladých
kosmonautů-čekatelů je pozvána na semifinálové víkendové setkání. Tam musí obhájit
STAŇ SE KOSMONAUTEM
likahodinový simulovaný let do vesmíru v modelu amerického raketoplánu ve velikosti 1:1
nebo v menším, ale zato hodně dynamicky
se projevujícím, modulu miniraketoplánu.
Součástí programu je i návštěva Evropského
parlamentu v Bruselu, spojená až do loňského roku se setkáním s prvním československým kosmonautem Vladimírem Remkem
(který byl až do odchodu do funkce českého
velvyslance v Moskvě na počátku roku 2014
jedním z českých europoslanců).
Finálová posádka Expedice Mars před Výcvikovým centrem mladých kosmonautů v Transinne.
Zdroj: Photo © archiv Expedice Mars
před odborným pohledem velitelů, důstojníků i spolusoutěžících svůj projekt, předvést
své znalosti angličtiny (jelikož většina finálového výcviku probíhá v angličtině, je na znalost jazyka kladen velký důraz), ale i v neposlední řadě ukázat, že jsou schopni pracovat
v týmu, podřídit se ostatním členům posádky, ale i je podpořit, když je to potřeba.
kousek papíru napsat, koho by on osobně ze
své odbornosti do finálového výcviku poslal,
kdo je podle něj nejlepší a postup si zaslouží.
Je zajímavé, jak dobře se výsledky velitelů
s výsledky soutěžících většinou shodují.
Do belgického městečka Transinne odjedou
finalisté soutěže „Expedice Mars“ na konci
Po návratu mladí kosmonauté neodcházejí,
ale pokračují ve většině případů v další spolupráci s organizátory „Expedice Mars“ – ať
jako důstojníci jednotlivých odborností a později i jejich velitelé, jako členové pracovních
týmů připravujících jednotlivé etapy dalších
ročníků soutěže, či jako účastníci různých
jiných programů zaměřených na kosmonautiku a moderní vědu, které organizuje Česká
kosmická kancelář o.p.s.
Ale hlavně – dále se zajímají o kosmonautiku, astronomii, přednáší o ní svým spolužákům, píší o ní studentské vědecké práce,
představují ji na odborných studentských
konferencích, workshopech a letních školách. Prostě – žijí vesmírem i nadále.
„Expedice Mars“ je jediný projekt v České republice, který je držitelem prestižní medaile
sovětského kosmonauta Alexeje Leonova,
který ji osobně uděluje za mimořádné zásluhy při vzdělávání v kosmonautice (u nás ji
kromě Expedice Mars vlastní pouze kosmonaut Vladimír Remek).
„Expedicí Mars“ za deset let jejího trvání prošlo mnoho pozdějších vítězů
různých národních a mezinárodních
soutěží a festivalů, účastníků letních
kempů kosmonautiky, výměnných programů nebo studentských stáží. I jejich neúplný výpis je pozoruhodný:
Trénink pohybu v šestinové gravitaci
měsíčního povrchu.
Zdroj: Photo © archiv Expedice Mars
Velitelé poté společně rozhodnou o dvanácti
finalistech, kteří obdrží velice ceněné modré
kombinézy, opravňující jejich nositele chlubit
se tím, že prošli výcvikem mladých kosmonautů v projektu „Expedice Mars“. Výběr
finalistů je podpořen i výsledky malé sondy
do nitra každého ze semifinalistů, kdy každý
z nich musí před vyhlášením výsledků na-
Obávaná tříosá houpačka – Multiaxis.
Zdroj: Photo © archiv Expedice Mars
podzimu. Zde si v Evropském centru mladých kosmonautů vyslechnou řadu přednášek o kosmonautice, astronomii či fyzice
a vyzkouší si na speciálních trenažérech simulovaný stav beztíže nebo pohyb v šestinové gravitaci Měsíce, prověří své schopnosti
na rotačním křesle nebo na, většinou dost
obávaném, tříosém kolotoči. A prožijí i něko-
Veronika Šímová (Space2 2006) si
v roce 2007 vyzkoušela jako jedna ze
sedmi celosvětových vítězů motivačního projektu „Youth Inspiration Project“
stav beztíže při speciálním letu dopravního letadla Boeing v USA (Zero-G).
Mezinárodního kosmického kempu,
konaného ve středisku NASA v Huntsville, se postupně zúčastnili Tomáš
MAT21 11
STAŇ SE KOSMONAUTEM
rodní konferenci „International Space
Development Conference“ v americkém San Diegu představili svůj projekt
TOSKA, zaměřený na vybudování velké
základny ve vesmíru, Aneta Ceplechová (EM 2009), Michaela Löfflerová (EM
2012), Jakub Sláma (EM 2012) a Aleš
Ceplecha (EM 2012).
Zahraničních studentských stáží a výměn se zúčastnili Petr Adámek (Space1 2005), Lucie Davidová (EM 2007),
Kryštof Hes (EM 2011), odborných
stáží na ústavech Akademie věd České republiky Marie Magdaléna Halatová (EM 2007) nebo současný velitel
Expedice Mars Michal Vyvlečka (EM
2007), který je také držitelem „Ceny
Nadačního fondu Jaroslava Heyrovského“ z roku 2012. Držitelem prestižního ocenění „TALENT roku 2012“ je
účastník Expedice Mars z roku 2010
Marek Novák, držitelem ceny „Česká
hlavička“ za rok 2013 Jan Hrabovský
(EM 2009).
V kabině raketoplánu Amicitia.
Zdroj: Photo © archiv Expedice Mars
Medailisty a vítězi Mezinárodních astronomických a astrofyzikálních olympiád jsou Ondřej Thainer (EM 2009),
Petr Kosec (EM 2010) nebo Michaela
Brchnelová (EM 2011), zlatou medaili
z přírodovědecké European union science olympiády v roce 2012 vlastní
Adam Přáda (EM 2011). Do studentských vědeckých projektů Evropské
kosmické agentury ESA se úspěšně
zapojil Martin Pecka (EM 2004).
V Evropském parlamentu v Bruselu při setkání s Vladimírem Remkem.
Zdroj: Photo © archiv Expedice Mars
Pejchal (EM 2004), Julie Nováková
(EM 2007), Anna Štindlová (EM 2007),
Kateřina Bernatíková (EM 2007) a Jan
Frank (EM 2008). Evropského kosmického kempu v norském raketovém
středisku v Andoyae Tomáš Pejchal
(EM 2004) a Barbora Šrámková (Space1 2005).
12 MAT21
Největšího světového studentského
vědeckého festivalu INTEL ISEF (Intel
International Science and Engineering Fair) se v USA zúčastnili se svými
projekty zaměřenými na vědní témata
s přesahem do kosmonautiky nebo
astronomie Jan Hrabovský (EM 2009),
Marek Novák (EM 2010) a Michaela
Brchnelová (EM 2011). Na meziná-
Úspěšní účastníci projektu „Expedice Mars“
i po skončení výcviku v belgickém Centru
mladých kosmonautů zůstávají v kontaktu se
svými veliteli i mezi sebou. V roce 2009 pomáhala celá skupina mladých lidí v modrých
overalech „Expedice Mars“ na světovém setkání kosmonautů ASE 2009 v Praze, stejně
tak jako o rok později během Mezinárodního astronautického kongresu v Praze, který
pořádala Česká kosmická kancelář o.p.s.
V roce 2011 vypomáhala řada absolventů
Expedice Mars při besedách a autogramiádách pořádaných u příležitosti návštěvy
amerického astronauta Andrewa Feustela
v několika městech ČR (projekt „Do kosmu
s Krtkem“), v roce 2013 si to někteří z nich
zopakovali během návštěvy geologa NASA
Jamese Riceho (projekt „Na řadě je Mars“).
