MATERIÁLY PRO NOVÉ TISÍCILETÍ
07/2014
registrační číslo projektu CZ.1.07/2.3.00/35.0009
KEVLAR Jak se stát KOSMONAUTEM?
Čínský česnek NECHCI BUDÍČEK pro Rosettu!
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.
Úvodní slovo k projektu Vážené čtenářky a čtenáři! Vzhledem k tomu, že se v prostoru úvodníku setkáváme naposledy, dovolím si za Ústav fyziky plazmatu AV ČR, v.v.i. stručnou bilanci jeho účasti na projektu Materiály pro nové tisíciletí (MAT 21). Především – projekt vytvořil efektivně pracující tým nadšených lidí ať už Vítkovic, Asistenčního centra, České kosmické kanceláře nebo již jmenovaného Ústavu fyziky plazmatu AV ČR. Škoda, že v půli roku 2014 činnost projektu končí. Díky projektu byla vyrobena unikátní pomůcka pro žáky a studenty – stavebnice tokamaku. Její ohlas přesáhl hranice republiky a v současné době jsou připraveny čtyři exempláře pro evropskou agenturu Fusin for Evrope (F4E) do Barcelony, o stavebnici referovala i zahraniční média. Je účinnou pomůckou při přednáškách a osm exemplářů cestuje po školách v České republice. Projekt MAT 21 financoval čtvrté vydání úspěšné knihy „Řízená termojaderná fúze pro každého – 4U“. Kniha vyšla sice v symbolickém nákladu 100 kusů, ale i tak vzbudila pozornost a na obzoru je snad i páté vydání (opět rozšířené) a doufejme, že v nákladu přinejmenším s jednou nulou navíc. Projekt se sice více méně“ ilegálně“, ale přesto zúčastnil, minimální verze výstavy Fusion Expo v budově Akademie věd v Praze. Bohužel v důsledku organizačních změn fúzního výzkumu v Evropě, nestihne-
EDITORIAL
me v režii projektu uspořádat velkou verzi výstavy Fusion Expo v Ostravě. Vedoucí projektu Ing. Jiří Režnar slíbil pomoc při organizaci Fusion Expo v Ostravě na podzim tohoto roku. Slib je krásným příkladem toho, že projekt nebyl pouze formální plnění úkolů v daném časovém intervalu. Velmi rád bych uzavřel účast ÚFP na projektu kvalitní přihláškou projektu do soutěže SCIAP pořádané každoročně Střediskem společných činností Akademie věd ČR. Tolik vědecko-technické popularizační činnosti, jako shromáždil projekt MAT 21, se hned tak nevidí a určitě by bylo vhodné s ní, jako celkem, seznámit veřejnost. Návštěvních dnů v ÚFP se zúčastnilo 400 žáků a studentů cílových krajů České republiky, ÚFP dodalo do projektového časopisu 30 článků a asistovalo při natáčení projektových videí. Nicméně je před námi ještě několik měsíců práce a mohu upřímně říci, že se těším na mezinárodní veletrh Ampér 2014 v Brně. Vedení ÚFP souhlasilo se zápůjčkou velkého modelu tokamaku ITER, projekt dodá propagační tiskoviny, promítneme natočená videa, vystavíme vydanou knížku o fúzi a pochopitelně nebude chybět stavebnice tokamaku. Účast projektu MAT 21 v Brně bude v podstatě vyvrcholením popularizačně vzdělávací činnosti ÚFP v rámci projektu. Ing. Milan Řípa, CSc. Ústav fyziky plazmatu AV ČR, v.v.i.
OBSAH 3 4 5–6 7–8 9–11 12–13 14–15 16–18
Úvodní slovo k projektu BUDÍČEK pro Rosettu! GRAFEN TBM – cesta k FÚZNÍ ELEKTŘINĚ Jak se stát KOSMONAUTEM? KEVLAR Zajímavosti z domova i ze světa Kterak si DÍKY KOSMONAUTICE NAPRAVIT bolavá ZÁDA či nastartovat auto?
