část 4

MATERIÁLY PRO NOVÉ TISÍCILETÍ

04/2013

registrační číslo projektu CZ.1.07/2.3.00/35.0009

TA plazma není TO plazma Trénuj jako KOSMONAUT a nikdy se nevzdávej! Letem termojaderným světem, část 4.

PORADÍ SI NIF s novými problémy?

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 Vážení čtenáři a čtenářky, dostává se vám do ruky 4. číslo našeho časopisu MAT21, které jak doufáme, se vám bude líbit stejně, jako ty předchozí. V tomto čísle naleznete pokračování cyklu o termojaderné fúzi včetně dalších článků souvisejících s projektem ITER. Nejen pro ty, které téma termojaderné fúze zaujalo, je na konci časopisu umístěna vystřihovánka modelu tokamaku MAST.

Věříme, že i další projektové aktivity vám přinesou něco nového a zajímavého. Za realizační tým projektu „Materiály pro nové tisíciletí“ Ing. Miloš Soukup Asistenční centrum, a.s.

V rámci projektu v uplynulých měsících došlo k realizaci Návštěvních dní na Ústavu fyziky plazmatu AV ČR, v.v.i. Tyto aktivity byly zahájeny v průběhu dubna a pro zájemce budou s ohledem na velký zájem pokračovat až do konce září tohoto roku. V průběhu měsíce května a června se k vedoucím celoročním kroužkům postupně dostávaly mnemotechnické pomůcky, které napomohou přípravě zajímavých pokusů a projektů s cílem motivovat členy kroužků k další aktivitě a podpoře zájmu o vědu a techniku.

OBSAH 3 4–5 6 7 8–9 10–11 12–13

Úvodní slovo k projektu MAGNETY pro magnetická udržení PORADÍ SI NIF s novými problémy? TA plazma není TO plazma Letem termojaderným světem, část 4. KALENDÁRIUM Zajímavosti z domova i ze světa, Zákony Chucka Norrise, Fyzikální veličiny a velikáni

14 15–16 17–18 19–20 21–23 24 25–26 27–28

PLANETÁRIUM v Brně OBAL není OBÁLKA TEPLOTA a TEPLO – dvě rozdílné veličiny Trénuj jako KOSMONAUT a nikdy se nevzdávej! Kterak PLACHTIT ve vesmíru Skutečná cesta ZA SNEM KALENDÁŘ AKCÍ TOKAMAK MAST

Materiály pro nové tisíciletí 04/2013 | Datum vydání: 18. 06. 2013 | 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

MAGNETY

pro magnetická udržení Nejúspěšnější zařízení pro výzkum termojaderné fúze se jmenuje tokamak. Pro pozorného čtenáře předchozích čísel MAT21 žádné překvapení. Pozorný čtenář také ví, že tokamak patří do skupiny tak zvaného magnetického udržení (na rozdíl od laserové fúze, která reprezentuje inerciální udržení). My, obdivovatelé tokamaku, zůstaneme u magnetického pole. Tokamak je doslova obalený elektromagnetickými cívkami nejrůznějších typů a úkolů. Základní funkce magnetického pole v tokamaku, podle které se celý směr jmenuje, je izolace horkého plazmatu od stěn vakuové nádoby. K tomu slouží toroidální magnetické pole. Pole je buzeno cívkami toroidálního pole, což není nic jiného, než do kruhu stočený solenoid, který i bez velké představivosti připomíná poledníky zeměkoule. Ovšem neméně důležité je magnetické pole centrálního solenoidu, což opět není nic jiného, než přerostlý transformátor, respektive jeho primární vinutí. A co že je sekundár? Sekundárním vinutím je jediný závit – provazec plazmatu kruhového = toroidálního tvaru. Mimochodem centrální solenoid tokamaku ITER bude mít šest pater – šest nezávisle napájených vinutí. Centrální solenoid transformátoru zapálí ve vakuové komoře výboj a ohřeje výbojové plazma průchodem elektrického proudu. Dalšími rozměrnými vinutími je šest cívek poloidálního pole ovíjejícího v rovnoběžkovém směru vakuovou komoru včetně cívek toroidálního pole. Podotýkám, že se můžete setkat s pojmenováním centrálního solenoidu jako cívky poloidálního pole, což je vlastně pravda, protože magnetické pole této obrovské cívky o průměru 4,1 metru a výšce 13,5 metru má poloidální směr. Je připraven na 30 000 pulsů, kdy v jednom pulsu vybudí elektrický proud 15 megaampérů tekoucí 400 sekund. Tokamak pod svými křídly, lépe řečeno ve svém kryostatu, skrývá řadu dalších vinutí jako korekční cívky, rezonanční poruchové cívky, z nichž některé jsou dokonce uvnitř vakuové komory, jiné nejsou supravodivé.

4 MAT21

Centrální solenoid 6 cívek

Cívka poloidálního pole (PFC) 6 cívek

Á propos supravodivé? Elektrické proudy tekoucí cívkami velkého tokamaku jsou značné, řádově tisíce ampér. Takové toky už dokáží svoje vodiče pořádně dohřát. Nebyl by pro ně problém měděný drát roztavit. Asi vás napadne měď chladit, ovšem to byste jen na chlazení potřebovali takový výkon, že by elektrárna stačila vyrábět sotva pro sebe a do rozvodné sítě by neposlala ani miliwat. Stejně jako větrná elektrárna, když nefouká vítr, stejně jako sluneční elektrárna, když nesvítí Slunce nebo tepelná elektrárna, když management nenakoupí uhlí. Řešení? Řešením je supravodivý materiál. Supravodič vychlazený na teplotu kapalného helia neklade elektrickému proudu žádný odpor a supravodič se nezahřívá. Energetická bilance tentokrát zneuctěním pojmu elek-

Cívka toroidálního pole (TFC) 18 cívek

Rozložení hlavních souborů cívek tokamaku ITER (CCEF). Zdroj: http://jolisfukyu.tokai-sc.jaea. go.jp/fukyu/mirai-en/2010/img/honbun/3-2.jpg

trárna nehrozí. V mezinárodním tokamaku ITER se budou používat dva typy supravodičů. Liší se intenzitou magnetického pole, při které supravodivost zmizí. Nb3Sn je supravodivé do 14 tesel a použije se na centrální solenoid a cívky toroidálního pole, zatímco na cívky poloidálního pole „stačí“ lacinější NbTi, který ovšem ztrácí supravodivost už při 7 teslách. Nb3Sn se musí tepelně zpracovat, což zvýší jeho křehkost a i náchylnost k poškození. Pak jsou tu vysokoteplotní supravodiče použité na tak zvané - feeders, které plní úlohu oslího můstku mezi měděnými vodiči na atmosférickém tlaku a supravodiči nacházejícími se v termoizolačním vakuu kryostatu. Představa, že na internetu najdete firmu, která vyrábí supravodič, například křehký

TERMOJADERNÁ FÚZE

Centrální solenoid. Schéma použito s laskavým svolením ITER. Zdroj: http://www.iter.org/ img/resize-300-90/www/ content/com/Lists/Stories/Attachments/1486/ cs.jpg

Nb3Sn, napíšete objednávku a počkáte, až vám vyrobí žádanou cívku pro tokamak ITER, je lákavá, avšak naprosto zcestná. Do doby, než se začal stavět mezinárodní tokamak ITER, celý svět ročně vyráběl patnáct tun tohoto materiálu. Už dnes je pro ITER vyrobeno 400 tun Nb3Sn, což představuje 85 % supravodiče pro cívky toroidálního pole. Supravodivý drát vyrábějí kromě Indie všichni partneři ITER organization (IO), to je pět států a Evropská unie, což obnáší osm společností. Kupříkladu supravodič pro centrální solenoid vyrábí Japonsko a USA vyrobí nosnou konstrukci a dodá tak IO celý centrální solenoid. Pro cívky poloidálního pole číslo 1 a 6 vyrobila Evropská unie ve spolupráci s Ruskem 80 tun supravodiče NbTi, pro cívky 2 a 5 zaregistrovala Čína 50 tun. Asi vás napadne, že vyrábět poměrně sofistikovaný kabel v tak obrovském množství v osmi výrobních společnostech není nic jednoduchého. Dohled nad výrobou všech supravodičů včetně jejich „okolí“ má Conductor Databa-

se. Ta má online přehled, kolik čeho je právě vyrobeno a v jaké kvalitě. Než je výrobek zařazen do Conductor Database, musí projít přísnými zkouškami, které zaručí, že supravodič splňuje kritéria ITER organization. V roce 2010 zkoušky na švýcarském zařízení Sultan ukázaly, že dodané supravodiče při zátěži degradují a ztrácí požadované parametry. IO okamžitě vypsala úkol najít příčinu a především nalézt způsob jak závadu odstranit. Za jeden milion eur se objevilo řešení v laboratořích americké Oxford Superconducting Technology. Řešení se jmenuje „short twist pitch“. Snad bychom řekli „ostrý úhel stoupání“? V tuto chvíli je přesný překlad vedlejší. Důležité je, že degradace zmizela a parametry supravodiče jsou dokonce lepší, než kritéria IO požadují.

známa složeným ze spousty krůčků po neprozkoumaných cestách a představuje tak velmi intenzivní výzkum a na druhé straně vyspělost zúčastněných partnerů umožňující výzvy, které se během výroby zákonitě objevují, řešit. Neméně závažné a povzbudivé zjištění popsaného příběhu spočívá v důkazu, že cyklická degradace není vnitřní vlastností supravodiče Nb3Sn typu CICC. Supravodivé cívky jsou typu „Cable-in-Conduit Conductor (CICC)“, tedy „vodič typu oplášťovaný kabel“. V supravodiči centrálního solenoidu je 576 supravodivých drátů smotaných do kabelů na způsob lana uloženo v pěti vrstvách a před smotáním smíšeno s 288 měděnými vlákny. Celková délka vláken pro cívky toroidálního pole činí 8 000 kilometrů. Měď funguje jako poslední záchrana při náhlé ztrátě supravodivosti, kdy částečně nahrazuje bývalý supravodič. Kabely ovíjejí spirálu protékanou tekutým heliem. Kabel je pak uložen do ocelového pláště čtvercového průřezu, který ho chrání před mechanickým namáháním. To bude zajisté značné, uvážíme-li přítomnost silných magnetických polí. Hmotnost cívek toroidálního pole bude činit 6 500 tun. Japonská agentura pro atomovou energii již vyrobila několik vzorků supravodiče typu „short twist pitch“ a testy na švýcarském Sultanu potvrdily vynikající pověst nové konfigurace. Uf! Milan Řípa

Uvedený příklad na jednu stranu ukazuje obtíže při konstrukci obrovského tokamaku, kdy už samotná stavba je krokem do ne-

Zdroj: volně podle ITER newsline – www.iter.org/newsline

Arnaud Devred, vedoucí sekce IO Supravodičové a pomocné systémy, nazval tuto sbírku vyrobenou různými továrnami používající různé techniky „Zoologickou zahradou vodičů pro toroidální pole“. Na zakázce supravodiče se podílí šest Domácích agentur ITER. Schéma použito s laskavým svolením ITER. Zdroj: http://www.iter.org/img/resize-250-90/www/content/com/Lists/Stories/Attachments/1541/strand%20zoo.jpg