STAŇ SE KOSMONAUTEM
Projekt „Věda z kufru“, zaměřený na
popularizaci přírodních věd mezi mladými lidmi v České republice, vede již
několik roků čtveřice účastníků Expedice Mars – Michal Vyvlečka (EM
2007), Aneta Ceplechová (EM 2009),
Anna Skotáková (EM 2009) a Adam
Roudnický (EM 2011), ke kterým se
postupně přidávají další z mladých
kosmonautů našeho společného projektu.
A bylo by toho ještě mnohem více…
Expedice Mars našla za deset let své existence již více než stovku českých a slovenských mladých kosmonautů a dala jim šanci
si prožít svůj krásný kosmický sen. Ale hlavně našla mnoho mladých zájemců o vědu
a techniku, které budeme v budoucnosti, ne
ve hře nebo filmu, ale v reálném životě, moc
potřebovat. A o to tady jde.
..nebo Američanem Andrewem Feustelem.
Zdroj: Photo © archiv Expedice Mars
Milan Halousek
Více čtěte zde:
Informace o projektu „Expedice Mars – poznej vesmír…“ najdete na webových stránkách
www.expedicemars.eu
Mladí kosmonauti mají možnost se setkat
i s řadou těch „opravdových“ – například s japonským kosmonautem Koičim Wakatou ..
Zdroj: Photo © archiv Expedice Mars
Účastníci Expedice Mars se spolu setkávají i po skončení jejich výcvikové mise.
Zdroj: Photo © archiv Expedice Mars
MAT21 13
POZORUHODNÉ NOVINKY
Zajímavosti
z domova
i ze světa
NOVÝ SUPERTĚŽKÝ ATOM JDE DO
TABULEK.
JEDNAJEDNASEDMIČNÍK
ČEKÁ NA JMÉNO
Vysoce nestabilní chemický prvek s atomovým číslem 117 vytvořili poprvé Američané a Rusové v roce 2010, ovšem
pouze na zlomek sekundy. Mezinárodní
tým v německých laboratořích pozorování nepřímo potvrdil. Nyní se čeká na to,
zda budou tyto důkazy dostatečné pro
zařazení prvku do oficiální periodické
soustavy.
Více čtěte zde: http://technet.
idnes.cz/novy-prvek-ununseptium-vyzkum-overeni-fcx-/veda.
aspx?c=A140506_151047_veda_pka
GREIFSWALD V SEVERNÍM NĚMECKU
BYL 20. KVĚTNA 2014 SVĚDKEM SPUŠTĚNÍ NEJVĚTŠÍHO A PRVNÍHO SUPRAVODIVÉHO STELARÁTORU NA SVĚTĚ
Stelarátor Wendelstein 7-X postavil německý Ústavu fyziky plazmatu. Po osmi
letech zpoždění a dvojnásobným nákladům oproti plánovaným 500 miliónům
Eur má svět další zařízení aspirující na
zvládnutí řízené termojaderné fúze pomocí magnetického udržení.
14 MAT21
V přehledu zajímavostí jsou použity doslovné
citace s odkazy na zdrojové články.
VIDEO: NASA ZVEŘEJNILA DECHBEROUCÍ ZÁBĚRY SLUNEČNÍ ERUPCE
NASA zveřejnila časosběrné video velké
sluneční erupce, která vypukla ve středu.
Erupce byla klasifikována jako M6,5, což
je desetkrát menší intenzita, než u nejsilnějších erupcí třídy X.
Více čtěte zde: http://zpravy.idnes.cz/
nasa-a-video-slunecni-erupce-d1m-/zahranicni.aspx?c=A140405_204118_zahranicni_ert
FYZIKOVÉ MĚLI OBJEVIT NOVÝ
DRUH HMOTY. MÁME TENTOKRÁT
VĚŘIT?
V údajích z urychlovače LHC se podařilo objevit stopy existence částice, která by mohla být ukázkou dříve
nepozorované typu hmoty. Nedávná
historie ovšem ukazuje, že s oslavou
podobných objevů se vyplatí počkat.
Více čtěte zde: http://technet.idnes.cz/novy-druh-castic-tetrakvark-d1r-/veda.
aspx?c=A140418_152218_veda_
mla
RUSKO MÁ PLÁNY NA KOLONIZACI MĚSÍCE, CHCE ZAČÍT PO ROCE
2030
Rusko začíná ladit plány, podle nichž
by po roce 2030 mohlo zahájit kolonizaci Měsíce. Předběžné návrhy,
které zveřejnil list Izvestija, počítají
se třemi stádii ruské lunární mise
- ta první by mohla odstartovat už
v roce 2016. Lidé by se však na měsíční povrch měli dostat nejdříve za
15 až 25 let.
Více čtěte zde: www.lidovky.cz/
rusko-ma-plany-na-kolonizaci-mesice-chce-zacit-po-roce-2030-p2p-/
veda.aspx?c=A140509_213304_
ln_veda_hm
HLAS PROJEKTOVÉHO LIDU
I
L
U
P
O
P
VOX
DOJMY Z
Realizace projektu Materiály pro nové tisíciletí
se blíží ke konci a rádi bychom se s vámi podělili o postřehy žáků po návratu z různých projektových akcí do reality všedních dní.
CÍ
K
A
H
C
Ý
V
ROJEKTO
P
,
ě potěšilo
ale moc m
,
ledu.
y
h
k
o
š
k
á
n
le
d
ého da
vé pře
k
a
řs
m
á
jí
d
a
z
z
ě
n
v
m je
do h
Čekala jse koušela podívat se
z
Mé očekávání bylo, že se naučím
y
v
i
s
něco nového a že
že jsem
budu překvapen. Nebyl jsem vyve
den z omylu.
i proběhlo
co na akc
l,
ostavilo
a
d
v
á
ru
k
ě
e
č
mto sm
jsem o
to
ě
n
v
ž
e
á
s
v
í)
ře
P
itivn
apení (poz
ač i překv
Byl nejvýš uspokojivý!
Nevěděl jsem toho o plazmatu mno
ho.
Stále nevím, ale je toho zase o něc
o více.
.
se mi tam
vé a líbilo
a
m
jí
a
z
.
á
e
, je úžasn
je to velic
procházeli
ém muzeu
k
m
ic
ta
n
e
h
s
c
k
te
V
ky, ja
a na Pelíš
Vzpomínk
chudáci,
h - ale byli
c
te
a
íř
v
z
líto.
ilo to o
ami se líb
m jich bylo
Nám s holk me rády psy, tak ná
Má
že umřeli.
Ano, kroužek (fyzik
ální seminář) rozš
iřuje obzory, byst
ducha a prohlubu
ří myšlení, zušlec
je hloubku (hrozn
hťuje
é užití slov) názo
rů o světě a existe
nci.
ĚLO
CO CHYB
o jiného
kinga neb
w
a
H
a
n
e
h
děr.
vidět Step
či černých
u
ír
m
s
e
Chtěl bych
v
o
přednášce
fyzika na
Rád bych se zúčastnil dalších před
nášek o materiálech nového tisíc
iletí týkajících se nejen
tokamaku, ale např. přírodních mat
eriálů, jejich syntetických substit
utů apod.
vé pole,
ohon, silo
lné meče.
Warpový p
em, světe
s
a
č
í
n
á
v
cesto
Další hvězdárnu nebo
nic!
alizačním
s tímto re
le
a
,
ti
s
o
dnášek.
ožn
ou další m il i dalších akcí/pře
js
é
k
ja
,
Nevím
účastn
ch se jistě
týmem by
V řídícím středisku tokamaku nám
bylo řečeno, že v kulečníku se kou
le hnaná naplno zcela
zastaví. To není pravda! V billiardo
vých kurzech se používá rotace zvan
á stopball. Špičkou tága
se míří těsně pod střed bílé koule.