19–20 21–22 23–24 25–26 27–28
KALENDÁRIUM Čínský česnek NECHCI Z HISTORIE kosmonautiky – cesta od V2 po současnost, část 2. KALENDÁŘ AKCÍ, správné odpovědi TESTU 3D POKOJ
Materiály pro nové tisíciletí 07/2014 | Datum vydání: 03. 03. 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
VESMÍRNÉ PUTOVÁNÍ
BUDÍČEK pro Rosettu! Vstáváte ráno neradi? A dovedete si představit, jak těžké musí být probuzení 673 milionů kilometrů od Země, uprostřed hlubokého studeného vesmíru, bez Sluníčka a teplé snídaně? Tak přesně takovéto náročné probuzení zažila v pondělí 20. ledna 2014 evropská kosmická sonda Rosetta, která již téměř deset roků letí vstříc kometě s označením 67P/Čurjumov-Gerasimenko. Rosetta se vydala na svojí pouť 2. března 2004 z kosmodromu Kourou na pobřeží Atlantického oceánu ve Francouzské Guyane a po složitých vesmírných manévrech, během nichž pětkrát prolétla kolem Slunce, třikrát kolem Země a jednou okolo planety Mars, se vydala ke svému cíli - kometě 67P/Čurjumov-Gerasimenko. V červenci 2011 byla Rosetta signálem ze Země uspána, aby přečkala nejvzdálenější a nejchladnější část své mise, při které se dostala do vzdálenosti až 800 miliónů kilometrů od Slunce. Spící doletěla téměř k Jupiteru, využila jeho gravitace ke změně dráhy a začala se vracet zpět směrem ke Slunci a k Zemi. V srpnu 2014 se sonda přiblíží ke své cílové kometě, a pokud všechno půjde podle plánu, tak v listopadu 2014 vysadí na povrch komety přistávací modul Philae. Potom bude ještě zhruba rok následovat kometu na její cestě ke Slunci a všichni věří, že svými informacemi podstatně rozšíří naše znalosti a výrazně přispěje k rozluštění tajemství komet, jako kdysi Rosettská deska (podle které dostala sonda jméno) přispěla k rozluštění tajemných hieroglyfů.
Radost v řídícím centru vteřinu po té, co se sonda ozvala po probuzení 20. ledna 2014. Zdroj: http://thegalaxytoday.com/wp-content/uploads/2014/01/Rosetta_Wake-up_ signal_cheer.jpg
Palubní budík Rosetty byl nařízen na pondělí 20. ledna 2014 na 10 hodin světového času (u nás bylo v tu chvíli o jednu hodinu více). Týž den v podvečer, po zahřátí přístrojů a nabití baterií, se sonda po dlouhých 31 měsících spánku znovu ozvala svému pozemnímu řídícímu centru ve středisku Evropské kosmické agentury v německém Darmstadtu. Přesně v 19 hodin a sedm minut se na monitorech objevil výrazný signál značící, že Rosetta je probuzena a připravena k další práci.
plyny unikající z jádra komety. Na základě získaných výsledků by měli vědci na Zemi umět odhadnout vnitřní složení kometárního jádra. Modul Philae později odebere vzorky z povrchu komety, na které (snad úspěšně) přistane a vyhloubí do komety i malou díru a prozkoumá materiál až skoro 30 cm pod povrchem. Bude to vůbec první přistání automatické sondy na některé z komet prolétajících sluneční soustavou. Věk (dá-li se to takto nazvat) komety 67P/Čurjumov-Gerasimenko odhadují vědci na přibližně 4,6 miliardy roků, takže to bude velice zajímavý pohled do hluboké minulosti naší sluneční soustavy. Máme se tedy na co těšit! Milan Halousek
V tuto chvíli je sonda vzdálena od komety přibližně devět milionů kilometrů a přibližuje se k ní rychlostí zhruba 800 metrů za sekundu. První snímky komety 67P/Čurjumov-Gerasimenko nám Rosetta na Zem pošle ze vzdálenosti dvou milionů kilometrů (to by mělo být v květnu letošního roku). Poté se evropská sonda přiblíží ke kometě tak těsně (v srpnu 2014), že bude mít možnost svými přístroji sledovat a analyzovat Sonda Rosetta a její přistávací modul Philae nad kometou. Fotografie použita s laskavým svolením ESA. Zdroj: www.esa.int/var/esa/storage/images/ esa_multimedia/images/2013/12/rosetta_ and_philae_at_comet2/13435641-1-eng-GB/Rosetta_and_Philae_at_comet_node_ full_image.jpg
4 MAT21