MAT21 5

TERMOJADERNÁ FÚZE

PORADÍ SI NIF s novými problémy? Americká Lawrencova národní laboratoř v Livermore (LLNL) uvedla před dvěma lety do plného provozu zařízení National Ignition Facility (NIF), které má, v souladu se svým názvem, zažehnout termojadernou fúzi. Toto zařízení by mělo fúze dosáhnout pomocí tzv. inerciálního udržení, při kterém plazma „udržuje“ pohromadě jen vlastní setrvačnost paliva, tj. těžkých izotopů vodíku. Ke stlačení kapsle s palivem a zahřátí na potřebnou teplotu dochází díky extrémně výkonným laserům. Laserový svazek je prostřednictvím složité optiky rozdělen a rozveden do téměř dvou set samostatných paprsků. Tyto paprsky míří symetricky ze všech směrů do ohniska kulové nádoby, kde je uložena zlatá dutinka s palivovou kapslí o průměru jen něco přes milimetr. Obrovská energie laserů uvolněná během velmi krátkého pulsu stlačí palivovou kapsli na hustotu stokrát větší, než má olovo, a zahřeje ji na desítky milionů stupňů. Kulová nádoba je zkonstruována tak, aby vydržela explozi této kapsle. Bohužel je tento koncept od skutečně produktivního provozu dál než tokamaky. Vědci získali dostatek financí na NIF také díky tomu, že se jedná převážně o vojenský projekt, který má simulovat podmínky při jaderném výbuchu. Klasické jaderné testy se totiž v USA od roku 1992 neprovádějí, a vojenští experti někde potřebují ověřovat své matematické modely. NIF je zatím od zapálení fúze daleko. Prostřednictvím jaderných reakcí se v zařízení uvolňuje jen asi 10 % energie, kterou do něj vědci pomocí laserů pumpují. A to navzdory tomu, že matematické simulace předpovídaly, že by při současných parametrech laserových pulsů mělo být fúzní zesílení investované energie větší než jedna, že by mělo nastat lavinovité fúzní hoření. Dochází zřejmě k nečekaným rozptylům energie laserů na kapsli. Vedení Lawrencovy národní laboratoře teď 6 MAT21

Napojení laserových tras na kulovou nádobu experimentu NIF. Fotografie použita s laskavým svolením LLNL. Zdroj: https://lasers.llnl.gov/multimedia/photo_gallery/images/target_area/large/nif-040916185_06.jpg

zvažuje další postup. Jedním z kroků, které může podniknout, je přestavba zařízení na přímý ohřev. Při současné konfiguraci jsou lasery zaměřeny na zlatou dutinku obklopující palivovou kapsli, tím dochází k emitování rentgenového záření na atomech kovu a až toto záření ohřívá a stlačuje palivo. Při přímém ohřevu paliva lasery se vynechává dutinka, což klade větší nároky na přesnost laserů a symetrii jejich uspořádání. Na druhou stranu se již používá v jiných, menších laboratořích. Někteří vědci si také myslí, že použité pevnolátkové lasery nejsou k tomuto účelu vhodné a už se nemají kam rozvíjet. Znovu se také mluví o nahrazení laserů extrémně silným elektrickým výbojem (pinčem). Nejvýkonnější zařízení pro tyto experimenty zvané Z-machine stojí v Národních laboratořích Sandia, Albuquerque (viz foto na str. 8). NIF se teď zřejmě zaměří na objasnění podstaty jevů, které zabránily zažehnutí fúze. Jak se totiž ve fyzice často stává, i tato komplikace může nakonec otevřít fyzice nové obzory a přinést nějaký užitek. A pak je tu ještě armáda se svými jadernými testy. To, že NIF nesplnil očekávání v inerciální fúzi tedy rozhodně neznamená, že zůstane bez práce. Jan Mlynář, Ondrej Ficker

Zlatá dutinka pro kapsli. Fotografie použita s laskavým svolením LLNL. Zdroj: https://lasers.llnl.gov/multimedia/ photo_gallery/images/target_area/large/nif1209-18047.jpg

Uchycení dutinky ve velké kulové nádobě experimentu NIF. Fotografie použita s laskavým svolením LLNL. Zdroj: https://lasers.llnl.gov/multimedia/ photo_gallery/images/target_area/large/nif1209-18051.jpg

TERMOJADERNÁ FÚZE

TA plazma není TO plazma „Kdyby nic jiného, tak si zapamatujte, že slovo plasma označující ionizovaný plyn je rodu středního, zatímco plasma popisující látku organického původu, je rodu ženského!“, kladu na srdce posluchačům při každé přednášce uvádějící zájemce do světa termojaderné fúze. Čeština je jediný jazyk na světě, který uvědoměle vzdává hold Irvingu Langmuirovi, který pojem plazma pro ionizovaný plyn v roce 1927 zavedl. Ptáte se jak? Tým pozdějšího nositele Nobelovy ceny za chemii za rok 1932 Irvinga Langmuira, který studoval výboje v parách rtuti, byl postaven jednu chvíli před zajímavý úkol: „Jak nazývat nepříliš známý stav látky, s kterou se dnes a denně setkávali ve výbojce?“. Pánové kroužili kolem názvů jako „homogenní výboj“, „jednotný výboj“, „rovnovážný výboj“. Tmavá místa obklopující elektrody inspirovala k pojmenování jako „aura“, „halo“, ale marně. Stále to nebylo ono.

Irving Langmuir. Fotografie použita s laskavým svolením ITER. Zdroj: http://www.iter.org/img/resize-230-90/www/content/com/Lists/ Stories/Attachments/1571/portrait-langmuir-900w.jpg

„Historie si nepamatuje objevitele, ale toho, kdo objev pojmenuje. Vzpomeňte na naší zemi: Kryštof Kolumbus ji objevil a jmenuje se podle Ameriga Vespuciho,“ prohlásil prý tehdy Langmuir. Nešťastní potenciální kmotři už boj pomalu vzdávali, když tu se objevil Langmuir a triumfálně prohlásil: „Mám to!“

Irving Langmuir toho památného dne řekl: „Stejně jako krevní plazma přenáší červené či bílé krvinky, proteiny, hormony a mikroby, naše neznámá v sobě skrývá ionty, elektrony a neutrální částice pracovního plynu a nečistot. Budeme ji nazývat plazmou.“ Pardon, „…budeme ho nazývat plazmatem.“ V tuto chvíli na scénu vystupuje náš rodný jazyk český, který jako jediný na světě vzdává hold velkému fyzikovi či spíše chemikovi a striktně rozlišuje Lamgmuirův vzor – krevní plazmu – a její kopii – Langmuirem pojmenovaný ionizovaný plyn. Jako vše nové se nesetkalo pojmenování plazma v řadách fyziků se všeobjímajícím nadšením. Nu zvykli jsme si. Za kuriozitu můžeme považovat žádosti z medicínských kruhů o separáty článků, které pronásledovaly Lamgmuira ještě dlouho po roce 1927. Považovali totiž lékaři ionty za proteiny. Nu a novináři si pletou pojmy s dojmy – plazmu s plazmatem - i 80 let po revoluci. Langmuir je mezi začínajícími fyziky plazmatiky známý ani ne tak jako autor pojmenování jejich zájmu, ale jako autor sondy, která nese jeho jméno, snad nejjednoduššího a nejstaršího prostředku pro diagnostiku plazmatu. Drátek vložený do plazmatu připojený na měřič elektrického proudu a napětí dokáže neuvěřitelné věci. Zjistíte hustotu, teplotu plazmatu a dokonce i jeho potenciál v místě měření. Současné tokamaky používají desítky těchto „hustoměrů“ současně. Nejrůznějších modifikací. Kupříkladu takzvané rektifikační sondy, které musí počítat s velkou teplotou termojaderného plazmatu. Tepelný tok na sondu ji dokáže snadno zlikvidovat. Aby plazma nemělo čas sondu roztavit, sonda se do okrajového plazmatu pneumatickou puškou vstřelí a vytáhne dříve, než se plazma vzpamatuje. Částečně či plně ionizovaný atom je takový, který při srážkách s ostatními atomy ztratil alespoň jeden nebo všechny elektrony svého elektronového obalu. Předpona „kvazi“ znamená téměř, ne úplně. Plasma je a není elektricky neutrální. Příroda nedovolí plazmatu vlastnit ani o jeden náboj jednoho znaménka více než je nábojů znaménka opačného. Zvenčí je tedy plazma elektricky neutrální, ovšem uvnitř plazmatu se setkáme jak elektrickým, tak magnetickým polem.

PLAZMA – ionizovaný plyn - se pyšní přesnou definicí, ale my si vystačíme s následujícím popisem: „Plazma je kvazineutrální soubor částečně či plně ionizovaných atomů a neutrálních částic vykazující kolektivní chování.“

Kolektivní chování je důsledek dalekodosahových elektromagnetických sil, kterými na sebe jednotlivé nabité částice působí. Libovolná částice je ovlivňovaná kolektivem kolegyň a sama na kolektiv působí. Odtud kolektivní chování. Projevem kolektivního chování je výskyt řady vln a nestabilit v plazmatu. Více jak 99,97 % známé hmoty ve Vesmíru je ve stavu plazmatu. Na Zemi se plazma vyskytuje zřídka, ale vyskytuje. Výboje všeho druhu ať už přírodní nebo umělé: Polární záře, blesk, oheň, jiskry, neonové reklamy, laboratorní plazma. Zcela ojedinělé postavení zaujímá sluneční plazma, které je inspirací jak uvolnit jadernou energii v pozemském plazmatu pomocí termojaderné fúze. Třeba pro výrobu elektřiny. Ale o tom až jindy.

Vesmírné plazma. Fotografie použita s laskavým svolením ITER. Zdroj: http://www.iter.org/img/resize-300-90/ www/content/com/Lists/Stories/Attachments/1196/dm_esa.jpg

Pan Langmuir by se asi divil, že plazmová televize je dnes běžnější vybavení domácnosti, než v jeho době byla bakelitová krabička zvaná rádio! Milan Řípa Zdroj: volně podle ITER newsline - www.iter.org/ newsline MAT MAT21 21 7

TERMOJADERNÁ FÚZE

Letem termojaderným světem, část 4.

Impozantní výboj na zařízení Z-Machine. Zdroj: http://www.sandia.gov/z-machine/ wp-content/gallery/nexgen-gallery/arcs-and-sparks.jpg

Čtyřdílný průvodce fúzním světem končí. Byl stručný, jak určoval povolený objem v časopisu. Mnohé nebylo vyřčeno, ale zájemce má velké možnosti ať už v níže vyjmenované literatuře nebo na webových adresách. Aniž bych se bál nařčení z ješitnosti, s uspokojením konstatuji, že během pěti let vyšly v češtině hned dvě vědeckopopularizační knížky o fúzi. Překlad vynikající „Fúze – energie vesmíru“ pánů McCrackena a Stotta a třetí vydání knihy „Řízená termojaderná fúze pro každého“ sehrané čtveřice Řípy, Mlynáře, Žáčka a Weinzettla z Ústavu fyziky plazmatu AV ČR, v.v.i. Shodou okolností se připravuje

8 MAT21

reedice poslední knížky, která bude obohacena o tolik potřebný rejstřík a zajímavou kapitolou o analogii vesmírného a tokamakového plazmatu. Nu a právě vyšla anglická verze druhého vydání Fusion: The Energy Of The Universe s novou kapitolou o tokamaku ITER, novou kapitolou o velkých inerciálních zařízením (NIF, Laser Megajoule, HIPER, FIREX). Nu, že bychom rádi druhé vydání přeložili, o tom nepochybujte. Seznamte se impozantním pinčovým experimentem Z-machine, hybridním reaktory a věčným glosátorem geniálním fyzikem Arcimoviče. Že už ho znáte? Tím lépe si zapama-

tujete jeho výrok...ale nechte se překvapit. Je to poslední věta čtyřdílného seriálu! Nesmíme ovšem zapomenout na hybridní reaktory, ve kterých fúze v jádru reaktoru slouží jako zdroj vysokoenergetických neutronů pro transmutaci podkritického množství jaderného odpadu štěpných atomových elektráren umístěného v obalu reaktoru. Existují ideje fúzní části na principu tokamaku i na principu laserové fúze. Konečně připravovaný ITER je svým způsobem hybridní reaktor. V centrální části vakuové komory bude probíhat fúzní reakce deuteria a tritia a v obalu obklopující termojaderné plazma budou ne-