Pouze pro upřesnění. :)
MAT21 15
TERMOJADERNÁ FÚZE
Čína JEDE!
Čínsky tokamak EAST udržel
režim H-mod po dobu 30 sekund
V předchozím čísle jsme mluvili o čínském
česneku. I tento článek polemizuje se zastáncem názoru: Všechno zlé (i česnek) pochází z Číny.
„Čínský tokamak spoutal horké plazma
po rekordní dobu 30 sekund“ se objevilo
2. prosince 2013 na stránkách www.rozhlas.
cz. Rekordní doba? Ano i ne. Japonský tokamak TRIAM dokázal horké plazma udržet
více jak 1.000 sekund před více jak deseti
roky. Takže v čem byl výsledek čínského tokamaku EAST výjimečný? To se v článku Českého rozhlasu nedozvíte.
Známkou kvality fúzního zařízení a vyspělosti vědeckého týmu je dosažení tak zvaného
režimu vysokého udržení jinak H-módu (H
jako high = vysoký) – pražský tokamak COMPASS dosáhl režimu H-mód již v roce 2012.
Právě tento režim se podařilo čínským vědcům na jejich na světě prvním celosupravodivém tokamaku udržet oněch inzerovaných
30 sekund. A jak se jim to podařilo? Ohřáli
plazma elektromagnetickými vlnami na frekvenci radiových vln, přesněji na frekvenci
dolního hybridu.
Plazma, zejména plazma v magnetickém
poli, má řadu význačných, jak se říká, rezonančních frekvencí. Dolně hybridní frekvence, jak název napovídá, je kombinací
základních rezonančních frekvencí a iontové
a elektronové cyklotronové frekvence.
Pokud se výsledky čínského tokamaku EAST
potvrdí, pak je možné, že dolně hybridní elektromagnetické vlny dostanou na tokamaku
ITER při potlačování nestabilit ELM přednost
před „neohrabanou“ montáží respektive použitím vnějších rezonančních cívek.
Dosud vybuzený režim H-módu ztroskotal
na zhoubných nestabilitách okraje plazmového provazce, které vystřelovaly chuchvalce plazmatu skrze „prázdný“ prostor mezi
plazmatem a materiálem komory na její stěnu. Jev podobný známých slunečním protuberancím, ovšem s 1019 krát menší energií.
Nicméně i tak jev velmi nepříjemný, neboť
kradl plazmatu energii a poškozoval stěny
vakuové nádoby, což ve svém důsledku vedlo k zániku hýčkaného režimu H-módu. Dolní
hybrid vybudil v okrajovém plazmatu elektrické proudy, které zvrásněly původně hladký magnetický povrch, do jisté míry módy
ELMs potlačily a H-mód přežil mnohem déle
než bez zásahu dolního hybridu.
Nevím, zda v Hefai se pěstuje česnek, ale
vím, že se tam pěstuje fyzika, konkrétně fyzika plazmatu, na té nejvyšší úrovni. Na takové úrovni, že bych tamním zemědělcům,
drobný prohřešek vůči kvalitě česneku rád
odpustil. Naštěstí nemusím. Čínský česnek
je kvalitnější a dvakrát lacinější než česnek
od českých farmářů, kteří ostatně, chtějí-li uspět v konkurenci, postupným vývojem
dospějí k metodám čínských fyziků, pardon
pěstitelů česneku!
Nakonec poznámku k článku v Českém rozhlase. Držím se zásady, špatná reklama, je
také reklama!
Milan Řípa
Dlužno říci, že stejným tématem se zabývají američtí vědci laboratoře General Atomic
na tokamaku D-III, kde používají k potlačení
První celosupravodivý tokamak na světě
- čínský EAST.
Zdroj: http://
dailyfusion.net/
wp-content/
uploads/2013/12/
east-tokamak.jpg
16 MAT21
nestabilit ELM vnější tak zvané rezonanční
cívky. Konečně čínští vědci v Hefai úzce spolupracují s kolegy Německa, Francie i USA.
Objev je o to cennější, že tokamak EAST patří, stejně jako pražský tokamak COMPASS,
do rodiny tokamaků podobných budoucímu
gigantu ITER, který buduje mezinárodní konsorcium ITER organization ve francouzském
Cadarache. Jinými slovy významný výsledek
tokamaku EAST bude moci tokamak ITER použít! S dolním hybridem se totiž v budoucnu
na tokamaku ITER počítá!
Ruský tokamak T-7, první tokamak na světě se supravodivými
cívkami, zakladatel čínského supravodivého programu. Práci
na tokamaku T-7 se účastnil i Ústav fyziky plazmatu ČSAV.
Zdroj: soukromý archiv M. Řípy
SUPER SUPRAVODIČ
Náhlá smrt = GÓL?
NE, QUENCH!
by sice neublížila lidem v okolí, ale oprava by
byla drahá a časově náročná.
Tokamak ITER bude mít do
supravodivých kabelů namíchány nesupravodivé kabely
z mědi. Když během náhlé
ztráty supravodivosti vzroste
v místě poruchy odpor, pak
než začne účinkovat vybíjecí/
ochranný obvod, elektrický
proud „přeskočí“ na měděný
materiál.
Fotografie použita s laskavým svolením ITER.
Zdroj: www.iter.org/img/
resize-350-90/www/
content/com/Lists/Stories/Attachments/1652/
2011-p04424.jp
Ovšem ne při hokeji, ale u supravodiče!
MAT 21 o supravodičích napsal hodně, ale
ne všechno. Víme, že supravodivé vinutí
v cívkách toroidálního a poloidálního pole,
v centrálním solenoidu a korekčních cívkách jsou nezbytnou podmínkou přívětivé
energetické bilance zařízení. Klasické vinutí z měděného drátu by vyžadovalo takový
chladící výkon, že by tokamak vydělával jen
na sebe a do elektrické sítě by zákazníkům
nic neposlal.
Možná, že se pamatujete na start Large
Hidron Collider, kde krátce po slavnostním
spuštění, došlo k havárii supravodivého
magnetu.
Jen v cívkách toroidního pole tokamaku ITER
je při provozu ukryto 51 giga joulů energie. Pro názornost – je to energie letadlové lodi Charles de Gaulle jedoucí rychlostí
50 km/hod. Supravodivost vyžaduje teplotu
blízkou absolutní nule, nepříliš vysoké magnetické pole (maximálně 14 Tesel) a elektric-
ký proud v supravodivém vinutí nesmí přesáhnout určitou hranici.
Nestává se často, ale nedílnou součástí provozu supravodiče je lokální ztráta supravodivosti, která se šíří supravodičem od místa
poruchy, jako kruhy na vodě od dopadu kamene. Příčina lokální změny supravodivosti
může být mechanický pohyb – ač se nezdá
25.000 tun tokamaku je živý organismus,
který doslova dýchá – dále záření z termojaderného plazmatu či výchylka kryogenního
systému chlazení supravodičů. Tato náhlá
ztráta supravodivosti se nazývá quench.
V prvním okamžiku přebírá funkci supravodiče měděný drát, který je pro tento případ
součástí supravodivého kabelu. Místo se
okamžitě zahřeje a pokud by se nic dále
nepodniklo, pak dojde k destrukci nejen
kabelu, ale i jeho okolí! 51 giga je 51 tisíc
milionů. Představte si, že by do tokamaku
narazila v plné rychlosti zmíněná letadlová
loď! I v případě neošetřeného quenche by
se mohla poškodit vakuová komora. Havárie
Rychlé vybíjení
ITERu budou k dispozici zkušenosti korejského celosupravodivého tokamaku KSTAR.
KSTAR akumuluje údaje popisující chování tokamaku KSTAR při disrupci – náhlém
zhroucení plazmatu ve vakuové komoře.