Modul Philae po přistání na kometě. Fotografie použita s laskavým svolením ESA. Zdroj: www.esa.int/spaceinimages/Images/2002/01/Rosetta_orbits_comet_with_ lander_on_its_surface
NOBELOVA CENA ZA NOVÉ TECHNOLOGIE
GRAFEN Grafen je průhlednou formou uhlíku, která byla objevena v roce 2004 Andrem Geimem a Konstantinem Novoselovem z Manchesterské univerzity. Za tento objev získali oba vědci Nobelovu cenu za fyziku pro rok 2010. Grafen je tvořen jednovrstvou krystalickou mříží z šestiúhelníků (jako včelí plástev), v jejichž vrcholech jsou atomy uhlíku. Při této tloušťce můžeme hovořit o 2D materiálu. Pro lepší představu – grafenová vrstvička je asi milionkrát tenčí než kancelářský papír. Jde o nejpevnější známý materiál (více jak 100krát pevnější než ocel) s vysokou elektrickou vodivostí a zatím nejvyšší známou tepelnou vodivostí. Odborníci se domnívají, že grafen změní náš svět podobným způsobem, jako to kdysi učinil objev plastů. Jeho vlastnosti ho předurčují pro nové technologie v různých odvětvích lidské činnosti. Velké využití se očekává v elek-
Struktura grafenu. Zdroj: http://upload. wikimedia.org/wikipedia/commons/9/9e/ Graphen.jpg
tronice. Vědci se snaží vyrobit tranzistory a následně další elektronické součástky, které budou rychlejší než současné založené na křemíku. Ty už jsou na hranici svých fyzikálních možností. Součástky z grafenu budou mít také menší spotřebu, budou se méně zahřívat a budou mít delší výdrž. Uvádí se, že rychlost internetu by mohla vzrůst až stokrát. Mnoho patentů z oblasti výzkumu grafenu vlastní Samsung. Ten zkoumá využití grafenu v dotykových displejích, ve kterých by mohl nahradit vzácné indium (displej s grafenem může být ohebný). Provádí se výzkum průhledných pamětí, ve kterých by měl figurovat grafen společně s oxidem křemičitým. Takové paměti by se mohly využívat například v brýlích Google Glass. Toto zařízení (počítač v brýlích) bylo zařazeno časopisem Time mezi nejlepší vynálezy roku 2012. Snímače do fotoaparátů budou daleko výkonnější, pokud bude použit grafen. Čip se bude vyznačovat daleko vyšší citlivostí. Bude umět zaznamenat nejenom viditelné světlo, ale i infračervené záření. Jeho cena při sériové výrobě bude nižší než cena čipů ze současné technologie. V ČR probíhá výzkum senzorů obsahujících grafen. Tyto senzory by se měly používat například v inteligentních textiliích, měly by hlásit přítomnost plynů
v ovzduší. Využívala by se tak další vlastnost grafenu, a to jeho nepropustnost pro plyny. Plánovaná další použití - požární hlásiče, monitorování stavu pacientů atd. Před několika lety byla zvládnuta výroba grafenu. Používá se metoda usazování grafenu na mědi. Měděná destička rozžhavená na teplotu asi 1000 °C je v atmosféře z metanu a vodíku, metan se rozloží a uhlík na povrchu mědi vytvoří jednu nebo několik vrstev atomů uhlíku. Na tuto část se přiloží plastová fólie a poté se tato fólie s grafenem oddělí od měděné destičky. Potom už jenom stačí grafen z fólie přetisknout na cílový povrch. Grafen se také může vyrábět přímo z grafitu. Na grafit se působí intenzivním kavitačním polem ve speciálním prostředí, až dojde k delaminaci struktury grafitu. Je možné se setkat také s pojmem bílý grafen. Tentokrát se však nejedná o formu uhlíku, ale o nitrid bóru. Ten má podobnou strukturu a vyrábí se podobnou metodou jako grafen. Zásadní rozdíl je ale v nevodivosti bílého grafenu. A právě tato rozdílnost se hodí pro výrobu elektronických součástek, ve kterých se uplatní oba grafeny. V tomto směru se hodí také další vlastnosti, které mají tentokrát velmi podobné – vysoká optická propustnost a mechanická pružnost. Vědci předpokládají, že právě tyto látky přispějí k zahájení „éry nanoelektroniky“. Zajímavých elektrických vlastností lze dosáhnout i kombinací grafenu a sulfidu molybdeničitého.