TERMOJADERNÁ FÚZE Zbytky „fúzní“ laboratoře na argentinském ostrově Huemul. Odtud vyšel (falešný) podnět k rozpoutání „fúzní horečky“. Fotografie použita s laskavým svolením ITER. Zdroj: http://www.iter.org/img/resize-300-90/www/ content/com/Lists/Stories/Attachments/930/huemul0.jpg

utrony štěpit lithium (a vyrábět tak tritium). Existují návrhy na využití produktů DT reakce – rychlých neutronů ve farmacii, strojním průmyslu apod. Viz firma Tokamak Solution z anglického Culhamu. Jako lev číhá na svoji kořist, čekají na svoji příležitost otevřené systémy v čele s Z-machine v Sandia Laboratory. Nedávno tamní odborníci publikovali počítačovou simulaci, kdy při 60 megaampérech budou fúzi blízko, blizoučko. Nyní do drátěného válečku vybíjejí 27 mega a drží tak světový rekord ve výkonu rentgenového záření 300 TW. Fúzní strom je košatý a ze samotného pně vyrůstá větev Inerciálního elektrostatického udržení (IEC). Pozor! Nezaměňovat za Inerciální udržení, což je laserová fúze, zatímco IEC je příkladem toho, že postulát o neziskovosti fúze pomocí urychlovače nelze brát doslova. Pokud použijeme sférický urychlovač místo lineárního, je tu další přístup jak se domoci fúzních neutronů. Dokonce tak jednoduchý, že fusor staví „amatéři“ včetně středoškolských studentů. Neutrony ano, energie ne. Zatím! 1 2

Studenou fúzí jsme začali a studenou fúzí skončíme. Existuje řada dalších až bizarních nápadů jak přemoci obra zvaného řízená termojaderná fúze. K posledním patří humbuk kolem pánů Rossiho a Focardiho z Boloňské university, kteří údajně mají k dispozici modulární fúzní zdroj E-cat (Energy catalysator) a fúzní elektrárna bude co nevidět, respektive měla fungovat minulý podzim díky řecké firmě (!). Odložme zábrany a pohleďme do budoucnosti. Úžasným vítězstvím by byly cívky z vysokoteplotních supravodičů. Očekávají se materiály odolnější než ocel, například na základě uhlíkových kompozitů. Náhrada reakce DT, reakcí pB – jinak reakcí protonu s bórem, jejichž produktem jsou jen stabilní a nabité částice, přibližuje přímou přeměnu jaderné a elektrickou energii. A co pohon kosmických lodí směřujících dále než jen k Marsu?1 Důležité je jedno. Tokamak není na své pouti za energeticky ziskovou fúzí sám, což zvyšuje pravděpodobnost úspěchu, i když v současné době se nikdo neodváží v tomto článku

jmenovaný nebo nejmenovaný princip jednoznačně favorizovat. Na závěr ne zcela přesvědčivý avšak optimistický argument ve prospěch tokamaků zní takto: „Každá nová generace tokamaků přinesla nové problémy. Ovšem vždy se tyto problémy podařilo vyřešit!“2 Velikán světové vědy, Lev Arcimovič prohlásil: „Termojaderná fúze bude, až ji lidé budou potřebovat!“ Chtěl říci, když lidé potřebovali eliminovat vítězství fašistického Německa v závodě o atomový primát, dokázali soustředit ekonomický a lidský potenciál a atomovou pumu vyrobili. V Los Alamos se do vývoje vodíkové nálože investovalo stokrát více, než se vkládá do projektu ITER! Fúze bude zapotřebí, až z nejrůznějších důvodů, nebude čím rozsvítit žárovku, byť bude šetřící! Milan Řípa

LIBRA, Martin, Jan MLYNÁŘ a Vladislav POULEK. Jaderná energie. 1. vyd. Praha: Ilsa, 2012, 167 s. ISBN 978-80-904311-6-4. doc. Ing. Ladislav Krlín, DrSc., soukromé sdělení

MAT21 9

OSOBNOSTI VĚDY

KALENDÁRIUM ČERVEN

JAMES CLERK MAXWELL se narodil 13. června 1831 v Edinburghu ve Skotsku († 05. listopadu 1879). Svůj první článek, týkající se křivek, publikoval ve čtrnácti letech. Nadšení pro geometrii a mechanické modely mu vydrželo po celou kariéru. Již v šestnácti letech vstoupil na Edinburskou univerzitu, v roce 1850 pak přešel na univerzitu do Oxfordu. V roce 1860 získal profesuru z přírodní filozofie (fyziky) na Královské koleji v Londýně, kde ho jeho rané výzkumy vedly ke zveřejnění principu barevné fotografie s použitím červeného, modrého a zeleného filtru (tzn. že v případě fotografování přes filtry tří základních barev a následným zkombinováním snímků lze vyrobit barevnou fotografii). Jeho nejvýznamnějším objevem je však obecný matematický popis elektromagnetického pole, dnes známý jako Maxwellovy rovnice. Maxwellovy rovnice jsou základní zákony v makroskopické teorii elektromagnetického pole. Krom elektromagnetické teorie značně přispěl i k jiným fyzikálním oborům. Zejména ve své eseji o Saturnových prstencích (v té době bylo Maxwellovi necelých třicet let), v němž dospěl k závěru, že prstence musejí být složeny z ne zcela koherentní hmoty. Tento názor potvrdila o více než sto let později kosmická sonda Voyager. POCTY • Na jeho počest byla pojmenována jednotka magnetického toku (obecně zaznamenává jako f) v soustavě jednotek CGS jako Maxwell (Mx). • Jeho jménem je pojmenován horský masiv na Venuši (Maxwell Montes). • Na hoře Mauna Kea na Hawaji je s průměrem zrcadla 15 m umístěn submilimetrový astronomický teleskop na světě (teleskop Jamese Clerka Maxwella). • Jeho jméno nese mezera mezi Saturnovými prstenci.

Další vědci narození v měsíci červnu: Richard Smalley (06.06.1943 – 28.10.2005) Francis Crick (08.06.1916 – 28.07.2004) Tim Berners-Lee (*08.06.1955) Edward Osborne Wilson (*10.06.1929) John Forbes Nash (*13.06.1928) Alan Turing (23.06.1912 – 07.06.1954) Fred Hoyle (24.06.1915 – 20.08.2001) William Thomson (26.06.1824 – 17.12.1907) Zdroje: 100 nejslavnějších vědců: nejvýznamnější osobnosti vědy od starověkého Řecka po současnost. Vyd. 1. Brno: Jota, 2009, 304 s. ISBN 978-80-7217-658-8. http://www.myartprints.co.uk/kunst/anonym/maxwell_ james_ clerk_1.jpg

ČERVENEC

OLEG ALEXANDROVIČ LAVRENTĚV se narodil 07. června 1926 v Pskově poblíž hranic s Estonskem (†10. února 2011). Jeho vědecká kariéra je tak divoká, až je neuvěřitelná. Už na střední škole se po přečtení „Úvodu do jaderné fyziky“ rozhodl, že fyzika bude jeho osudem. Druhá světová válka, ve které získal vyznamenání „Za statečnost“,ho však oloupila o maturitu.

Jako seržant radiooperatér složil zkoušku dospělosti při „zaměstnání“, aby mohl studovat na prestižní Moskevské státní univerzitě. Než odejel do Moskvy, poslal nejprve Stalinovi a pak Ústřednímu výboru KSSS dopis, ve kterém popsal svoji verzi vodíkové pumy s pevnolátkovým deuteridem lithia a návrh termojaderného reaktoru pro civilní využití. Byla to reakce na hysterická slova amerického prezidenta Harry Trumana, který vystrašen úspěšným atomovým pokusem bývalého SSSR, zapřísahal kongress, že je třeba dokončit superbombu. Tedy vodíkovou bombu. Dopis UV KSSS dostal k posouzení D. Sacharov a Lavrentěva ohodnotil jako člověka originálního myšlení, jehož talentu je třeba všestranné

10 MAT MAT21 21

podpory. Té se Lavretěvovi dostal po druhé návštěvě L. Beriji, který kromě tajných služeb předsedal i komisi pro atomovou energii. Tehdy se musel mladý Lavrentěv rozhodnou mezi neřízenou a řízenou termojadernou fúzí, přesněji řečeno mezi jejími výzkumy. Náhoda zasáhla a Lavrentěv se upsal elektrostatickému udržení, to je řízené termojaderné syntéze. Ač se hodně snažil, nemohl Lavrentěv prosadit svůj nápad do státem podporovaného programu a ověřit ho tak experimentálně. Po smrti Stalina byl Lavrentěv odstřižen od všech benefitů a izolován od slibně se rozvíjející vědecké kariéry. Během svého zaměstnání ve Fyzikálně technickém ústavu v Charkově, kde si pozvolna plnil svůj sen - experimentálně ověřit svoji ideu elektrostatického udržení plazmatu, které mělo být zárodkem termojaderného reaktoru, se dozvěděl, že jeho dopis ze Sachalinu do Moskvy inspiroval Sacharova k návrhu tokamaku. Sacharov, velmi zjednodušeně řečeno, vyměnil elektrostatické pole podle Lavretěva za „své“ pole magnetické. Dalším bodem zájmu v Charkově bylo zařízení zvané Jupitěr (elektromagnetické pasti, které využívaly vstřícná magnetická pole a prstencové štěrbiny „ucpávaly“ elektrostatickým polem), které mělo ověřit termojadernou myšlenku. Pak se rozpadl Sovětský svaz, otevřely se archivy a objevil se originál práce Lavretěva, kterou na přání ministerstva sepsal pod dohledem ozbrojené stráže v roce 1950 na Sachalinu. Už tak známý Lavrentěv se stal slavným, neboť tokamak už bylo termojaderné zařízení číslo 1. nejen v SSSR, nejen v Evropě, ale na celém světě. Nu a Lavrentěv byl jediným žijícím, který byl u zrodu tohoto geniálního zařízení. Další vědci narození v měsíci červenci: Gottfried Wilhelm Leibniz (01.07.1646 – 14.11.1716) Hans Bethe (02.07.1906 – 06.03.2005) Nikola Tesla (10.07.1856 – 07.01.1943) Robert Hooke (18.07.1635 – 03.03.1703) Gregor Mendel (20.07.1822 – 06.01.1884) Rosalind Franklinová (25.07.1920 – 16.04.1958) Carl Gustav Jung (26.07.1875 – 06.06.1961) William Thomson (26.06.1824 – 17.12.1907) Zdroje: 100 nejslavnějších vědců: nejvýznamnější osobnosti vědy od starověkého Řecka po současnost. Vyd. 1. Brno: Jota, 2009, 304 s. ISBN 978-80-7217-658-8. foto: archiv V. Maslov

SRPEN

články, které položily základ kvantové vlnové mechaniky. Popisoval v nich především svou částečnou diferenciální rovnici, která je základní rovnicí kvantové mechaniky. V roce 1924 také přijal názor Louise de Broglie, že hmotné částice mají dvojí podstatu a v některých situacích se chovají jako vlny. Teorie popisující chování takového systému (pomocí vlnové rovnice) je nyní známa jako Schrödingerova rovnice. Řešením této rovnice je tedy vlnová funkce, kterou lze vztáhnout jen k pravděpodobnému výskytu fyzikálních jevů. Díky tomuto představil Schrödinger imaginární experiment založený na kvantové teorii, aby osvětlil paradox své interpretace. Tento experiment je dodnes známý jako „Schrödingerova kočka“. O tři roky později začal pracovat na univerzitě v Berlíně, kde působil i Albert Einstein. Po roce 1933 pobýval několik let průběžně v Rakousku, ve Velké Británii, v Římě a poté zůstal 15 let v Irsku, kde napsal studii What Is Life?. Tato kniha je úvodem do tématu molekulární biologie a zůstala jedním z nejužitečnějších a nejpromyšlenějších. V roce 1956 odešel do penze a působil opět na Vídeňské univerzitě tentokrát jako emeritní profesor. Díky svému výjimečnému nadání dokázal během svého života přispět téměř ke všem odvětvím vědy a filozofie. SCHRÖDINGEROVA KOČKA Představte si kočku neprodyšně uzavřenou v neprůhledné krabici, kde je také umístěn přístroj obsahující radioaktivní nuklid a nádoba s jedovatým plynem. Pokus je navržen tak, že po jedné hodině je 50% pravděpodobnost rozložení nuklidu. Pokud přístroj detekuje rozpad nuklidu, uvolní plyn, který otráví kočku. Podle principů kvantové mechaniky se nuklid, který není pozorován, nachází v superpozici stavu „rozloženého nuklidu“ a stavu „nerozloženého nuklidu“ (existuje jakoby v obou stavech zároveň). Z toho vyplývá, že i celá soustava by se měla nacházet v superpozici stavů rozpadlý nuklid = mrtvá kočka a nerozpadlý nuklid = živá kočka. Avšak pokud otevřeme krabici, uvidíme pouze jeden z těchto stavů, kočka nemůže být zároveň živá i mrtvá. Na toto téma vzniklo i bezpočet vtipů, např.: Paní Schrödingerová říká manželovi: „Cos dělal s tou kočkou? Vždyť je napůl mrtvá!“ Přijde Schrödingerova kočka do baru... a nepřijde. Animaci k tomuto tématu naleznete zde: http://www.youtube.com/watch?v=IOYyCHGWJq4&feature=player_ embedded#! Další vědci narození v měsíci srpnu: Alexander Fleming (06.08.1881 – 11.03.1955) Jöns Jacob Berzelius (20.08.1779 – 07.08.1848)