Údaje se budou porovnat se signály quenche. Quench supravodivého vinutí tokmaku
je jako chřipka u člověka, přichází znenadání a je-li pacient připraven, zůstane bez následků. Ovšem neléčené zvýšení teploty jak
u člověka, tak u supravodiče tokamaku může
mít fatální následky.
Milan Řípa
Proud (kA)
Napětí na odporu [V]
Napětí
Rozlišení správného a falešného signálu není
na tokamaku vůbec jednoduché. Tokamak je
bohatým zdrojem nejrůznějších elektromagnetických signálů úrovně srovnatelné s úrovní signálů detektorů quenche, což v primárním systému ochrany je napěťový signál na
detekčním odporu - sensoru. Změny napětí
bude sledovat v tokamaku ITER více jak
3.000 senzorů, jejichž výroba je zabezpečena dvaceti tendry v ceně 25 miliónů eur.
Zdroj: volně podle ITER newsline – www.iter.org/
newsline
Proud
Čas [s]
Supravodivý kabel musí být na quech připraven. Připravenost spočívá ve dvou fázích. Za
prvé – je nutné rozpoznat, že detektory vysílají zprávu o quenchi, že se nejedná o falešný
signál – zhruba do dvou, tří sekund je třeba
začít se záchranou. V případě rozeznaného
quenche se cívky odpojí od proudového zdroje a zkratují se mohutně chlazeným odporem. Stačí odpor kolem jednoho ohmu! Veškerá do té doby akumulovaná energie v cívce
se shromáždí (disipatuje, vydělí) na tomto
odporu. Vedle primárního systému je tokamak vybaven i sekundárním bezpečnostním
systémem, který by energii v cívkách bezpečně rozptýlil.
Graf znázorňuje různé fáze náhlé ztráty supravodivosti (quenche): během fáze šíření (A) roste napětí
na odporu; během fáze neměnnosti (B) se srovnávají
signály různých detektorů; (C) quench rozpoznán 
akce spuštěna!; je odpojen proudový zdroj a proud
akumulovaný v cívkách začíná klesat.
Graf použit s laskavým svolením ITER.
Zdroj: www.iter.org/img/resize-280-90/www/content/com/Lists/Stories/Attachments/1652/graph1.
jpg
MAT21 17
PRVKY a TERMOGRAMY
Které jsou nejběžnější
prvky ve vesmíru,
na Zemi a v nás?
1.
2.
Zeměkoule.
Zdroj: www.freeimages.
com/browse.phtml?f=download&id=1412792
3.
Zdroje:
[1] Advanced Materials and Processes, 3/2006,
str. 73
[2]http://technet.idnes.cz/astat- cak-/veda.
aspx?c=A130709_143752_veda_mla
[3] http://visual.ly/abundance-elements
Na Zemi je ovšem situace jiná. V zemské
kůře vítězí kyslík, tvořící 46,6 % její hmoty.
Druhé místo patří křemíku s 27,7 %. Za nimi
následují hliník (8,8 %), železo (5 %), vápník
(3,6 %), sodík (2,8 %), draslík (2,6 %) a hořčík
(2,1 %). Těchto osm prvků tvoří dohromady
zhruba 99 % hmoty zemské kůry. [1]
Podrobné a kompletnější údaje lze najít na anglické Wikipedii:
http://en.wikipedia.org/wiki/Abundance_of_the_
chemical_elements
http://en.wikipedia.org/wiki/Abundance_of_elements_in_Earth%27s_crust
Naopak nejvzácnějším prvkem na Zemi je
zřejmě astat - odhaduje se, že na celé Zemi
ho je jen kolem 30 gramů. Je radioaktivní
a velmi rychle se rozpadá, proto o něm mnoho nevíme. Nicméně jeho izotopy by mohly
být využity při výrobě radiofarmak pro léčbu
rakoviny, proto má smysl mu věnovat pozornost. [2]
Lidské tělo je tvořeno zejména kyslíkem
(61 %), uhlíkem (23 %) a vodíkem (10 %). Dalšími významnými prvky jsou dusík (2,6 %),
vápník (1,4 %) a fosfor (1,1 %). [3]
Jiří Matějíček
18 MAT21
POZNÁVAČKA
TERMOGRAMŮ
Termografie je zajímavý obor, který se zabývá rozborem rozložení teplotního pole na povrchu, vše za pomoci bezkontaktního zkoumání. Prozkoumává infračervenou energii
těles, kterou lze zobrazit za pomoci infračervených kamer. Kromě známých snímků, na
kterých se zobrazuje pohyb osob v zabezpečených objektech, se tato technika používá
při hledání úniků tepla z budov, vyhledávání
poškození elektrického vedení atd.
Podívejte se s námi na některé infračervené snímky (termogramy), které zachytili
žáci v našem projektu. Poznáte, co je na
jednotlivých obrázcích?
4.
5.
Na termogramech se skrývá:
Obrázek č.1 - Pštros.
Obrázek č.2 - Surikaty.
Obrázek č.3 - Sova.
Obrázek č.4 - Napouštění vody.
Obrázek č.5 - Stopy.
Úplně nejrozšířenějším prvkem ve vesmíru
je vodík, který tvoří asi 3/4 známé hmoty. Většinu zbývající čtvrtiny zabírá hélium
(23 %), na třetím místě je se značným odstupem kyslík (1 %). Všechny ostatní prvky
už jsou ve vesmíru spíše vzácností.
EXPANZE DO VESMÍRU
Což takhle
VYTISKNOUT si ŠPENÁT?
Loď Dragon ve vesmíru. Podobně
bude letos vypadat přílet první 3D
tiskárny na stanici ISS.
Zdroj: www.astro.cz/_data/
images/news/2012/11/17/
iss033e011381.jpg
Naposledy se v časopisu projektu MAT 21
setkáváme u kosmonautiky, podívejme se
proto na pár podstatných novinek z oblasti
materiálů a technologie, které zřejmě změní budoucnost lidského dobývání vesmíru!
Robotické sondy, postavené na Zemi člověkem, již přistály na Venuši, na Saturnově měsíci, projíždí se po pouštích Marsu, či opustily
sluneční soustavu a letí mezihvězdným prostorem. Ale co my, jejich tvůrci, lidé? Pár vyvolených se na přelomu 60. a 70. let prošlo
lunárním prachem a to je tak všechno, jinak
jen koukáme na Zemi z oběžné dráhy pár
set kilometrů vysoko. Někteří říkají, že průzkumný let do větší vzdálenosti s člověkem
je hloupost, že člověk je v takovém případě
spíše přítěž a můžou to zmáknout robotické
sondy. To není tak docela pravda. Samotní
vědci z NASA například říkají, že práci, kterou vykonalo za deset let na Marsu vozítko
Opportunity, by zkušený terénní geolog zvládl za pár neděl. Stroje na nás prostě ještě
zdaleka nemají. Nehledě na to, že například
pilotovaný let na Mars by zase vedl k vývoji
spousty užitečných technologií a přístrojů,
které by následně asi našly široké uplatnění
v oblasti kvality života lidí na Zemi. Lidstvo
také možná bude potřebovat dovážet nějaké
suroviny či se přestěhovat. Potenciálně apokalypticky vyhlížející asteroidy také někdo
musí zkoumat. Prostě letět někam dál není
až tak od věci.
Jenže jak do toho? Zdálo by se, že s kosmickými lety má lidstvo bohaté zkušenosti
díky dnešní stanici ISS, na které je stálá
šestičlenná posádka, trávící zde až půl roku.