Neviditelná paměť. Zdroj: http://news.rice.edu/wp-content/ uploads/2012/03/invisible-memory_on-plastic.jpg MAT21 5
NOBELOVA CENA ZA NOVÉ TECHNOLOGIE
Google Glass. Zdroj: http://upload.wikimedia.org/ wikipedia/commons/7/76/Google_ Glass_detail.jpg
Z grafenu je možné vyrobit nanotrubičky, které se mohou použít v kompozitních materiálech. Ty jsou pak pevnější a lehčí než kompozity s uhlíkovými vlákny. Materiál, který obsahuje nanotrubičky z grafenu má výrazně černou barvu, může se proto použít při konstrukci zrcadlových dalekohledů, ve kterých odstraňuje rušivé světlo. Kompozitní materiál z grafenu a oxidu titaničitého je dobře využitelný při fotokatalýze (chemický rozklad látek za přítomnosti katalyzátoru a světelného záření). Podle amerického futuristy Iana Pearsona by použití grafenu při stavbách výškových budov znamenalo, že za padesát let by nebyly výjimkou budovy vysoké několik desítek kilometrů. Jindřich Hnízdo
Andre Konstantin Geim se narodil 21. října 1958 v ruském Soči, má však nizozemské a britské občanství. Počátkem 90. let absolvoval stáže na univerzitách v Nottinghamu, Bathu a Kodani. V letech 1994 až 2000 byl profesorem na univerzitě v nizozemském Nijmegenu. Od roku 2001 působí na univerzitě v Manchesteru. Zdroj: www.derwesten.de/img/incoming/origs3795510/9863737865-w552-h2700-/34005353-375-198x265. jpg
6 MAT21
Konstantin Sergejevič Novoselov se narodil v Rusku 23. října 1974, má britské a ruské občanství. Tento fyzik je v současnosti profesorem na Manchesterské univerzitě, kam následoval svého učitele Andre Geima. Oba vědci zahájili dlouholetou spolupráci v oblasti nanostruktur již v Nizozemí. Zdroj: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/3f/Konstantin_Novoselov_portrait.jpg
TERMOJADERNÁ FÚZE
TBM – cesta k FÚZNÍ ELEKTŘINĚ Fúzní energie dá lidstvu neomezený zdroj levné energie. Filozof by mohl namítnout, že pokud je to tak dokonalý zdroj, tak určitě nebude snadno dosažitelný. A měl by pravdu. Cesta k fúzní elektřině není snadná a bude stát ještě mnoho úsilí. Rozhodující roli v dosažení výroby elektřiny z fúzního zdroje hrají dva klíčové vědecké projekty – projekt experimentálního fúzního reaktoru ITER a projekt demonstrační fúzní elektrárny DEMO (viz také MAT21 03/2013). ITER překročí bod vyrovnání fúzního výkonu a spotřeby reaktoru, tzv. breakeven, a bude generovat tepelnou energii. Využití energie pro energetické účely pak předvede demonstrační fúzní elektrárna DEMO. Od reaktoru ITER k reaktoru DEMO je však dlouhá cesta. Výkon reaktoru DEMO bude
mnohem vyšší než výkon reaktoru ITER a reaktor musí pracovat nepřetržitě 24 hodin denně jako normální elektrárny. Jaderné komponenty reaktoru DEMO proto budou mnohem více zatíženy neutronovým zářením a tepelným tokem. Poškození materiálů neutrony v reaktoru ITER se předpokládá na úrovni 1 až 3 dpa za dobu provozu reaktoru. Jednotka dpa (displacement per atom) vyjadřuje míru radiačního poškození materiálu a označuje průměrný počet posuvů každého atomu pod vlivem srážek s částicemi při ozařování. Hodnota 3 dpa znamená, že se v průměru každý atom materiálu posune za dobu jeho životnosti pod vlivem srážky s neutrony 3krát. 2 moduly TBM v první stěně reaktoru ITER. Schéma použito s laskavým svolením ITER. Zdroj: www. iter.org/img/ resize-300-90/ www/content/ com/Lists/ Stories/Attachments/1370/ picture2.jpg
Sestava dvou TBM a vnější jednotky, která zajišťuje cirkulaci médií. Zdroj: FPA-372 Kick off Meeting: R&D experimental activities in support of the conceptual and preliminary design of the European Test Blanket Systems
Neutronové poškození první stěny reaktoru DEMO se přepokládá mnohem vyšší až na úrovni 50 dpa. V reaktoru DEMO se tak každý atom první stěny, při srážkách s neutrony za dobu životnosti stěny, průměrně posune 50krát. U průmyslového fúzního reaktoru se předpokládá poškození materiálu dokonce až 150 dpa. Je vůbec možné, aby při takovém poškození stěna ještě zůstala stěnou? Moc ne. Naštěstí se většina atomů po srážce zase vrátí na své místo nebo zaplní místo po jiném vyraženém atomu. Při vysoké teplotě také bude vlivem tepelného kmitání atomů probíhat rekombinace atomů, připomínající hojení materiálu. Přesto při vysoké hodnotě dpa množství posunů atomů změní mechanické i fyzikální charakteristiky materiálu. Proto musí být nalezeny takové materiály, které vysoký neutronový a tepelný tok vydrží. Dalším důležitým rozdílem mezi reaktory ITER a DEMO je nutnost výroby tritia, které bude v první generaci reaktorů sloužit jako složka paliva. Tritium se v přírodě nevyskytuje a musí se komplikovaně vyrábět. Reaktor ITER bude tritium kupovat stejně jako jiná experimentální fúzní zařízení. Reaktor DEMO si ale musí tritium vyrábět sám reakcí fúzních neutronů s lithiem. Cílem výzkumu fúzních
MAT21 7
TERMOJADERNÁ FÚZE
TBM typu WCCB (Water Cooled Ceramic Breeder) s keramickými kuličkami Li2TiO3, chlazenými vodou. Koncepce WCCB je vyvíjena v Japonsku. Zdroj: ITER TBM Project Meeting & US/Japan Workshop on “Materials and Blanket System Integration”, February 23-25, 2004, Rice Room, UCLA, USA
NEURONOVÝ MULTIPLIKÁTOR
(Ø < 2mm)
Li KERAMIKA
(Ø < 2mm)
Anglické slovo „blanket“ označuje pokrývku nebo obal. Jde o vnitřní vrstvu reaktorové komory, která má řadu důležitých funkcí: • tvoří první stěnu reaktoru, • zajišťuje chlazení první stěny, • přeměňuje kinetickou energii fúzních neutronů na teplo, • odvádí teplo z reaktoru k dalšímu využití, • chrání magnety a konstrukci reaktoru před tepelným a neutronovým zářením, • bude generovat tritium. Současně: • musí vydržet vysoké provozní teploty, • musí vydržet vysoký neutronový tok, • nesmí významně znečisťovat plazma, • nesmí významně narušovat magnetické pole svírající plazma.