ERWIN SCHRÖDINGER se narodil 12. srpna 1887 ve Vídni († 04. ledna 1961). Tento rakouský teoretický fyzik byl jedním ze zakladatelů kvantové mechaniky a přispěl především k vlnové teorii hmoty. V roce 1906 nastoupil na Vídeňskou univerzitu, kde v roce 1910 získal doktorát. Poté působil jako výzkumný pracovník a po vykonání vojenské služby během první světové války odešel do Curychu. Právě na tomto místě začal publikovat

Georges Cuvier (23.08.1769 – 13.05.1832) Robert Curl (*23.08.1933) John Forbes Nash (*13.06.1928) Antoine Lavoisier (26.08.1743 – 08.05.1794) Ernest Rutherford (30.08.1871 – 19.10.1937) William Thomson (26.06.1824 – 17.12.1907) Zdroje: 100 nejslavnějších vědců: nejvýznamnější osobnosti vědy od starověkého Řecka po současnost. Vyd. 1. Brno: Jota, 2009, 304 s. ISBN 978-80-7217-658-8. http://image1.findagrave.com/photos/2010/47/7268073_ 126641867048.jpg, http://cs.wikipedia.org/wiki/Schr%C3%B6dingerova_ko%C4%8Dka MAT MAT21 21 11

POZORUHODNÉ NOVINKY

Zajímavosti z domova i ze světa OBJEVILI JSME PLANETY PODOBNÉ ZEMI, HLÁSÍ NASA. MŮŽE NA NICH BÝT ŽIVOT Dvě planety podobné Zemi, které jsou kandidáty na život mimo sluneční soustavu, se podařilo najít pomocí vesmírného teleskopu Kepler amerického Národního úřadu pro letectví a vesmír. Obě jsou přibližně stejně velké, zřejmě mají kamenné jádro a mohla by na nich být voda v kapalném stavu. Více čtěte zde: http://technet. idnes.cz/objev-novych-planet-podobnych-zemi-dum-/tec_vesmir. aspx?c=A130418_221606_tec_ vesmir_hro

OBŘÍ ROBOTICKÁ MEDÚZA JMÉNEM CRYO Medúza jménem Cryo váží 77 kg a pohání ji baterie. Vědci by ale chtěli, aby mechanismus byl plně autonomní a energii získával přímo z vody např. slučováním rozpuštěného kyslíku a vodíku. Energie pohání osm křemíkem potažených chapadel, které napodobují svůj biologický vzor a zajišťují vlastní pohyb. Více čtěte zde: http://www.scienceworld. cz/videa/obri-roboticka-meduza-jmenem-cryo/

12 MAT MAT21 21

V přehledu zajímavostí jsou použity doslovné citace s odkazy na zdrojové články.

OLOMOUČTÍ CHEMICI VYVÍJEJÍ ČIPY, KTERÉ ODHALÍ ZBYTKY ANTRAXU Vědci z katedry analytické chemie a Regionálního centra pokročilých technologií a materiálů Univerzity Palackého v Olomouci našli spolu s kolegy v Německu způsob, jak odhalit nebezpečné bakterie antraxu i v jejich skryté podobě ve sporách. Více čtěte zde: http://www.novinky.cz/veda-skoly/299278-olomoucti-chemici-vyvijeji-cipy-ktere-odhali-zbytky-antraxu.html

ČESKÝM FYZIKŮM SE PODAŘILO OVLÁDAT MAGNET POMOCÍ SVĚTLA Pomocí světelného (laserového) paprsku ovlivňují magnet mnohem rychleji, než to šlo doposud, kdy se magnet v mikroelektronice řídil elektrickým proudem. Objev může přispět k rozvoji budoucích mikroelektronických součástek a informačních technologií. Více čtěte zde: http://www.ceskenoviny. cz/veda_a_technika/zpravy/ceskym-fyzikum-se-podarilo-ovladat-magnet-pomoci-svetla/929634

GRASSHOPPER: ZNOVUPOUŽITELNÁ RAKETA OD SpaceX Americká firma SpaceX vyvíjí nosnou raketu, která bude na rozdíl od svých kolegyň znovupoužitelná pro další misi. Test už byl proveden ve výšce téměř šest metrů a zatím poslední na začátku března znamenal pokoření hranice 80 metrů a více než půl minutový let. Více čtěte zde: http://vtm.e15.cz/ grasshopper-znovupouzitelna-raketa-od-spacex

CHUCK NORRIS RUSKO VYSLALO DO VESMÍRU ZVĚŘINEC. ZNÁME ÚČEL EXPERIMENTU Moskva - Z kosmodromu Bajkonur dnes odstartovala ruská družice Bion-M s netradiční posádkou. Na její palubu vědci umístili 45 myší, 15 ještěrek, ryby, hlemýždě a další živočichy, kteří mají testovat vliv slunečního záření na živé organismy. Let potrvá měsíc, jednotlivé živočišné druhy jsou od sebe vzájemně odděleny. Více čtěte zde: http://veda-a-technika. eurozpravy.cz/veda/68904-rusko-vyslalo-do-vesmiru-zverinec-zname-ucel-experimentu/

FY ZIKÁLNÍ VELIČI

NY A VELIKÁNI

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

V 50. letech 20 . století se se zrodila myšlenk lovanou jadrno a vynálezu, kt u fúzi. Pod tím er ý má dopom to jsou podeps Tamm. Uveďte oci realizovat áni Andrej Dm název této mag kontro itrijevič Sachar netické nádoby ov a Igor Jevgen pro uchovávání ěvič vysokoteplotní 1. Která zákl ho plazmatu. adní fyzikální ve lič in 2. Pro jakou a používá jedn veličinu se využ otku kelvin (K ívá v Anglii jedn )? 3. Uveďte ve otka libra? ličinu, která ud ává počet opak 4. Doplňte ve ování periodick ktorovou velič ého děje za da inu, která vyja 5. Veličina, kt ný časový úsek dřuje míru vzáj erá vyjadřuje . emného půso velikost prosto 6. Definujte je be ní ru těles. (je dním slovem ne dnotkou je ku bí k). prostorové lin tém nevratném eární kontinuu pořadí. m, v němž se 7. Jaká je ve události stávaj ličina, jež má í v jiskromě velikos ti i určitý směr ? ZÁKONY CHU CK A NORRISE • Chuck Nor ris chodí nam ísto do solárka • Chuck Nor do Tokamaku! ris je odpůrce periodické tabu • Binární kó lky pr vků. On d počítače ob totiž uznává po sahuje jedničky • Chuck Nor uze pr vek přek a nuly. Binárn ris dokáže narý vapení. í kód Chuck N sovat trojúhel • Když se ře or risova mozku ní k, kne „Ty ví š kdo“ kter ý má dva obsahuje pouz pravé úhly. , myslí se tím Lo • Chuck Nor e jedničky. rd Voldemor t. ris si dle libos Když Lord Vold ti reguluje hodn • Chuck Nor em otu gravitačníh or t řekne „Ty ví ris dokáže přes š kdo“, myslí tím o zr ychlení. třihnout kabel • I pravil Bů Chucka Norris od wi-fi . h: „Můžu Chuc e. ku?!“ A bylo sv • Chuck Nor ětlo. ris nakreslil hr an atý kruh! • Chuck Nor ris dokáže řadi t čísla v konsta • Chucku Nor ntním čase! Po risovi Window užívá algoritm s nikdy nespad • Chuck Nor us ChuckSor t! nou. Nedovolí ris při práci na si. PC nikdy nepo • Chuck Nor užil klávesu Es ris je schopen cape (=únik). na hvězdné br • Chuck Nor áně úspěšně ris napočítal do zadat 12ti sym nekonečna. D • Chuck Nor bolovou adresu vakrát. ris dokáže vypí . Ručně, bez zd t bezedný kelím • Chuck Nor roje energie. ek. ris udělá stojku i ve stavu beztíž • Lidé se na e. informace ptaj í Googlu, Googl • Mark Zuck e se ptá Chuc erberg byl včer ka Norrise a hospitalizov zprávy hovoří án s těžkými po o tom, že jej Ch hmožděninam • Velkou číns uck Norris šťou i a tříštivou zl kou zeď lze vidě chnul na Face oměninou steh booku. t i z Měsíce. Ch • Chuck Nor ení kosti. Před ucka Norrise lz ris umí dělit nu běžné e vidět i z jiné lou. • Teorie evol dimenze. uce neexistuje , existuje pouze • Okolní vesm seznam živoči ír existuje, prot šných druhů, kt ože se bojí bý t • Chuck Nor eré nechal Ch na stejné plan ris zná posled uck Norris přež etě jako Chuc ní číslici čísla • Stupnice tv ít. k Norris. pí. rdosti: mastek, sůl kamenná, kalcid, fluorid, apatit, or thokla Zdroj: s, křemen, topa z, korund, diam ht tp://ww w.ch ant, Chuck Nor ucknorris.cz ris. MAT MAT21 21 13