Ano, máme již nějaké zkušenosti s dlouhými
kosmickými lety co do času trvání, nikoliv
však co do vzdálenosti. To si prostě lidé ještě nezkusili. Průměrná mise Apollo (člověk
se vydal pryč z náruče zemské přitažlivosti
celkem jen devětkrát) trvala pár dnů, odletěla „jen“ pár set tisíc kilometrů od domova
a setkala se až s desítkami technických problémů. To samé bohužel platí i o stanici ISS,
v době vzniku článku nefunguje záložní řídící
jednotka pro vícero procesů vně stanice jako
je rotace solárních panelů a panelů tepelné
regulace, řízení chladicího systému či pohybů vnějšího dopravníku a chystá se výstup
dvou astronautů ve skafandrech za účelem
výměny jednotky. Přitom stanice je doslova
narvána náhradními díly a téměř každý měsíc u ní zakotví zásobovací loď. To ale u mise
na Mars nepřipadá moc do úvahy, co?
3D tiskárny míří do vesmíru!
Budoucí „Marsolet“ prostě nemůžete nacpat
tisíci náhradními díly a zásobami kvalitní potravy na několik let, které bude taková mise
trvat. Podívejme se nejdřív na ty náhradní
díly. Nebylo by skvělé, kdyby se vám v půli
cesty na Mars rozbila důležitá součástka, si
prostě vyrobit novou, úplně stejnou, na čím
dál modernější 3D tiskárně? Nezní to bezvadně?
„Představte si, že letíte na Mars a namísto
balení nějakých 20.000 náhradních součástek si vezmete jen několik kilogramů inkoustu. Dokonce už ani nepotřebujete vědět,
která konkrétně součástka se rozbije, prostě si vytisknete jakoukoli,“ říká Reid Wiseman, americký astronaut, který se má letos
v létě na palubě kosmické stanice ISS potkat
s první 3D tiskárnou, vynesenou do vesmíru
MAT21 19
EXPANZE DO VESMÍRU
(jinak samozřejmě, že 3D tiskárna nepracuje s inkoustem, to pan Wiseman myslel pro
ilustraci).
První 3D tiskárna má na oběžnou dráhu
odstartovat na palubě soukromé zásobovací lodi Dragon společnosti SpaceX při své
celkově páté misi ke stanici, která má odstartovat z mysu Canaveral 8. srpna 2014
(nicméně odklad je možný vždy). Vyrobila ji
pro NASA firma Made in Space a tiskárně se
přezdívá překvapivě 3D Print (zkratka pro
3D Printing in Zero G Environment), nicméně
před startem se ještě asi dočká poetičtějšího jména. Udělátko 3D Print pracuje s procesem, kterému se říká výroba pomocí přídavkového lisování. Dobrá, doslovný překlad
je možná trochu krkolomný, takže jinak: tiskárna je schopna vyrobit až 30 % náhradních
dílů, které jsou momentálně skladem na ISS,
pomocí nanášení vrstvy polymerů či dalších
materiálů na vrstvy předchozí.
POLYMERY:
Polymery jsou velké molekuly, či makromolekuly, sestávající z opakujících
se menších jednotek (monomerů).
Polymery vznikají v přírodě (DNA, proteiny atd.) ale umí je vyrábět i člověk
(např. známé umělé hmoty jako je polystyren) a hrají důležité úlohy v našich
každodenních životech, jsou jednou ze
základních potřeb živých organismů
k jejich fungování. Polymer vzniká polymerizací monomerů. Poměrně velká
molekulární hmotnost polymerů jim
poskytuje unikátní fyzikální vlastnosti, jako třeba pevnost, elasticitu nebo
tendenci tvořit sklo a polo-krystalické
struktury.
Reid Wiseman, který koncem května odstartuje ke stanici ISS a zahájí svoji první vesmírnou pouť, soudí, že technologie 3D tisku
a její aplikace v kosmonautice je vzrušující
a důležitá pro budoucnost.
„Myslím, že pozemní středisko pošle nahoru
v elektronické podobě vzorek a nechá nás
ho vytisknout. Ale kdyby nás nechali tisknout
si, jak se nám zlíbí, asi bychom vypiplali náplň tiskárny do pěti minut,“ žertuje Wiseman.
Hlavním úkolem mise 3D tiskárny bude vyzkoušet, zda dobře funguje i ve stavu beztíže. NASA v minulosti na 3D tiskárně vyrobila
třeba vstřikovač paliva do spalovací komory
raketového motoru a výsledky při ostrém zážehu byly poté uspokojivé.
20 MAT21
„3D tisk je vzrušující záležitost,“ soudí Niki
Werkheiser, manažerka projektu 3D Print
v Marshallově technologickém středisku
NASA. „Umožní nám žít a pracovat v kosmu
se stejnou efektivitou a produktivitou jako
na Zemi a přestaneme se díky ní spoléhat
jen na materiál a náhradní díly vypuštěné ze
Země.“
A co si dát něco na zub?
..zeptal se školní rváč menšího kluka v seriálu Simpsonovi a po souhlasné odpovědi
mu dal do zubů pěstí. Ale teď vážně. Tisk náhradních dílů bychom vyřešený pro misi na
Mars měli, jenže co bude posádka jíst? Jak
jsme nastínili začátkem článku, není zrovna
lehké napakovat Marsolet zásobami pro dejme tomu osm lidí na tři roky dopředu a zároveň zajistit potřebnou pestrost a výživnost
stravy (jak kdysi napsal jeden můj kolega
„Kdyby posádka po cestě na Mars otevírala
třikrát denně stejnou konzervu, tak za chvíli
zešílí.“). V zajištění této potřeby jsme navíc
limitováni tím, že na palubách kosmických
plavidel se nepoužívají mrazáky pro svou vysokou spotřebu energie (navíc si představte,
že by mrazák s potravinami na tři roky v půlce cesty na Mars přestal mrazit). A co naše
3D tiskárny, nemohou pomoct i zde? Vězte,
že mohou (tedy snad). Loni v květnu NASA
zadala firmě SBIR (Small Business Innovation Research) z texaského Austinu vypracování studie za 125.000 dolarů, studie má
posoudit proveditelnost vyrábění pokrmů ve
vesmíru pomocí 3D tisku s minimální spotřebou energie, času a s minimální produkcí
odpadu.
Pokrmy pro posádku letící k Marsu musí
splňovat jakési předpoklady jako je bezpečnost, pestrost nebo stabilitu ve smyslu ne-
Sezení za účelem ochutnávky kosmických pokrmů a plánování jídelníčku
na oběžné dráze absolvují astronauti
v rámci předletové přípravy v Houstonu.
Fotografie použita s laskavým svolením
NASA.
Zdroj: http://spaceflight.nasa.gov/
gallery/images/station/crew-39/hires/
jsc2013e027405.jpg
ztrácení živin, které astronaut potřebuje pro
udržení zdraví a výkonnosti. Ostatně sama
NASA uznává, že současný systém stravování posádky stanice ISS by byl na cestě
k Marsu asi nepoužitelný, kvůli nepřítomnosti mrazáků na palubě stanice (teda, jsou
tam extra silné mrazáky, nicméně používané
pro vědecké účely) je přivážené jídlo buďto
konzervované, vysušené či vakuově balené,
přičemž tyto procesy degradují výživnou hodnotu pokrmů. Ochutnávka a posouzení, co
budu na oběžné dráze jíst, probíhá již před
startem na Zemi a nějaké skutečné připravování pokrmů či zkoušení babiččiných receptů
se na stanici neprovádí.
3D tiskárna v tomto nebude mít lehký úkol,
protože bude muset tisknout pokrmy z ingrediencí, které jsou dlouhodobě trvanlivé
v pokojové teplotě a lze je tudíž vozit v kosmické lodi (např. mouka). Další zvažovanou
možností je přítomnost skleníku na palubě
Marsoletu a třeba i chov slepic či podobné
užitečné zvěře za účelem pěstování čerstvých potravin přímo na palubě lodi.