PRVNÍ STĚNA S CHLADÍCÍMI KANÁLY
technologií je reaktor, pracující se slučováním pouze jader deuteria bez nutnosti používat tritium. Slučování jader deuteria ale vyžaduje mnohem vyšší teploty než slučování jader deuteria a tritia, takže po nějaký čas bude používání tritia nutné. Jakmile technologický pokrok umožní zapálit čistě deuteriové palivo, tritium nebude potřeba a elektřinu budeme vyrábět pouze z vody, ve které je deuteria dostatek.
Aby bylo možné vyvíjet a testovat materiály, výrobu tritia a další technologie reaktoru DEMO, budou vyrobeny speciální testovací moduly, které se umístí do reaktoru ITER. Tyto moduly se označují jako „Test Blanket Module“, zkráceně TBM. Celkem bude v reaktoru ITER umístěno 6 modulů TBM. Konstrukce modulů TBM vychází z požadavků na obal (blanket) reaktoru.
PŘEHLED MODULŮ TBM, KTERÉ BUDOU TESTOVÁNY V REAKTORU ITER ZEMĚ
OZNAČENÍ
CHLADIVO
GENERÁTOR TRITIA
EU
HCPB
Helium cooled Pebble Beds
helium
keramika Li4SiO4
EU
HCLL
Helium cooled Lithium Lead
helium
tekutý kov LiPb
Japonsko
WCCB
Water cooled Ceramic breeder
voda
keramika Li2TiO3
Korea
HCCR
Helium cooled Ceramic reflector
helium
keramika Li4SiO4
Čína
HCCB
Helium cooled Ceramic breeder
helium
keramika Li4SiO4
Indie
LLCB
Lithium Lead cooled Ceramic breeder
tekutý kov LiPb
keramika Li2TiO3 + tekutý kov LiPb
Protože není snadné splnit všechny popsané požadavky, řada výzkumných institucí po celém světě rozpracovává své vlastní koncepce obalu. Jednotlivé koncepce jsou po dohodě označovány čtyřmi písmeny, z nichž první dvě označují typ chladiva obalu a druhá dvě označují materiál pro výrobu tritia. Pro chlazení obalu jsou navrhovány voda, helium nebo tekutý kov LiPb (který by současně sloužil pro výrobu tritia). Jako materiál pro výrobu tritia jsou uvažovány pevné keramické sloučeniny lithia Li4SiO4 a Li2TiO3, nebo zmíněná tekutá eutektická slitina LiPb. Je vyvíjeno přibližně 14 koncepcí TBM, z nichž 6 bude v prvním kole testováno v reaktoru ITER. TBM bude možné po ukončení testů z reaktoru vyjmout, prozkoumat jejich stav a nahradit je jinými typy. Na základě testů ve fúzních podmínkách reaktoru ITER bude vybrána nejvhodnější koncepce obalu reaktoru DEMO. TBM jsou technologických zárodkem elektrárny DEMO v reaktoru ITER. TBM = DEMO v ITERU Co to je TBM? TBM (Test Blanket Module) je zkušební model obalu reaktoru DEMO. K čemu jsou? TBM budou testovat odvod tepla z reaktoru a způsoby výroby tritia. Budou vyrobeny z nových materiálů, určených po DEMO, a umožní testování technologie budoucího fúzního reaktoru DEMO v rámci experimentálního reaktoru ITER. Slavomír Entler
8 MAT21
JAK NA TO?