PROJEKTOVÉ ZÁŽITKY

M U I R Á T E N A L P v Brně Ve středu 27. února 2013 jsme se podívali do planetária v Brně. Všichni účastníci exkurze měli sraz před budovou A Gymnázia Hejčín v Olomouci, kde už na ně čekal objednaný autobus. Cesta trvala asi hodinu a půl. Po příjezdu jsme šli do promítací místnosti, kde nás čekal program „Kosmonautika a my“ s panem Milanem Halouskem z České kosmické kanceláře. Dozvěděli jsme se zde např., že větší množství informací o vesmíru je zpracováváno na Zemi a menší ve vesmíru, že pro kosmonauty je velmi nebezpečné kýchnutí, protože by je odhodilo o několik metrů dozadu, kapky vody, neboť když taková letící kapička vody narazí na nějaký elektrický přístroj, může přístroj vypovědět službu. Také jsou nebezpečné drobky, jelikož ty mohou nadělat spoustu problémů, a proto se ve vesmíru nikdy nejí chléb ani rohlíky, ale kukuřičné placky atd. Dále jsme se seznámili s tím, že když přijede zhruba jednou za dva měsíce zásobovací loď, mají kosmonauti velkou radost z čerstvé zeleniny a ovoce, protože jídlo ve vesmíru prošlo tolika úpravami, že například řízek vůbec není jako právě usmažený, i když chuť má stále stejnou. Jídlo - jako třeba již zmiňovaný řízek - se totiž zmrazí na -72°C, vysaje se z něj veškerá voda a slisuje se do sáčku, ze kterého se vysaje vzduch a kosmonaut ve vesmíru si do něj opět musí přidat vodu a pak ho teprve může zkonzumovat. Kosmonauti mají také radost ze zmrzliny a dopisů od svých známých ze Země. Ve vesmíru to ovšem není jen samá radost. Kosmonauti musí trénovat, neboť ve stavu beztíže se uvolňují svaly, takže kdyby je nijak nezatěžovali, tak po návratu na Zemi by se doslova „sklátili“. Vlasy si musí umývat suchým, práškovým šamponem a následně nanést jednu kapku vody. Díky kosmonautům se proslavila i firma Tang, jelikož když už málem zkrachovala, koupil si od ní nějaký muž, který pracoval v kosmické kanceláři, práškový džus a přidal ho mezi zásoby potravin pro kosmonauty. A tak měli Američané, kteří byli

zvyklí pít džus, tento nápoj také ve vesmíru! A protože lidé se o tom dozvěděli a začali si ho také kupovat, firma Tang nezkrachovala. Mnoho z lidí by si chtělo vyzkoušet létání na létajícím koberci, ale zdá se jim to nemožné. To ovšem není pravda! Neboť ve vesmíru je skoro všechno možné, létal zde na létajícím koberci kosmonaut Koichi Wakata. Po této zajímavé přednášce jsme se mohli vyfotografovat s krtečkem, který v roce 2011 letěl do vesmíru. Jako další bod jsme se vydali do pozorovatelny hvězd a viděli některé dalekohledy. Následovala cesta na terasu, na které jsme se pokochali krásným výhledem na Brno a návštěva exploratoria, kde jsme si mohli vyzkoušet, kolik kilogramů bychom vážili na různých planetách či měsících a také, jak těžká by byla krabice s jedním litrem džusu na Měsíci, Marsu, Zemi, Jupiteru nebo Slunci. Zátěž se postupně zvyšovala a džus na Slunci už neuzvedl nikdo. Všichni to marně zkoušeli až do té doby, než se dozvěděli, že je tam přišroubovaný. Potom jsme si mohli vyzkoušet, jak funguje třetí Keplerův zákon, sáhnout si na meteorit nebo roztočit skleněnou kouli, ve které byla namíchána voda a modré mýdlo, takže simulovala atmosféru na Neptunu, roztočit si vodní vír a podívat se na různé fosílie dávných živočichů. Pak nám průvodce promítal na skleněné kouli různé planety a my jsme hádali, které to jsou. Dále jsme šli do kopule, na jejímž stropě se promítala noční obloha, podívali jsme se tam na dokument o hvězdách a naučili jsme se poznat souhvězdí Orion a další. Nakonec jsme si mohli ještě jednou prohlédnout exploratorium a pak jsme vyrazili zpátky do Olomouce a po hodině a půl dlouhé cestě jsme se rozešli. A tak skončil náš výlet do planetária, který se nám všem moc líbil. Už dnes se těšíme na další zajímavé exkurze. Hedvika Benešová (Gymnázium, Olomouc – Hejčín, třída I.A8) Zdroje obrázků: archiv MAT21

TERMOJADERNÁ FÚZE

OBAL není OBÁLKA Stěží najdete část mezinárodního tokamaku ITER, který se sedmým rokem staví poblíž CEA Cadarache (cca 100 km severně od Marseille), o které se neříká, že je „nejdůležitější“. Může tokamak fungovat bez centrálního solenoidu? Zapálíte plazma v tokamaku jakéhokoli segmentu vakuové komory? Myslíte, že se vám podaří termojaderných teplot bez dodatečného ohřevu? Nakonec zjistíte, že zcela nedůležitý je profesor Osamu Motojima. Pan Motojima je generální ředitel ITER organization! K samotnému provozu pan generální určitě zapotřebí není, ale než k němu dojde, není významnější osoby. Závěr? Nejdůležitější je v Cadarache každý a všechno! Pro komponentu zvanou obal není třeba zástup obhájců. Obal je skutečně nesmírně důležitá část tokamaku ITER a je-li opravdu nejdůležitější je v tuto chvíli vedlejší. Jeho význam ve vašich očích roste úměrně s tím, co se o něm dozvíte a s tím, že bude plnit funkci, která na žádném zařízení, tím méně na tokamaku nebyla vyzkoušena.

Světélkující komponenta vakuové komory na modelu tokamaku ITER v Ústavu fyziky plazmatu AV ČR je obal. Zdroj: soukromý archiv M. Řípy

Obal by měl obalovat a on skutečně obaluje – plazma. Obal je poslední pevné skupenství a pak už je plazma o teplotě kolem 150 miliónů stupňů. Pardon mezi plazmatem a obalem je vakuum vyplněné magnetickým polem. Obal plní hned dvě funkce. Vnitřní část obalu, počítáno od plazmatu, je tak zvaná „první stěna“ – stěna, která „vidí plazma“. Plazma se sice nemá první stěny v tomto případě dotýkat, ale poručte něco takovému „neposluchovi“, kterým nezřídka nestabilní plazma je. Materiál, který je skutečně pro obal poslední instancí, musí být teplovzdorný, nesmí být afinní vůči vodíku a jeho izotopům, nesmí snadno podlehnout atakům fúzních neutronů a musí mít nízké atomové číslo, tedy kolem jádra co nejméně elektronů. Jakmile se totiž atom nečistoty, a tou povrch obalu pro plazma je, dostane do plazmatu, je srážkami excitován a vyzařuje čárové spektrum – plazma ochlazuje. Volba

MAT21 15

Prototyp modulu obalu tokamaku ITER „Blanket Shield Module BM 11“ objednala evropská EFDA/F4E a vyrobila AREVA. 440 modulů bude stínit vakuovou nádobu a supravodivé cívky před teplem a neutrony. Později některé moduly budou testovat šest variant plození tricia. Fotografie použita s laskavým svolením ITER. Zdroj: http://www.iter.org/media/www/sites/ newsline_1_120/img/71/newcomer.jpg._1024. jpg

TERMOJADERNÁ FÚZE

padla na beryllium. Nepříjemné je, že beryllium je toxické a manipulace s ním podléhá přísným pravidlům. Za první stěnou je pak uloženo lithium, které se bombardováním fúzními neutrony transmutuje na supertěžký izotop vodíku – tritium, jinak druhou složku paliva pro D-T termojadernou reakci. V současné době není zřejmé, v jaké formě lithium bude a jak se bude chladit. ITER bude zkoušet hned šest variant. Obal v tokamaku ITER tvoří 400 bloků, z nichž každý má hmotnost 4,5 tuny a rozměpodložky klíčových čepů

STÍNICÍ BLOK

přítokové potrubí chladiva

První stěna je ve tvaru pásků, které jsou každý připevněn na poloidální strukturu každého panelu první stěny, skrze který protéká chladící voda. Byly vyvinuty dva typy panelů podle maximální dovolené zátěže: 2 MW/m2 a 4,7 MW/m2. Pro odvod tepla bude použitá hypervapotronová technologie. Japonsko vyvíjí nástroj pro demontáž a montáž bloků, neboť se počítá nejméně s jednou výměnou po dobu životnosti, která činí 15 000 cyklů při plném výkonu. Stínící část obalu bude chlazena vodou. Pochopitelně, že obal bude prošpikován průzory pro dálkryt odtokového potrubí chladiva

PANEL PRVNÍ STĚNY

odtokové potrubí chladiva elektrický pásek centrální šroub

podložky první stěny

dělič toku elektrický pásek

podložky klíčových čepů

elektrický pásek

Kresba stínící části (vlevo) a první stěny tvořící dohromady obal v tokamaku ITER. Schéma použito s laskavým svolením ITER. Zdroj: http://www.iter.org/img/resize-250-90/ www/content/com/Lists/Stories/Attachments/1556/module_1.jpg

ry 1 × 1,5 metru. Pokrývají plochu 600 m2 a mají 180 (!) variant podle toho, kde budou umístěny a jaká bude jejich funkce. Takové drobečky se budou vyměňovat pomocí dálkového ovládání a jejich připevnění přes stínění na stěnu vakuové komory musí odolat mimořádným elektromagnetickým silám.

16 MAT21

kryt přítokového potrubí chladiva

kovou montáž, přívod paliva, odvod spalin a diagnostiku. Kromě beryllia na povrchu první stěny se setkáte se slitinou CuCrZr použitou na výměnících tepla, ocel 316L(N)-IG stupně kvality ITER pro podpůrnou konstrukci, šrouby budou vyrobeny z Inconel 818, podložky ze slitiny hliníku a bronzu a izolační vrstva z alumina. Za portfoliem materiálů následuje portfolio smluvních partnerů: stínění si rozdělí stejným dílem Čína a Jižní Korea. Panely první stěny se budou vyrábět v Evropě (50 %), v Rusku (40 %) a zbytek 10 % vyrobí Čína.

Montáž obalu je plánována na druhou etapu výstavby ITER, která by měla začít v květnu roku 2021 a skončit v srpnu následujícího roku. Pod útoky fúzních neutronů na jedné straně úpí konstrukční materiály reaktoru, na druhé straně se bez nich neobejde proces, na jehož konci je druhá složka paliva – tritium. Nicméně existuje koncept jak fúzní neutrony zužitkovat ještě jinak. Tento koncept se nazývá hybridní reaktor. Idea hybridního reaktoru spočívá v „záměně“ lithia v obalu čistě fúzního reaktoru za vhodnou formu štěpného materiálu – uranu 238U nebo thoria 232Th. První uvolní 43 MeV na jeden akt štěpení a druhý 25 MeV energie. Rychlé fúzní neutrony mohou také transmutovat dlouhodobě radioaktivní odpad štěpných elektráren na radioaktivní odpad méně nebezpečný, to rychleji vyhasínající. Fúzní část hybridu nepotřebuje koeficient zesílení Q > 10, neboť hybrid nevyrábí fúzní energii, ale „pouze“ fúzní neutrony a štěpná část nepotřebuje nadkritické množství štěpného materiálu tedy řetězovou reakci, neboť neutrony ke štěpení dodává fúzní část. Zbývá vysvětlit název článku „OBAL není OBÁLKA“. Do roku 2005 překládali fyzikové slovo blanket jako obálka. Při korektuře prvního vydání knihy „Řízená termojaderná fúze pro každého“ paní korektorka Vítková prohlásila: „Obálka je na dopisy, tokamak má obal“. Od té doby důsledně překládám slovo blanket jako obal. Velký anglicko-český slovník, Academia, 1984: Blanket = přikrývka, deka, pokrývka, povlak, plášť....!!?? Všechno je jinak! Milan Řípa Zdroj: volně podle ITER newsline - www.iter.org/ newsline

TERMOJADERNÁ FÚZE

TEPLOTA a TEPLO dvě rozdílné veličiny ANEB JAK SE OHŘÍVÁ PLAZMA V TOKAMAKU „JAKÁ JE TEPLOTA PLAZMATU V ZÁŘIVCE?“ „DESETITISÍCE STUPŇŮ? TO NENÍ MOŽNÉ, VŽDYŤ ZÁŘIVKU DRŽÍM V RUCE!? A SVÍTÍ!“ „JENŽE, HOLENKOVÉ, JE ROZDÍL MEZI TEPLEM A TEPLOTOU!“ Ohřev pomocí svazku vysokoenergetických neutrálních atomu (NBI) je tažným koněm dodatečné ohřevu tokamakového plazmatu. Kresba znázorňuje připojení modrého NBI na červený tokamak JET. Schéma použito s laskavým svolením ITER. Zdroj: http://www.iter.org/img/resize-300-90/ www/content/com/Lists/Stories/Attachments/1528/virtual-vessel.jpg

let. Raději se tedy obrátíme k metodám, které už dnes fungují spolehlivě. Z celé řady způsobů, které se v sedmdesátých letech minulého století zkoušely, nakonec výběrové řízení vyhrály dva. Ohřev vysokofrekvenčním elektromagnetickým polem a ohřev svazkem vysokoenergetických neutrálních částic.