Nové materiály na nové raketě
Pro svou budoucí expanzi dále do vesmíru si
NASA vyvíjí samozřejmě také novou pořádnou raketu, odvozenou v mnohém od raketoplánů. Hovoříme o nosiči SLS (Space Launch
System), jenž má jednou vynášet do kosmu
náklady o hmotnosti přes 140 tun a umožnit
pilotované výpravy k asteroidům či na Mars.
Ani SLS ale neunikl vývoji nových materiá-
EXPANZE DO VESMÍRU
26. dlouhodobá posádka stanice ISS a kolegové z raketoplánu Discovery se sešli ke
společnému obědu.
Zdroj: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/1a/STS-133_ISS-26_
crew_members_share_a_meal_in_the_Unity_node.jpg
a mohla by vynést k první fázi letu i družici,
která dopraví na Zemi vzorky hornin z Marsu.
Vít Straka
lů v laboratořích NASA, jelikož Američané
chtějí spolehlivou raketu z lehčích materiálů,
než jsou tradiční kovy. Než ale mohou nové
kompozitní materiály vzlétnout na raketě
do kosmu, musí projít testy, které přesvědčí
technicky o kvalitách materiálů a jejich možnostech vydržet nástrahy kosmického startu. Vědci například připevňují malou nálož ke
kovové destičce, k níž je připevněný také panel z nového kompozitního materiálu. Když
je malinká nálož odpálena, kompozitním panelem projde šoková vlna a on ukáže, jak si
s ní poradí a jak může být v budoucnu využit.
Takové malinké nálože jsou totiž například
užívány při oddělování stupňů raket (což
musí proběhnout rychle a spolehlivě) a tyto
pokusy, které se uskutečňují v Marshallově
středisku NASA v Alabamě, umožní navrhovat struktury rakety tak, aby co nejlépe vydržely šokovou vlnu, která takové události
následuje.
Raketa SLS má poprvé vzlétnout z Kennedyho mysu na Floridě snad v prosinci 2017
a vynést novou loď Orion k jejímu bezpilotnímu obletu Měsíce. Opět má SLS startovat
až roku 2021 (snad se povede vedení NASA
uspíšit) a půjde zřejmě o první misi Orionu
s posádkou, možná již k blízkozemnímu asteroidu. Posléze má SLS létat jednou ročně
Zdroje:
Astronaut Ready to Take 3D Printing Into the Final
Frontier. In: [online]. [cit. 2014-03-26]. Dostupné
z: www.space.com/25176-astronaut-3d-printer-space-station-video.html
3D Printing: Food in Space. In: [online]. [cit.
2013-05-23]. Dostupné z: http://www.nasa.gov/
directorates/spacetech/home/feature_3d_food.
html#.U00thVd9I_x
Space Launch System. In: [online]. [cit. 201302]. Dostupné z: http://www.nasa.gov/pdf/
732272main_SLS_Highlights_February_2013.
pdf
Space Launch System. In: [online]. [cit. 2014-0409]. Dostupné z: http://en.wikipedia.org/wiki/
Space_Launch_System
Polymer. In: [online]. [cit. 2014-04-18]. Dostupné
z: http://en.wikipedia.org/wiki/Polymer
Mocný vzlet obří rakety SLS zatím
jen v představě animátora.
Vizualizace použita s laskavým
svolením NASA.
Zdroj: www.nasa.gov/sites/
default/files/styles/946xvariable_height/public/sls_launching_
pad_downward.jpg?itok=PjjJTCTd
MAT21 21
TERMOJADERNÁ FÚZE
Tři TERMOJADERNÁ VÝROČÍ
aneb proč se tokamak nejmenuje tokomag
Loňský rok 2013 poskytoval termojaderné
fúzi hned tři důvody k oslavám.
V roce 1943 byla v Moskvě založena Laboratoř # 2 pod křídly Akademie věd Sovětského svazu s jednoznačným úkolem: sestrojit
atomovou bombu. Později se stala Laboratoř
# 2 základem pro Ústav atomové energie.
aktor v Eurasii zvaný P-1. Kurčatov je znám
jako otec sovětské atomové bomby. Pod jeho
dohledem byla vybudována námořní jaderná
flotila a započaly výzkumy jaderného pohonu
vesmírných raket. Kurčatov svým souhlasem
posvětil návrh magnetického termojaderného reaktoru – myšlenky to pánů Dmitrije
Sacharova a Jevgenije Tamma. Po smrti Kur-
pro popravčí četu – kdyby se bomba nepovedla – a totožného seznamu vyznamenaných, když se bomba povede. Asi nemusím
zdůrazňovat, do které skupiny se trojnásobný nositel zlaté hvězdy Hrdiny socialistické
práce Igor Kurčatov zařadil.
Kurčatov byl u zrodu výzkumu řízené termojaderné fúze a pod jeho dohledem, ač ne přímým, na výzkumu vysokoteplotního plazmatu pracovali ve známém LIPAN = Laboratoii
izmeritělnych priborov Akaděmii nauk osob-
Igor V. Kurčatov, „otec“ atomové bomby
bývalého SSSR, zakladatel Ústavu atomové
energie v Moskvě.
Zdroj: http://img.ceskatelevize.cz/program/porady/1175125341/foto09/02.jpg
nosti typu Arcimoviče, Golovina, Javlinského,
Lukjakova, Leontoviče, Rudakové či Budkera. Tam se zrodil v roce 1955 první tokamak,
který se ještě tokamak nejmenoval: TMP =
torus v magnitnom pole.
Tokamak T-15 v Ústavu atomové energie I. V.
Kurčatova.
Zdroj: http://multimedia.ctk.cz/storage/foto//1989/03/01/1811199/5/
FO00111801.jpeg
14. ledna 2013 jsme oslavili 110. výročí narození akademika Igora Kurčatova, který byl
nejen zakladatelem ústavu, ale celého jaderného průmyslu Sovětského svazu. S jeho
jménem je spojen první štěpný jaderný re-
22 MAT21
čatova nese ústav jeho jméno. Mimochodem
Lavrentij Berija, neblaze proslulý lidový komisař vnitra, ale i předseda komise pro výzkum atomové energie, měl v době práce na
atomové bombě připravené seznamy adeptů
Název tokamak se objevil v roce 1958
a o autorství se hlásí profesor Igor Golovin,
doktor matematických a fyzikálních věd –
laureát Stalinovy ceny (1953), Leninovy ceny
(1958), čestný pracovník ve vědě Ruské
federace (1996). Původní název nového zařízení zněl tokomag = tok (elektrický proud)
a mag (magnetické pole), o jako spojka obou
slov. Ovšem zkratkové slovo bylo politicky
TERMOJADERNÁ FÚZE
Legendární návštěva Spojeného království vládní delegací bývalého Sovětského Svazu v roce 1956 vedenou Nikitou Chruščovem (jediný bezvlasý).
Vpravo vedle Chruščova stojí bradatý Igor Kurčatov a naproti v brýlích ředitel AERE (Atomic Energy Research Establishment) Harwell Sir John D.
Cockcroft (nositel Nobelovy ceny za fyziku z roku 1951).
Zdroj: www.almrsal.com/wp-content/uploads/2013/08/apr05kurchatov_harwell-800x600.jpg
neprůchodné, neb mag na konci evokovalo
pojem kouzelník a taková profese v bývalém
Sovětském svazu neexistovala. Takže se g
na konci zaměnilo za k a pro lepší výslovnost se ještě zaměnilo o uprostřed slova
za a. Tokamak byl na světě! Zkratkové slovo bylo sice schválené, dobře se vyslovovalo, ale mělo malou chybu - nikdo nevěděl,
co znamená. Musela se hledat slova, která
odpovídala nové zkratce. Nu a ta slova se
našla: toroidalnaja kamera i magnitnyje
katuški = toroidální komora a magnetické
cívky. 12. března 2013 uplynulo 110 let od
narození autora slova tokamak – profesora
Igora Golovina.