Jak se stát KOSMONAUTEM? Spousta kluků i holek by chtěla být kosmonauty. Prožít si „na vlastní kůži“ pocit volného poletování ve stavu beztíže, letět k cizím planetám, zažít věci, které jiní nikdy nezažijí. Ale jaká je vlastně šance něco takového opravdu zažít? Je možné se stát skutečným kosmonautem? Ne teď, ale až budete dospělí, tak můžete něco podobného vyzkoušet. Ta možnost tady je. I když ne příliš velká, spíše malinkatá, ale je! Jak tedy na to? Česká republika je od listopadu roku 2008 řádným členem Evropské kosmické agentury ESA, která má svůj oddíl kosmonautů - občan České republiky může tedy být kosmonautem v oddílu ESA. Zní to snadno, že? Ale není to tak snadné.. Zatím poslední výběr zájemců o výcvik evropských kosmonautů proběhl v létě roku 2008 – bohužel tedy dříve, než se Česká republika stala členským státem ESA a než se tedy mohli čeští zájemci do konkurzu přihlásit. Z tohoto výběru, do kterého poslalo své přihlášky více než devět tisíc zájemců ze sedmnácti tehdejších členských států ESA, bylo vybráno a do výcviku se v následujícím roce zapojilo šest budoucích evropských kosmonautů – jediná žena v oddíle Sa-
mantha Cristoforetti (vojenská pilotka z Itálie), Alexander Gerst (geofyzik z Německa), Andreas Mogensen (letecký inženýr z Dánska), Luca Parmitano (vojenský pilot z Itálie), Timothy Peake (vojenský pilot z Velké Británie) a Thomas Pesquet (letecký a kosmický inženýr z Francie). Do vesmíru se již na svojí téměř šestiměsíční misi podíval v roce 2013 Ital Luca Parmitano, další se na svá vesmírná dobrodružství teprve chystají - Alexander Gerst poletí v květnu 2014, Samantha Cristoforetti v prosinci 2014, Andreas Mogensen v září 2015, Timothy Peake v listopadu 2015. Kdy se do kosmonautického výcviku a potom i do vesmíru dostane český nástupce našeho zatím jediného kosmonauta Vladimíra Remka (nepočítám Krtečka!) si neodvážím odhadnout, bude to ale určitě ještě dost dlouho trvat. Co ale vlastně musí zájemce o místo v oddílu evropských kosmonautů umět a znát? Podmínky jsou to velice přísné jak z pohledu zdravotního, tak i z pohledu vzdělanostního. Ale pokud se to povede, tak zážitky z pobytu ve volném vesmíru určitě za to budou stát. Velice přísným výběrem samozřejmě projdou pouze ti nejlepší z nejlepších – za splnění řady nutných podmínek. Tou první je státní příslušnost k jednomu z členských států ESA
Výcvik ve vodním bazénu napodobuje pohyb ve stavu beztíže ve volném kosmu. Kosmonauté trénují plně oblečeni do skafandrů, Samanthe Cristoforetti je trochu velký. Fotografie použita s laskavým svolením ESA. Zdroj: http://blogs.esa.int/astronauts/ files/2012/03/2-In-an-Adjustable-Portable-Foot-Restraint-for-an-exercise-with-the-Body-Restraint-Tether.jpg
- což tedy zájemce z České republiky splňuje a může si odškrtnout první překážku. Druhou důležitou podmínkou je vysokoškolské vzdělání uchazeče o povolání profesionálního kosmonauta. Úkoly, které bude kosmonaut během svého letu plnit, jsou velice složité a náročné, proto je potřeba aby měl kandidát to nejlepší a nejkomplexnější vzdělání. Preferuje se vzdělání technického nebo vědeckého zaměření, výhodou je specializace na letecké nebo kosmické inženýrství nebo vědy. Samozřejmostí je praxe v daném oboru a velkou výhodou zkušenosti s letectvím (a to nejenom pro předpokládaný velmi dobrý zdravotní stav a kvalitní fyzickou a psychickou přípravu pilotů, zejména vojenských). Zdravotní stav budoucího kosmonauta patří také mezi důležité parametry výběru. Jednoduše řečeno, musí být absolutně zdravý,
MAT21 9
JAK NA TO?
pouze se dnes již tolerují mírné (ale opravdu jen mírné) oční vady. Nesmí samozřejmě trpět žádnými dlouhodobými nebo chronickými nemocemi, jako je třeba astma nebo různé alergie. Prověřuje se nejenom jeho stav fyzický, ale i stav psychický, schopnost regenerace organizmu, schopnost zvládat
Na rotující centrifuze může dosáhnout přetížení hodnot vyšších než 10G – tedy, tělo člověka v tu chvíli „váží“ i 10x více než normálně (na fotografii Samantha Cristoforetti). Fotografie použita s laskavým svolením ESA. Zdroj: http://blogs.esa.int/astronauts/ files/2013/07/3.jpg
stres. Zjišťují se reakce organizmu na práci v nepříznivých podmínkách, jako je třeba vysoká teplota, ověřuje se úroveň sebeovládání a zodpovědnosti. Věk kandidátů v době vstupu do výcviku by měl být kolem 30 roků nebo mírně nad tímto věkem (šestice výše jmenovaných nových evropských kosmonautů byla v době zahájení výcviku ve věku 31 až 37 roků). Samozřejmostí je dokonalá znalost anglického jazyka! Výhodou je i znalost ruštiny, druhého jazyka, který se při letu na Mezinárodní kosmickou stanici ISS používá. Ruštinu se ale budoucí kosmonauté doučí během výcviku, nakonec jí musí ovládat stejně dokonale jako angličtinu!