Aby vás kamna spálila, musí mít horké železo nejen velkou teplotu, ale i dostatečnou hustotu. Teplota je pouze mírou rychlosti pohybu částic. Množství energie systému závisí také na počtu nositelů energie, to je na hustotě. Když do vás narazí komár rychlostí 100 km/hodinu, ani o tom nevíte. Ovšem pokud se střetnete s autem, které se plouží rychlostí 40 km/hodinu, pak máte štěstí, když přežijete. Stačí vyslovit „termojaderná fúze“ a většina z vás si představí obrovské teploty. Už jen proto, že termojaderná reakce má cosi společného se Sluncem a tam je skutečně teplo k nedýchání. Nu a nyní vám prozradím, chcete-li termojadernou fúzi zapálit na Zemi – reakci, při níž se slučují jádra atomů – musíte dosáhnout teploty až desetkrát vyšší než je v jádru Slunce!

To asi nebude jen tak. Faktem je, že první nápad jak látku ohřát do termojaderných teplot byl do jisté míry úspěšný. Zahřát plazma – látka je při této teplotě ionizovaná – průchodem elektrického proudu. Každý víme, jak se ohřívá obyčejná žehlička. Elektrický proud protéká drátem o velkém odporu a drát se zahřívá úměrně jeho odporu dokonce úměrně kvadrátu proudu. Plazma se ale chová podivně. Místo, aby odpor ukázněně rostl s teplotou, jak jsme zvyklí, třebas u odporové spirály, u plazmatu naopak odpor klesá, až o odporu nelze vůbec mluvit a plazma má vodivost lepší, než kvalitní vodič z mědi! Pak už pochopitelně zvyšovat teplotu plazmatu průchodem elektrického proudu dále nelze. Sice existuje koncept, při kterém se tímto, jak se říká, ohmickém ohřevu, dosáhne termojaderných teplot, ale tokamak Ignitor je pouze na papíře. Dokonce tam čeká více jak třicet

Pro první metodu – ohřev vf polem – najdeme analogii v domácnosti u běžně používané mikrovlnné trouby. Frekvence vf pole odpovídají rezonančním frekvencím plazmatu, to je frekvencím, jejichž energii plazma ochotně absorbuje, a tudíž se ohřívá. Rezonančních frekvencí má plazma, zejména plazma v magnetickém poli, celou řadu. Kupříkladu mezinárodní tokamak ITER bude používat dvě. Iontovou cyklotronovou a elektronovou cyklotronovou frekvenci. Jsou to frekvence, kterými příslušné částice rotují kolem magnetické siločáry. Zatímco iontová cyklotronová frekvence reprezentuje čísly 40 až 55 MHz krátké rozhlasové vlny, několik GHz elektronové cyklotronové frekvence odpovídá umění kvalitního radaru. Co se týče výkonu, ten dosahuje až 20 MW u obou frekvencí. Co si představit pod pojmem vstřik vysokoenergetických neutrálních částic? Proč mluvíme o elektricky neutrálních částicích? Plazma je od stěn vakuové komory, uvnitř které žije, izolováno magnetickým polem. Totéž magnetické pole ovšem izoluje plazma i zevně. Nabitá částice vstřikovaná zvenčí se od izolujícího magnetického pole odrazí a o setkání s plazmatem si může nechat jen zdát.

MAT21 17

TERMOJADERNÁ FÚZE

Když Roland Magne a Serge Poli připravovali anténu C2 ve francouzském Cadarache na její dlouhou cestu do Číny, přišli se s anténou rozloučit Caiping Zhou, Xiaoyu Wang a Feng Liu z ITER organization a Xiao Lan Zhou z CEA (všichni původně z čínského SWIP). Fotografie použita s laskavým svolením ITER. Zdroj: http://www.iter.org/img/resize-350-90/ www/content/com/Lists/Stories/Attachments/1529/ts_antenna_2013.jpg

3,7 GHz při výkonu 500 kW, jinak zdroji elektromagnetického výkonu antény C2. Stejně jako anténa C2 mají klystrony za sebou 20 roků činnosti.

PROTO JE POSTUP NÁSLEDUJÍCÍ: V první komoře se ionizuje pracovní plyn tak, aby se vytvořily kladné nebo záporné ionty. To podle výstupní energie neutrálních atomů. Elektricky nabité ionty se urychlí v elektrickém poli na požadovanou energii. Vysokoenergetické ionty se neutralizují a přemění se tak na vysokoenergetické neutrální částice. Energie zůstane, náboj zmizí. Takto připravený materiál se vstřikne do tokamakového plazmatu. Tam se neutrální plyn srážkami s částicemi plazmatu ionizuje a ionty srážkami předají svoji energii plazmatu a tím ho ohřejí. Robert Arnoux použil zajímavého příměru – ohřevu mléka proudem horké páry z espressa při objednávce cappuccina. Molekuly páry narážejí na molekuly mléka a tím mléko ohřívají. Pak se teprve mléko nalije do šálku s kávou. Právě NBI (Neutral Beam Injection = vstřik neutrálního svazku) stál za světovým úspěchem českých vědců, kterým se vloni v listopadu podařilo v tokamaku COMPASS v pražském Ústavu fyziky plazmatu AV ČR, v.v.i. nastavit takzvaný režim vysokého udržení energie plazmatu, zvaný H-mód. ÚFP se tak zařadil mezi nemnoho zemí, které s tímto režimem pracují a prokázal tak, že mladý tým kolem pražského tokamaku bravurně zvládá vysokoteplotní tokamakové plazma. Pro dodatečný ohřev mezinárodního tokamaku ITER jsou připraveny tři systémy: mik-

18 MAT21

rovlnný ohřev na iontocyklotronové respektive elelektroncyklotronové frekvenci a ohřev svazkem rychlých neutrálních částic. Základním ohřevem pochopitelně zůstává ohřev průchodem elektrického proudu plazmatem – ohmický ohřev. Vraťme se k ohřevu plazmatu na termojaderné teploty vf elektromagnetickým polem. Částečně supravodivý francouzský tokamak Tore Supra je držitelem nejlepšího výkonu v době trvání výboje 6 a půl minuty z roku 2003. Při tomto pulzu bylo z tokamaku odvedeno 1000 MJ tepla. Na rekordu měla podíl anténa C2, která plazma tokamaku Tore Supra zásobovala vf energií na dolněhybridní frekvenci, což je kombinace elektronové a iontové cyklotronové frekvence. Anténa je po dvaceti letech činnosti, kdy byla vystavena teplotám až 60 miliónů stupňů Prosím čárku za C, v překvapivě dobrém stavu. Dvojčata, antény C1 a C2 musí uvolnit místo PAM (Passive Active Multijunction). Jedná se o anténu s integrovaným chlazením umožňujícím produkovat větší výkon než zmíněná dvojčata a dokonce po delší dobu. Co teď s nezaměstnanou anténou C2? Do šrotu je jí škoda. Zafungovala fúzní solidarita ve fúzní komunitě a dnes již je C2 vybalená ve Středisku pro fúzní vědu Čínského jihozápadního ústavu fyziky (SWIP) v Chengu. Bude instalována na tokamak HL-2M. C2 neodcestovala z Francie sama, doprovázelo jí osm klystronů fungujících na frekvenci

V rámci spolupráce SWIP a IRFM (Institut de la Recherche sur la Fusion Magnetique) budou čtyři klystrony namontovány na již existující tokamak HL-2A a zahájí činnost v roce již 2014. Mimochodem tokamak HL-2A není nic jiného než tokamak ASDEX, který byl z Garchingu u Mnichova do Číny převezen v roce 1995. Jakmile v roce 2015 zahájí činnost tokamak HL-2M, všech osm klystronů bude připojeno na anténu C2. Zdá se vám tato nezištná spolupráce mezi vědeckými ústavy v době, kdy v Česku nedostanete zdarma ani radu kudy na WC, podivná? V roce 1975 Ústav fyziky plazmatu ČSAV získal z Moskvy tokamak TM-1 VČ, který dnes provozuje Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská ČVUT v Praze. ÚFP od roku provozuje laserový systém PALS, který mu poskytl IPP Maxe Plancka z Garchingu a do třetice Praha slaví velké úspěchy s tokamakem COMPASS pro změnu z CCFE Culham. Začali jsme teplem a teplotou a s nimi také skončíme. I když v pražském tokamaku dosahuje plazma teploty desítky miliónů stupňů – v tokamaku JET dokonce stovky miliónů – nemusíte se bát, že jsou obyvatelé blízkého sídliště ohroženi. Hustota plynu ve vakuové komoře je tak malá, že při jakékoli myslitelné nestandardní situaci nehrozí žádné nebezpečí. Teplo je zkrátka zanedbatelné. Milan Řípa Zdroj: volně podle ITER newsline - www.iter.org/ newsline

MISE-X

Trénuj jako KOSMONAUT a nikdy se nevzdávej! Cílem Mise-X je nejenom „dostat“ děti do tělocvičny, ale tam jim i ukázat, že takové obyčejné cvičení s míčem, švihadlem, běh kolem kuželů nebo medvědí či krabí chůze jsou důležité i při výcviku budoucích dobyvatelů vesmíru, kteří se podobným cvičením připravují na své náročné povolání. A najednou obyčejné cvičení už zas tak úplně obyčejné není. Nebo si třeba zkuste v zimních rukavicích složit docela malé kousky puzzle! Vždyť i kosmonauti musí zvládnout zašroubovat i drobný šroub ve volném kosmu v silných rukavicích svého skafandru.

„Vesmírná družina“ ze ZŠ 5. května v Jablonci nad Nisou.

Již potřetí se děti z českých škol zapojily do celosvětového projektu organizovaného Evropskou kosmickou agenturou ESA a americkým Národním úřadem pro letectví a kosmonautiku NASA, který pod názvem „Mise-X: Trénuj jako kosmonaut!“ („Mission X: Train Like an Astronaut!“) seznamuje mladou generaci „budoucích kosmonautů“ s tím, jak se na svojí práci ve vesmíru připravují skuteční kosmonauti. Třídní týmy mladých kosmonautů si vyzkoušely řadu fyzických cvičení, podobných těm, pomocí kterých se připravují na svoje cesty do vesmíru „profesionálové“. Děti se dozvěděly jak je důležitý aktivní životní styl, pohyb, sport a zdravá výživa. Při plnění několika vědeckých úkolů získaly nové a důležité informace o svém těle a o tom, jak se k němu chovat, aby sloužilo co nejlépe a co nejdéle.

Mise-X 2013 se napříč celým světem zúčastnilo v lednu a únoru letošního roku několik desítek tisíc dětí, zapojených ve více než 500 týmech v 22 zemích světa. Česká kosmická kancelář o.p.s., která v České republice tento projekt zaštiťuje a organizuje, do Mise-X vyslala celkem 23 týmů ze čtrnácti škol deseti měst České republiky. Celkem 428 dětí z Olomouce, Prahy, Přerova, Jablonce nad Nisou, Všechovic, Lískovce, Slaného, Teplic, Ostravy a Brna splnilo většinu ze 17 úkolů, stejně tak jako například školáci v sousedním Rakousku nebo Německu, ale i v Nizozemsku, Belgii, Itálii, Rusku nebo Velké Británii. V Asii soutěžily děti z Japonska, Indonésie nebo Kazachstánu, na americkém kontinentu školáci z USA, Portorika či Kolumbie.