Ústavu atomové energie I. V. Kurčatova, v popředí busta slavného fyzika.
Zdroj: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/
commons/0/00/Kurchatov_Institute_entrance_and_monument.JPG
K akademiku Kurčatovovi poslední poznámku. V roce 1956 byl členem vládní delegace,
vedenou Nikitou Chruščovem, která navštívila Spojené království. Původně chtěl Kurčatov přednést anglickým kolegům v Harwelu
dvě přednášky: jednu na téma štěpné atomové reaktory a druhou řízená termojaderná
fúze. Nakonec zůstalo u jedné a ta se stala
senzací: „O možnosti zapálení termonukleárních reakcí ve výboji v plynu.“
Kurčatov byl tak prvním na světě, kdo prolomil fúzní embargo spuštěné železné opony.
On zástupce kruté diktatury přivedl do trapných rozpaků představitele svobodného západního světa! Ti mu mohli jen zatleskat, ale
ptát se nesměli, ač by hodně a hodně chtěli,
aby náhodou neprozradili, co ví o termojaderné reakci demokratická věda.
Svěží vítr tržní ekonomiky odvál staré pořádky včetně názvů i v Ústavu atomové energie
I. V. Kurčatova a jméno slavného akademika
zaštítilo nové Národní výzkumné středisko
(česky „centrum“) I. V. Kurčartova. Jedna
ze tří částí střediska nese název Kurčatovo
středisko jaderných technologíí. Mezi jinými
se středisko zabývá studiem termojaderné
fúze, ale také průmyslem jaderných zbraní
včetně atomového loďstva a civilní flotily.
Středisko provozuje dva tokamaky.
Protože tři mušketýři byli čtyři, všimněme se
Tokamak CASTOR v Ústavu fyziky plazmatu AV
ČR, v.v.i., původně druhý tokamak na světě –
tokamak TM1-VČ.
Zdroj: www.osel.cz/_img/img1228266188.jpg
ještě jednoho – čtvrtého - výročí. Po smrti
Igora Kurčatova nastoupil na jeho místo akademik Anatolij Alexandrov a „vládl“ Ústavu
atomové energie dlouhých 25 let. Pod jeho
dohledem přivedl Lev Arcimovič, potomek litevských knížat, termojaderné experimentální zařízení tokamak ke světovému prvenství.
Milan Řípa
Zdroj: volně podle ITER newsline – www.
iter.org/newsline
MAT21 23
TERMOJADERNÁ FÚZE
FUSION
ROADMAP
Cesta k fúzi
Když je jaderná fúze tak úžasný zdroj energie, proč ji ještě nemáme? Kdy ji budeme
mít? Co je třeba překonat, abychom fúzní elektrárnu realizovali? To jsou otázky,
které asi napadají leckoho, kdo se zajímá
o problematiku termojaderné fúze. Alespoň
náznak odpovědí přináší dokument zvaný
Fusion Roadmap – Cesta k fúzi.
Tento dokument, celým názvem „Fusion
Electricity - A roadmap to the realisation of
fusion energy“, vydala na konci roku 2012
Evropská asociace pro vývoj fúze (European
Fusion Development Agreement - EFDA). Byl
připraven na základě hodnocení dosavadního stavu výzkumu a vývoje jaderné fúze
expertními skupinami na různých úrovních.
V dokumentu jsou identifikovány a rozebrány
hlavní technické překážky, stojící v cestě realizaci fúzní elektrárny, a zároveň naznačena
strategie, jak je překonat a dosáhnout zmíněného cíle v roce 2050. Součástí této strategie jsou tři „milníky“ v podobě významných
experimentálních zařízení: experimentální
reaktor ITER, demonstrační reaktor DEMO
a ozařovací zařízení IFMIF.
Hlavní problémy, zde stylově nazvané
„výzvy“, jsou identifikovány v sedmi
oblastech a pro čtenáře tohoto časopisu může být zajímavé, že tři z oněch
sedmi se týkají materiálů.
Udržení plazmatu: Fúzní reakce potřebuje plazma dvacetkrát teplejší než ve
středu Slunce. Pro udržení takto horkého plazmatu je třeba minimalizovat
ztráty energie způsobené turbulencemi a nestabilitami plazmatu. Režimy
udržení a ovládání plazmatu jsou již
dostatečně pokročilé pro ITER, ale potřebují ještě vylepšit pro fúzní reaktor
(DEMO).
Odvod tepla: Většina energie horkého
plazmatu je odváděna poměrně malou
částí vnitřní plochy komory, zvanou
24 MAT21
Pohled do útrob tokamaku JET, předchůdce ITERu.
Zdroj: www.renewablepowernews.com/wp-content/uploads/fusion_lyons_2.jpg
divertor. V současnosti jsou k dispozici materiály schopné odolat tepelným
tokům očekávaným v ITERu, ale v případě reaktoru DEMO budou ještě výrazně vyšší.
Odolnost proti ozáření: Pro zajištění
efektivní výroby energie jsou potřeba
materiály, které vydrží vysoké toky neutronů o energii 14MeV a přitom si zachovají přiměřenou pevnost a schopnost odvodu tepla. Navíc je žádoucí,
aby se vlivem neutronového ozáření co
nejméně aktivovaly.
Soběstačnost v tritiu: Tritium, jedna
ze složek fuzního „paliva“, se bude
v reaktoru spotřebovávat rychlostí kolem 0,4 kg za den. Pro soběstačnost
reaktoru je třeba efektivní produkce
tritia v plodící obálce a zároveň jeho
extrakce z okolních součástí. Materiály pro plodící obálku musí být vybrány
v souladu s požadavky na konverzi tepla na elektřinu.
Bezpečnost: Přestože jaderná fúze je
ze své podstaty mnohem bezpečnější
než jaderné štěpení, pro budoucí reaktor je třeba zajistit co nejvyšší odolnost pro případ mimořádných událostí
a minimalizovat dopady přítomnosti
radioaktivního tritia v součástech komory.
Integrovaný design: Před konstrukcí
reaktoru DEMO budou fúzní technologie vyzkoušeny na ITERu. Vzhledem
k podstatně delším plazmovým výbojům a produkci elektřiny bude ovšem
DEMO potřebovat odolnější a spolehlivější součásti, vzdálenou údržbu
a efektivní konverzi tepla na elektřinu.
Konkurenceschopnost: Ačkoliv to není
hlavním cílem reaktoru DEMO, ekono-
mická stránka fúzní energie musí být
zohledněna již při jeho návrhu. Aby se
jaderná fúze prosadila mezi stávajícími zdroji energie, musí prokázat svoji konkurenceschopnost po stránce
ekonomické náročnosti, spolehlivosti
a dostupnosti.
Výše zmíněným sedmi okruhům problémů
odpovídá v nové strategii sedm „misí“ (missions), na které je třeba napřít síly a které
jsou rozpracovány do podrobnějších konkrétních úkolů. Osmou misí je „dotáhnout“ stelarátory do stadia zralosti. Stelarátory jako
dlouhodobá alternativa k tokamakům, mají
jisté výhody, ale nejsou ještě natolik pokročilé, aby se s nimi dala spojit výroba energie
v horizontu roku 2050.