Kosmonaut musí být připraven přežít po nepřesném přistání i v zimním lese. A samozřejmě jen s tím, co má u u sebe! Na fotografii budoucí kosmonaut Thomas Pesquet. Fotografie použita s laskavým svolením ESA. Zdroj: www.esa.int/var/esa/storage/images/ esa_multimedia/images/2012/07/thomas_ pesquet_survival_training/11244384-5-eng-GB/Thomas_Pesquet_survival_training.jpg 10 MAT21
Pokud všechno výše uvedené splňujete a vaše přihláška do konkurzu na nové evropské kosmonauty projde prvním kolem, kterým je administrativní posouzení všech náležitostí, a druhým kolem, kde se všechno posuzuje znovu a ještě přísněji, tak postoupíte do fáze, kdy si vás pozvou na podrobné zdravotní prohlídky, které budou pokračovat mnoha sériemi psychologických testů, které u vás (nebo na vás) odhalí věci, o kterých jste nejspíše ani sami neměli vůbec ponětí, že jimi trpíte. Lékaři, psychologové, sociologové, psychiatři a další -ové a -atři vás budou pozorovat, jak rychle se rozhodujete, při jakém typu otázek se zamýšlíte, jak často, jak rychle a kdy mrkáte nebo se škrábete na nose či uchu. A jak často pijete, nebo naopak nepijete (myšleno vodu!). Budou před vámi na monitoru blikat barevné čtverce, trojúhelníky, kolečka, písmena nebo čísla, vy si budete muset pamatovat řady obrázků, doplňovat chybějící, mazat přebytečné nebo rychle analyzovat číselné nebo písmenkové řady – a to všechno ve stresu, že vedle vás sedí někdo další, kdo bude třeba lepší a to vysněné místo v oddíle kosmonautů vám „vyfoukne těsně před nosem“. A lékaři medicíny budou pozorovat, zda-li vám správně cuká noha, když vás klepnou kladívkem do kolene, zda-li máte všechny vnitřní orgány na správných místech, v počtech a velikostech jak to je zvykem, jak jste na tom s viděním, sluchem, čichem, jemnou
JAK NA TO?
Kosmonauté trénují i v jeskyních. Fotografie použita s laskavým svolením ESA. Zdroj: www.esa.int/var/esa/storage/images/esa_multimedia/images/2011/10/ three_astronauts_on_the_first_caving_day/ 10009815-2-eng-GB/Three_astronauts_on_ the_first_caving_day.jpg
motorikou i hrubou silou, jestli nemáte jednu ruku delší než druhou nebo naopak. A potom vám oznámí, že jste prošli všemi úskalími prvních kol výběru a že postupujete do dalšího výcviku. A všichni vám budou gratulovat, chtít od vás autogramy, úplně se vám změní život, o kterém už nebudete rozhodovat vy sami, ale vaši lektoři, trenéři,
asistenti a velitelé. Nakonec, po několika letech výcviku, vás posadí do nepohodlné sedačky v úplně malinké kabině na samém vršku téměř šedesátimetrové rakety plné výbušných a prudce hořlavých chemikálií a ve sluchátkách svého skafandru uslyšíte ta nejdůležitější slova svého dosavadního života: „Deset – devět – osm – sedm – start zážehové sekce – čtyři – tři – dva – jedna – START!“
Celý oddíl nových evropských astronautů pohromadě (i s vlastnoručními podpisy). Zdroj: soukromý archiv M. Halouska
Šťastnou cestu, právě se z Tebe stal kosmonaut! Šťastnou cestu ke hvězdám! Milan Halousek
A NEŽ SE STANETE SKUTEČNÝMI KOSMONAUTY, ZKUSTE PROJÍT TESTEM ZNALOSTÍ, KTERÝ PRO SVÉ MLADÉ ZÁJEMCE PŘIPRAVIL AMERICKÝ ÚŘAD PRO LETECTVÍ A KOSMONAUTIKU NASA. ZADÁNÍ: Vaše kosmická loď ztroskotala na měsíčním povrchu. Podle programu jste se měli setkat s mateřskou lodí ve vzdálenosti 300 kilometrů na osvětlené straně Měsíce. Při tvrdém přistání byla vaše kosmická loď poškozena a všechno její zařízení zničeno. Podařilo se vám zachránit pouze patnáct níže uvedených předmětů. Život posádky závisí na tom, zda se dostanete k mateřské lodi. Vaším úkolem je proto vybrat pro třistakilometrovou cestu nejpotřebnější věci. Uvedených patnáct předmětů máte seřadit podle pořadí jejich důležitosti pro záchranu života. Označte číslem 1 