Neformální motto projektu Mise-X zní: „Zvedni se od hamburgerů a počítače a běž cvičit jako kosmonaut!“. A právě hamburger hraje důležitou roli v jedné z vědeckých disciplin Mise-X. Děti totiž nejenom cvičí jako kosmonauti, ale provádějí i několik jednoduchých vědeckých experimentů. Sledují správnou nutriční vyváženost jídelníčku a sestavují potravinovou pyramidu, hlídají dobrou hydrataci svého organizmu a zjišťují, co by způsobila dehydratace s jejich tělem a jak jí předcházet a včas jí rozpoznat. A hledají „skrytý tuk“ – tuk, který není vidět, ale v potravinách je rafinovaně ukrytý. A právě hamburger byl základní surovinou pro tento, asi celosvětově nejpopulárnější pokus Mise-X. Rozmixovaný, povařený a zmrazený vydal nakonec vrstvičku, nebo i vrstvu (!!!), tuku, předtím nenápadně schovanou uvnitř mletého masa. A výsledky byly opravdu překvapivé! A protože české děti jsou tvořivé (a jejich učitelé samozřejmě také) tak skrytý tuk nehledaly jen v hamburgerech, ale i v bramborových lupínkách, prejtu, párku nebo dokonce i koblihách. O svých výkonech i o všem, co při plnění jednotlivých úkolů Mise-X zažily, si týmy vedly „Deník mise“. Fotografie z plnění úkolů byly zveřejňovány na celosvětových webových stránkách projektu, kde si je mohl prohlédnout kdokoliv z celého světa.

MAT21 19

MISE-X

Posádka „Cosmonuts“ ze ZŠ Lískovec ve Frýdku-Místku při cvičení.

„Astro Fitness Team“ ze ZŠ u Tenisu v Přerově při cestě na Marsovskou horu.

„Astro Fitness Team“ ze ZŠ u Tenisu v Přerově a jejich potravinová pyramida.

Mise-X není ale soutěž v pravém slova smyslu. Zapojení školáků z různých zemí světa neumožňuje určovat přesně vítěze, který by byl nejrychlejší, nejchytřejší, nejsilnější… O to v Misi-X vůbec nejde! V Misi-X je důležité poznat a vyzkoušet si věci doposud nepoznané a nevyzkoušené. A zahrát si přitom na chvíli na kosmonauty a na vědce a prožít zajímavé okamžiky se spolužáky.

Mezi soutěžními týmy byla i řada družstev ze škol, které jsou zapojeny do projektu „Materiály pro nové tisíciletí“:

Česká kosmická kancelář plánuje zapojení českých dětí i do dalších ročníků Mise-X. Ten se uskuteční v lednu a únoru příštího roku a zúčastní se ho určitě ještě více dětí z ještě více zemí než letos. Již od podzimu roku 2013 bude možnost přihlásit své družstvo k účasti, vymyslet jméno týmu, vybrat velitele, nakreslit znak, naučit se pokřik.

Často bylo povzbuzením pro plnění dalšího z úkolů Mise-X vědomí, že ten samý úkol plní téměř v tu samou chvíli, s tím samým míčem nebo švihadlem i další děti na druhé straně zeměkoule – v Japonsku, Spojených státech nebo třeba v Kolumbii. I když někdy bylo patrné z fotografií na celosvětovém webu Mise-X, že přece jen se některé úkoly plní lépe dětem na teplém Portoriku, než v zachumeleném zimním Česku. Ale Mise-X, a kosmonautika také, je i o překonávání překážek… Maskotem společného českého týmu mladých budoucích kosmonautů v Misi-X 2013 byl i letos „Krteček-kosmonaut“, usměvavá figurka, která se v roce 2011 dostala spolu s americkým astronautem Andrewem Feustelem na Mezinárodní kosmickou stanici.

Chlapecká část posádky „Space Teamu“ z Gymnázia v Teplicích. 20 MAT21

„Vesmírná družina“ ze ZŠ 5. května v Jablonci nad Nisou (velitel Adam Šáfr, vedoucí týmu paní učitelka Alena Šáfrová), „Bio Kosmonauti“ (velitel Martin Vavřík, vedoucí paní učitelka Lenka Svobodová) a „Vesmírná pětka“ (velitelka Eliška Doskočilová a vedoucí týmu paní učitelka Tereza Bušinová), obě družstva ze ZŠ Všechovice, posádka „Cosmonuts“ ze ZŠ Lískovec ve Frýdku-Místku (velitel Kryštof Bruno Niesner, vedoucí týmu pan učitel Libor Kvapil), „Rakeťáci“ a „League of Marses“ z Gymnázia V. B. Třebízského ve Slaném (velitelé Ondřej Novák a Václav Baňka, vedoucí týmů Michal Šturm), „Space team“ z Gymnázia v Teplicích (velitel Václav Švestka, vedoucí paní Eva Mojžíšová), „Astrogirls“ z Gymnázia Olomouc-Hejčín (velitelka Alžběta Stavělová, vedoucí týmu Hana Solařová) a „priMoon“ z téhož gymnázia (velitel Martin Belfín, vedoucí týmu Jiří Kvapil), „Primáni Béčko“ z Matičního gymnázia v Ostravě (velitelka Kamila Holmanová, vedoucí týmu Adam Dragon) a „AstroFitnes team“ ze ZŠ U Tenisu v Přerově (velitel Tomáš Blaťák, vedoucí týmu paní Eva Bartoňová).

Slavnostní zakončení Mise-X 2013 u „Sovičkových kosmonautů“ (Mateřská škola Rozmarýnek, Praha).

Bližší informace získáte na stránkách odboru Vzdělávání České kosmické kanceláře a na e-mailu [email protected]. Celosvětové webové stránky projektu „Mission X: Train Like an Astronaut“ s fotogaleriemi všech zúčastněných států http://trainlikeanastronaut.org (en). Stránky České kosmické kanceláře - informace o projektu (vč. představení všech 17 úkolů „Mise X“) - http://www.czechspace.cz/ vzdelavani/mise-x-trenuj-jako-kosmonaut (cz). Milan Halousek Zdroje obrázků: archiv CSO/MiseX

„Bio kosmonauti“ – aneb Čtvrťáci ze ZŠ ve Všechovicích.

VESMÍRNÉ PLACHETNICE

Kterak PLACHTIT ve vesmíru Animace sluneční plachetnice nad Zemí. Zdroj: http://apod.nasa.gov/ apod/fap/image/1101/NanoSailD900.jpg

Mnozí o tom sní, mnozí už to zažili a rádi na to vzpomínají, pro mnohé je to dokonce životním hobby. Řeč je o projížďkách po moři či jezeru na plachetnici. Jen napnout plachtu a nechat se hnát větrem nádhernou krajinou … jakou je bezesporu také vesmír, byť tak příjemného prostředí jako třeba na moři bychom se zde nejspíše nedočkali. Jak ale plachtit ve vesmíru, kde nefouká žádný vítr? Už i na to vědci přišli. Jak známo, při cestování vesmírem (a při pohybu v jakémkoli prostoru vůbec) je nutné vyvinout určité množství energie, která požadovaný předmět v prostoru „posune“ o kousek dál. Co se týče dnešních vesmírných plavidel, včetně například Mezinárodní vesmírné stanice a lodí, které ji zásobují

a vozí na její palubu kosmonauty, ty využívají k pohonu raketové motory, kde potřebná energie vzniká spalováním paliva s okysličovadlem. Je to však lehce problematický způsob pohonu, palivo může dojít, motor se může pokazit až explodovat. Nedalo by se vymyslet něco jednoduššího a „přírodnějšího“? Dalo. Představme si naše Slunce. Teplota na povrchu asi 6 000 °C, v jádru kolem 15 milionů, každou sekundu spálí 700 milionů tun vodíku. To panečku vydává energie! A zde je možné princip plachetnice přenést do kosmických podmínek s tím, že hnací silou, tím, co se obouvá do plachty, bude právě sluneční světlo, konkrétně částice světla, zvané fotony.

Největší vesmírná plachetnice v dějinách lidstva Ač předchozí řádky možná silně připomínají nějakou verneovku, kosmickým agenturám se již podařilo tento princip pohonu úspěšně vyzkoušet přímo ve vesmíru. Ke startu první sluneční plachetnice, která měla otestovat v reálu své možnosti, došlo v červnu 2005 a nosičem byla ruská raketa Volna, vypuštěná z vojenské ponorky v Barentsově moři. Bohužel však došlo k selhání rakety jen něco málo přes minutu po vypuštění. Prvenství posléze získala japonská sonda příhodně pojmenovaná Ikaros, která svou plachtu v kosmu rozvinula v červnu 2010

MAT21 21

VESMÍRNÉ PLACHETNICE

K výrobě a přípravě plavidla Sunjammer NASA přizvala svého osvědčeného partnera pro zkoušení nových věcí, kalifornskou firmu L’Garde Inc., jenž stojí například za experimentální nafukovací anténou, která letěla do vesmíru roku 1996 na raketoplánu Endeavour. Samotná „plachta“ Sunjammeru je vyrobena ze speciálního materiálu zvaného Kapton a je tlustá pouhých 5 mikrometrů (5 milióntin metru), tuto speciální vrstvu Kaptonu poskytla chemická firma DuPont. Sunjammeru dodá letovou sílu asi 0,01 newtonu, což je zhruba ekvivalent hmotnosti balení cukru.

První americká sluneční plachetnice NanoSail-D viděná holandskými astronomy. Zdroj: http://farm3.static. flickr.com/2586/5714303832_ 40295fa62e.jpg

a stala se prvním plavidlem, cestujícím vesmírem jen díky slunečnímu světlu. V listopadu téhož roku vypustila svou první vesmírnou plachetnici též NASA, šlo o NanoSail-D s plachtou o ploše 9 čtverečních metrů. Zdaleka největší (a tudíž snad nejrychlejší) solární plachetnici se chystá do kosmu vyslat agentura NASA koncem roku 2014. Přípravy lodi Sunjammer (jméno nese podle krátké povídky Arthura C. Clarka o závodu nebeských plachetnic) jsou již v plném proudu, její plachta (samozřejmě se v případě vesmírného pohonu nejedná o klasickou plachtu, nicméně pro srozumitelnost textu se tohoto slova držme) má mít celkovou plochu 1 208 čtverečních metrů (zhruba jako čtvrtina fotbalového hřiště), tvar čtverce a délku strany 38 metrů. Ve složeném stavu je plachta veliká asi jako myčka na nádobí a váží 32 kilogramů.

22 MAT21

Kapton je speciální film vyvinutý firmou DuPont z USA, který je jedinečný svou stabilitou v extrémně nízkých či naopak velmi vysokých teplotách (vydrží například žár o velikosti 400 °C). Jeho originální anglický chemický název je poly(4,4’-oxydiphenylene-pyromellitimide) a vyrábí se kondenzací pyromellitického dianhydridu a 4,4’-oxydifenylaminu. Díky své vynikající odolnosti extrémním teplotám našel dobré uplatnění v elektronice, v přístrojích, pracujících s rentgenovým zářením, ve 3D tisku a v neposlední řadě právě hojně v kosmonautice. Zde se z něj vyrábí třeba vnější vrstva skafandrů, tepelná izolace vesmírných lodí a díky jeho dlouhodobé odolnosti drsným podmínkám vesmíru nově také sluneční plachetnice.

Sunjammer v letošním roce čekají intenzivní testy jeho komponent a poslední řešení konkrétních detailů jeho designu. Na startovací rampu zamíří na konci roku 2014, jako nosná raketa byl zvolen komerčně dostupný Falcon 9 společnosti SpaceX, která jeho pomocí také vynáší zásobovací lodě Dragon k Mezinárodní kosmické stanici. Cílem letu plachetnice bude oblast asi 3 miliony kilometrů od Země, v místě, kde se nachází Lagrangeův bod 1 soustavy Země-Slunce (jejich gravitační a odstředivé síly se zde vyrovnávají tak, že těleso v tomto bodě nemění polohu vůči soustavě). Hlavním cílem Sunjammeru bude především demonstrace a testování bezpalivového pohonu a rozsáhlé testy, zahrnující kritické a riskantní rozvinutí plachty (zkušenosti se solárními panely Mezinárodní kosmické stanice říkají, že sbalené a dotýkající se chemické pláty se k sobě mohou přilepit a při rozvinování se potrhat), řízení plavidla pomocí jakýchsi lopatek, opatřených menšími plachtičkami, udržování polohy v bodě L1 a přesnou navigaci. Kromě těchto testů a zkoušek je využití Sunjammeru v kosmickém prostoru de facto otevřené, může sloužit jako včasná výstraha před sluneční aktivitou, která, když je vysoká, může i vyřadit z provozu například komunikační satelity na zemské orbitě či pozemské energetické sítě. Sunjammer také může ze své pozice umožnit odborníkům studovat Slunce z úhlů, jež jsou jim normálně nedostupné.