Nová strategie s sebou nese též pozvolnou
změnu charakteru fuzního výzkumu – podíl
čistě vědeckých/laboratorních aktivit by se
měl snižovat ve prospěch těch průmyslových/technologických, tak, aby průmyslová
sféra byla připravena na konstrukci a provoz
komerční fúzní elektrárny následně po reaktoru DEMO. Strategie popsaná v tomto dokumentu také naznačuje pragmatičtější zaměření výzkumu a vývoje, více soustředěné
na hlavní cíl, tedy fúzní elektrárnu. Součást
tohoto trendu je i transformace stávající organizace EFDA v nové konsorcium Eurofusion, které má zajistit implementaci této strategie. Nakolik tato transformace pomohla, to
uvidíme v příštích letech.
Jiří Matějíček
Zdroje:
www.efda.org/wpcms/wp-content/
uploads/2013/01/JG12.356-web.pdf
http://energetika.tzb-info.cz/elektroenergetika/
10069-elektrina-z-fuze-iii-reaktory-iter-hiper-a-demo
www.efda.org/newsletter/getting-the-roadmap-rolling/
PER ASPERA AD ASTRA
Pošlete své
JMÉNO K ASTEROIDU
V dnešním světě počítačů je možné zaujmout veřejnost mnoha dříve netušenými
způsoby. Vesmírné agentury to dobře vědí,
a proto čas od času vypustí akci, na které
se mohou internetoví uživatelé sami podílet. Vzpomeňme třeba na právě vrcholící
projekt Evropské kosmické agentury Wake
up, Rosetta!, kde lidé nahrávají videa, jak
probouzí sondu Rosetta. Amerika zase již
několik let sází na možnost poslat své jméno do vesmíru. Tato velmi populární služba
se v těchto dnech dočkala dalšího pokračování.
Sonda OSIRIS-REx v představách malíře.
Vizualizace použita s laskavým svolením NASA.
Zdroj: www.nasa.gov/images/content/
552552main_OSIRIS_Cover_Image.jpg
V září 2016 se na rampě mysu Canaveral
zažehnou motory rakety Atlas V a na sedmiletou cestu vesmírem se vydá americká
sonda OSIRIS-REx. Jejím úkolem je doletět
k pětisetmetrovému asteroidu 101955 Bennu, u nějž stráví dva roky a během té doby
odebere z jeho povrchu vzorky hornin. NASA
předpokládá, že by se mělo jednat minimálně o 60 gramů cenných vzorků. Jedná se
tedy o misi velmi podobnou japonskému projektu Hayabusa, respektive Hayabusa 2.
Odebraný materiál se uloží do speciálního
pouzdra a sonda se vydá na cestu zpátky
k Zemi. Tady se pouzdro oddělí a vstoupí do
atmosféry. Díky tomu, že bude vybavené tepelným štítem, tak neshoří, ale měkce přistane na povrchu naší planety, kde se jej ujmou
odborníci, aby jej ve sterilní laboratoři otevřeli a prozkoumali odebraný materiál. Samotná
sonda OSIRIS-REx Zemi mine a bude kroužit
kolem Slunce. Pokud bude v dobrém zdravotním stavu, možná by mohla splnit i nějaký
sekundární vědecký úkol.
Chcete se také zúčastnit této mise? Není
nic snazšího. Navštivte webovou stránku
http://planetary.org/bennu. Tady do připraveného formuláře zadáte své jméno, příjmení (systém zvládá i české znaky), stát, ve kterém žijete a e-mailovou adresu – ta je sice
povinná, ale nebojte se, že by přes ni chodil
spam – můžete si sami zvolit, zda přes ni
chcete dostávat maily s novými informacemi. Pak už stačí jen odkliknout tlačítko Send
Your Name a vyběhne Vám vyskakovací
okno, přes které můžete stáhnout certifikát
ve formátu pdf. To abyste měli na svou účast
památku – klidně si můžete certifikát vytisknout a pověsit do pokoje.
Vaše jméno bude spolu se jmény dalších
zájemců uloženo na mikročip. Ovšem ne jen
na jeden, ale dokonce na dva. Jeden čip se
bude nacházet v návratovém pouzdru, které
se vrátí na Zemi, a druhý čip bychom potom
našli v těle samotné sondy, která zůstane
i v dalších letech ve vesmíru.
NASA už má s posíláním jmen do vesmíru bohaté zkušenosti. Internetoví uživatelé se tak
mohli zvěčnit v rámci vozítka Curiosity, které
na Mars dopravilo čip s více než 1.200.000
jmény z celého světa, jména zájemců letěla i na palubách dvou předposledních misí
raketoplánů (STS-133 a STS-134), nebo na
palubě americké sondy MAVEN k Marsu.
Poslední zmíněná sonda nevyužila mikročipu, ale více než 100.000 jmen bylo uloženo na speciální DVD. Dá se očekávat, že
posílání jména do vesmíru neskončí u mise
MAT21 25
PER ASPERA AD ASTRA
Takto vypadá certifikát, který si můžete nechat
vygenerovat.
Zdroj: soukromý archiv D. Majera
OSIRIS-REx, ale že se této populární záležitosti dočkáme i u dalších misí.
Reálné je, že bychom se podobné akce mohli dočkat v rámci prvního letu rakety SLS
v roce 2017, kdy dopraví kosmickou loď
Orion k Měsíci. NASA si určitě nenechá ujít
tuto příležitost ani u landeru InSight, nebo
nástupce vozítka Curiosity, který je zatím
označován jako Rover 2020.
Čip se jmény, který letěl na vozítku Curiosity na Mars.
Fotografie použita s laskavým svolením NASA.
Zdroj: http://mars.jpl.nasa.gov/msl/images/ChipCloseUptKSC.jpg
Možná si kladete otázku, proč jsou v poslední době asteroidy tolik atraktivní – věnují se
jim nejen nepilotované sondy, ale Američané
k nim chtějí posílat i lidské výpravy. Důvody
jsou dva. První je ryze vědecký – asteroidy
jsou konzervy, které uchovávají nezměněný
materiál z dob, kdy se rodila Sluneční soustava. Jejich studiem proto můžeme lépe
pochopit procesy, které se odehrály před
několika miliardami let. Druhý důvod je bezpečnostní. To, že dráhu Země křižuje nemálo
asteroidů, víme už dávno. Čas od času se
naše planeta s nějakým kosmickým balvanem i srazí. Ve většině případů jde o drobné
kusy s velikostí v řádu metrů, které shoří v atmosféře. Pravděpodobnost je ale neúprosná
– čas od času se objeví větší exemplář. Asteroidy se od sebe navzájem liší složením, ale
jisté společné vlastnosti se vysledovat dají.
Pokud budeme znát přesněji jejich složení,
budeme moci vyvinout přesnější metody na
jejich odklon z dráhy, abychom zamezili srážce se Zemí. Není totiž otázkou, zda se někdy
s takovým tělesem dostaneme do kontaktu.
Otázkou je pouze, kdy to bude.
Dušan Majer, Kosmonautix.cz
Zdroje:
převzato pro MAT21 z blogu Kosmonautix.cz – novinky ze světa kosmonautiky (http://blog.kosmonautix.cz)
www.nasa.gov, http://planetary.org, www.nasa.
gov, http://osiris-rex.lpl.arizona.edu, http://mars.
nasa.gov, www.kosmonautix.cz
DVD se jmény na sondě MAVEN letící k Marsu.
Zdroj: http://lasp.colorado.edu/home/maven/
files/2013/03/MAVEN_DVD.jpg
26 MAT21
3D OBRÁZKY
3D úplněk.
Obrázek použit s laskavým svolením NASA.
Zdroj: http://apod.nasa.gov/apod/image/0706/3dfullmoon0611-0701_laveder.jpg
3D OBRÁZKY
3D vnitřku tokamaku
3D vnitřku tokamaku.
Obrázek použit s laskavým svolením EFDA.
Zdroj: www.efda.org/wpcms/wp-content/uploads/2012/03/3D10.32-1c.jpg
Download

08 2014 casopis.indd