VESMÍRNÉ PLACHETNICE

Dřívější prototyp solární plachty firmy L‘Garde je testován ve vakuové komoře Glennova výzkumného střediska NASA. Zdroj: http://i.space.com/ images/i/000/025/731/i02/sunjammer-solar-sail-prototype.jpg?1359610510

umožní lidstvu přestat o cestování ke hvězdám jen snít? Vít Straka Zdroje: http://www.space.com/19565-worlds-largest-solar-sail-sunjammer.html http://en.wikipedia.org/wiki/Kapton

Když Sunjammer uspěje a my se díky němu naučíme nové věci o cestování vesmírem pomocí sluneční plachetnice, otevřou se nám ohromné možnosti. Například by sluneční plachtou poháněné sondy dle studie NASA navštívit a prozkoumat šest blízkozemních asteroidů během šesti let od svého vypuštění. O významu studia blízkozemních asteroidů se snad nemá žádný smysl hádat. Podobná mise by byla nemožná s klasickým chemickým pohonem, jak jej známe dnes, a velmi problematická třeba s elektrickým pohonem lodi. A to díky tomu, že sluneční plachetnice nepoužívá žádných pohonných látek a veškerou energii pro své cestování získává pouze ze slunečních paprsků, což je v neposlední řadě také dokonale ekologická záležitost.

hranice sluneční soustavy. Že by to tedy nakonec byly právě sluneční plachetnice, které

Jeden z lunárních modulů, které v rámci programu Apollo sloužily americkým astronautům k přistání na Měsíci. I tyto moduly byly vybaveny vrstvou kaptonu. Zdroj: http://lunarscience.nasa.gov/wp-content/uploads/2012/08/AS16-11318339.4web.png

Sluneční plachetnice by jednou mohly sbírat a likvidovat orbitální smetí, ohrožující kosmonauty a důležité družice, odstraňovat z oběžné dráhy nefunkční družice, zajistit přímé spojení se zemským jižním pólem a létat daleko do vesmíru. Les Johnson, manažer výzkumu nových konceptů v Marshallově středisku NASA, prohlásil, že by se rád dožil mise, při které bude rozvinuta obrovská sluneční plachta blíže Slunci než planeta Merkur a energie, nasbíraná zde, jí umožní dosáhnout rychlosti, kterou poletí daleko za

MAT21 23

ISDC konference, zleva - Jakub Sláma, Aneta Ceplechová, Michaela Lofflerová, Aleš Ceplecha.

PROJEKT TOSKA

Skutečná cesta

Aneta Ceplechová a ocenění „Student Achievement Award“.

ZA SNEM V polovině května náš tým (ve složení Aneta Ceplechová, Michaela Lofflerová, Jakub Sláma a Aleš Ceplecha) odletěl do USA, kde jsme se zúčastnili International Space Development Conference, na které proběhlo vyhlášení výsledků soutěže o návrh vesmírné základny. Náš projekt se jmenoval Toska a díky němu jsme se stali vůbec prvním týmem z České republiky, který přispěl svým návrhem do této soutěže. Ještě před samotnou konferencí jsme si užili návštěvu New Yorku s prohlídkou nejzajímavějších památek, ze kterých jsme nasávali atmosféru velkoměsta. Poté už jsme zamířili na západní pobřeží USA, konkrétně do města San Diego, poblíž něhož se konference konala. Také v San Diegu jsme měli vyčleněno pár dní před konferencí na prohlídku tohoto úchvatného města. Velice se nám líbila prohlídka Air and Space Museum, kde mimo jiné mají vystavený přistávací modul kosmické kabiny Apolla 9. 24 MAT21

Největší zážitky máme ovšem ze samotné konference. Dozvěděli jsme se o spoustě nových projektů vznikajících na poli kosmonautiky, a především jsme se seznámili s novými lidmi, se kterými chceme zůstat v kontaktu. Konference probíhala formou přednášek v rámci jednotlivých bloků (např. Měsíc, Mars, Život ve vesmíru), což jsme velmi ocenili, jelikož si každý z nás mohli vybrat přednášku, jejíž téma mu bylo blízké. V rámci soutěže o návrh vesmírné základny jsme prezentovali náš projekt, ale prohlédli jsme si i projekty ostatních a načerpali inspiraci do příštího ročníku soutěže. Konference se účastnila i řada známých osobností, zejména Buzz Aldrin, druhý člověk na Měsíci, který prezentoval svojí vizi osídlení planety Mars. Od poroty soutěže jsme získali cenu „Honorable mention“ (Čestné uznání). Jelikož se do soutěže přihlásilo přibližně 600 projektů a náš projekt se umístil spolu s několika dalšími na 8. místě v naší kategorii, byli jsme s výsledkem velice spokojeni.

Za možnost účastnit se této konference jsme moc vděční projektu Dreamcatcher, který nám uhradil náklady na cestu a České kosmické kanceláři, díky níž jsme se o soutěži dozvěděli. Aneta Ceplechová Zdroje obrázků: archiv A. Ceplechové

VYRAZÍME?

KALENDÁŘ AKCÍ ČERVEN 2013 Č ROBOTIKA 25.02.2013 - 30.6.2013 OSTRAVA - VÍTKOVICE První seznámení s roboty nenásilnou a konstruktivní formou za použití všem známým prostředím LEGO. Za pomocí tří stavebnic LEGO Mindstorms žáci a studenti dokážou pochopit jednoduché principy základní robotiky. Celý kurs bude doprovázet mluvící robot Advee ve velikosti dospělého člověka a předvede tak jinou formu možného použití robotů v blízké budoucnosti. Více informací na: www.svet-techniky-ostrava.cz/cs/robotika VAN DE GRAFFŮV GENERÁTOR 26.03.2013 - 30.06.2013 PRAHA, Národní technické muzeum Výstava unikátního Van de Grraffova generátoru. Jedná se o jediné zařízení tohoto typu a v této velikosti v Československu a později v České republice. Více informací na: http://www.ntm.cz/aktualita/van-de-graaffuv-generator INVENTO 06.06.2013-08.06.2013 PRAHA, Výstaviště Holešovice – Průmyslový palác Veletrh vynálezů a inovací. Více informací na: www.invento.cz VELETRH VĚDY 21.06.2013-22.06.2013 OLOMOUC, fakulty UP a ulice města Olomouce Největší akce zaměřená na popularizaci vědy a výzkumu. Návštěvníci Veletrhu mají možnost poznat prostřednictvím zábavných interaktivních experimentů, soutěží či představení rozličné aspekty každodenního využití vědy a jejích poznatků. Nosným tématem je VODA. Více informací na: www.popup.upol.cz

CHEMIE CHEM NA HRADĚ 25.06.2013 SLEZSKOOSTRAVSKÝ HRAD Přehlídka atraktivní a zajímavé chemie. Více informací na: http://www.cerna-louka.cz/akceN_95/ KURZ BROUŠENÍ ASTRONOMICKÝCH ZRCADEL 28.06.2013 – 07.07.2013 ROKYCANY, Hvězdárna v Rokycanech Cílem kurzu je seznámit jeho účastníky s technikou a postupem broušení, leštění a proměřování parametrů a kvality zrcadla. Po týdenní práci by si měl každý účastník odvážet vybroušené a vyleštěné zrcadlo o průměru 130 mm. Více informací na: http://hvr.cz/akce/kurzy/ LETNÍ ŠKOLA CHEMIE, FYZIKY, BIOLOGIE A MATEMATIKY 30.06.2013 - 05.07.2013 JEVÍČKO, Gymnázium a Domov mládeže v Jevíčku. Tradiční prázdninová akce Přírodovědecké fakulty Univerzity Palackého. V prázdninovém týdnu mohou studenti všech typů středních škol prožít týden zajímavých diskusí a přednášek předních odborníků. Více informací na: http://www.prf.upol.cz/kalendar-akci/ cal/2013/06/30/event/view-month|page_id-13053/tx_cal_phpicalendar/3393/

ČERVENEC 2013 VĚDECKÉ LÉTO 2013 08.07.2013 - 30.08.2013 (celé léto, každý pracovní den od 08:00 – 16:00 hod.) PRAHA, BRNO Týden plný experimentů, poznání a zábavy z různých vědeckých oborů (chemie, fyziky, biologie, kosmické vědy atd.), exkurze. Více informací na: http://www.vedanasbavi.cz/primestske-tabory.php

MAT MAT21 21 25

VYRAZÍME?

Experimenty s tekutinami. Více informací na: http://www.techmania.cz/info.php?mn1=38&mn2=571&inf=Prehled%20akci%202013

22. MEZINÁRODNÍ KONFERENCE LASEROVÉ FYZIKY 15.07.2013 - 19.07.2013 PRAHA, Hotel Krystal Více informací na: http://www.lasphys.com/workshops/ lasphys13/ SOUSTŘEDĚNÍ MLADÝCH FYZIKŮ A MATEMATIKŮ 13.07.2013 – 23.07.2013 NEKOŘ V ORLICKÝCH HORÁCH Soustředění je určeno všem mladým lidem, kteří chtějí prožít dva týdny plné bádání, kutění a dalšího programu. Více informací na: www.kdf.mff.cuni.cz/tabor/

DEPILACE 24.08.2013 - 31.08.2013 BRNO, uprostřed lesa Doplňková akce Školy matematiky a fyziky. Nečekají tě skoro žádné přednášky, zato se můžeš těšit na množství her a zábavných aktivit jakožto i na čas strávený dle tvé libovůle mafií, šarádami či s kytarou. Více informací na: www.depilace.chim.cz LETNÍ MATEMATICKO-FYZIKÁLNÍ SOUSTŘEDĚNÍ 16.08.2013 - 30.08.2013 JIZERSKÉ HORY Tradiční tábor s odborným programem zaměřeným na oblasti matematiky, fyziky a informatiky. Více informací na: www.alma.karlov.mff.cuni.cz/lmfs

SRPEN 2013 PLAVE NEBO SE POTOPÍ 10.08.2013 – 11.08.2013 PLZEŇ, Technamnia

FYZIKÁLNÍ VELIČINY A VELIKÁNI 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Která základní fyzikální veličina používá jednotku kelvin (K)? Pro jakou veličinu se využívá v Anglii jednotka libra? Uveďte veličinu, která udává počet opakování periodického děje za daný časový úsek. Doplňte vektorovou veličinu, která vyjadřuje míru vzájemného působení těles. Veličina, která vyjadřuje velikost prostoru (jednotkou je kubík). Definujte jedním slovem neprostorové lineární kontinuum, v němž se události stávají v jistém nevratném pořadí. 7. Jaká je veličina, jež má kromě velikosti i určitý směr?

1. T E P L O T A 2. H M O T N O S T 3.

F R E K V E N C E

4.

S Í L A

5. O B J E M 6.

Tajenka zní: TOKAMAK

7.

Č A S

V E K T O R

Fotografie struktur neželezných materiálů jsou použity se souhlasem společnosti VÚK Panenské Břežany a.s. Spoluautor Ing. Jiří Faltus, CSc. 26 MAT21 MAT 21

TOKAMAK MAST V dnešním vydání máme pro vás připravenou vystřihovánku tokamaku MAST (níže uvádíme náhled výsledku). Tímto bychom rádi poděkovali CCFE za poskytnutí podkladu (http://www.ccfe.ac.uk).

Zdroj obrázku: archiv MAT21

JG G011. 011. 1 258 2

Fold

Fold

F

U

Build your own Tokamak

Fold

Fold

S

TOP

I

built by This model was .......... Name:............... ........... Age:.................

Mega Amp Spherical Tokamak

MAST

BASE

O

N

N

O

F

U

I

SIDE

www.ccfe.ac.uk

S