nejdůležitější předmět, číslem 2 druhý nejdůležitější předmět a potom dál až k číslu 15, které označí nejméně důležitý předmět: • krabička zápalek • koncentrovaná potrava • padákové hedvábí • padesát stop nylonového lana • přenosné topné těleso na sluneční baterii • dvě pistole ráže 7.62 mm • krabice dehydrovaného mléka • magnetický kompas • dvě padesátikilové nádrže s kyslíkem • hvězdná mapa měsíční oblohy • samonafukovací záchranný člun • pětadvacet litrů vody • signální rakety • brašna první pomoci s injekčními jehlami • přijímač a vysílač s frekvenční modulací na sluneční baterie Správné odpovědi i s vysvětlením a vyhodnocení vašich znalostí (a intuice přežít) najdete na konci tohoto čísla časopisu MAT 21. Zdroj: převzato z Malé encyklopedie kosmonautiky Aleše Holuba – http://mek.kosmo.cz
MAT21 11
PARA-ARAMIDOVÉ VLÁKNO
KEVLAR Kevlar řadíme do aromatických polyamidů, tzv. aramidů. Můžeme ho popsat vzorcem [ – NH – C6H4 – NH – CO – C6H4 – CO – ]n a názvem poly[para-fenylen tereftalamid]. Vlákna vyrobená právě z tohoto polymeru byla první s vysokou pevností a také s výhodným modulem pružnosti. Kevlar vynalezla Stephanie Louise Kwolek (*1923), která se narodila v americkém New Kensingtonu nedaleko Pittsburghu jako dcera polských emigrantů. V roce 1946 začala pracovat ve společnosti DuPont, od roku 1950 pokračovala v jejích Pioneering Research Laboratory ve Wilmingtonu zabývajících se polymery. V roce 1964 se stal hlavním zaměřením její skupiny vývoj vhodnějších materiálů pro pneumatiky. V roce 1966 se jí podařilo vyrobit vlákno s pozoruhodnými vlastnostmi. Tak se objevil kevlar, který se začal vyrábět v roce 1971, patent Stephanie obdržela v roce 1974. Zajímavostí je, že se Stephanie chtěla původně věnovat medicíně, ale pro nedostatek peněz na zaplacení školy přijala místo chemika v DuPont. Nakonec ji práce v této
firmě zaujala natolik, že zde strávila čtyřicet let. I nadále však působí jako konzultant této světoznámé společnosti. Kevlar získáme polykondenzací chloridu kyseliny tereftalové a para-benzendiaminu. Abychom dostali kevlarová vlákna, musíme provést zvlákňování z roztoku metodou dry-jet-wet, která je kombinací zvlákňování za sucha a za mokra. Při následném dloužení vláken se vlivem působícího smykového napětí zvyšuje obsah krystalické fáze. Makromolekuly se orientují ve směru působící síly, a tak se amorfní fáze zmenšuje na úkor krystalické. Velký podíl krystalické fáze zaručuje vláknům pevnost. Protože kevlar patří mezi lyotropní LC polymery, které mají vysokou uspořádanost už v roztoku, vykazují jeho vlákna mimořádnou pevnost v tahu. Aromatická struktura dodává kevlaru výjimečnou tepelnou odolnost, odolnost proti hoření i chemikáliím. Vyrábí se několik druhů kevlarových vláken, nejčastěji zmiňované jsou K29 a K49. Každý druh je přizpůsoben jinému použití, rozdíly najdeme v některých vlastnostech. Hlavně se liší v modulech pružnosti, ale také v pevnosti či hustotě. Obvykle udávané hodnoty veličin charakterizujících výše uvedené druhy kevlaru a další čtyři materiály shrnuje tabulka na následující straně. Z tabulky je zřejmé, že kevlar má výhodnější vlastnosti než nylon, který patří také mezi polyamidy, ale ne aromatické. Dále můžeme vyčíst, že K29 má podobný modul pružnosti jako sklo, ale zhruba poloviční hustotu. V určitých oblastech by tak K29 mohl výhodně nahradit sklo. Výrobky by nebyly křehké a byly by lehčí. Limitujícím faktorem by ovšem byla vyšší cena.
Stephanie Kwolek. Zdroj: http://upload.wikimedia. org/wikipedia/commons/thumb/f/ f6/Stephanie_Kwolek_1986.TIF/ lossy-page1-404px-Stephanie_Kwolek_1986.TIF.jpg
12 MAT21
Ve srovnání s kovy vychází kevlar také v mnoha směrech lépe. Má mnohonásobně větší pevnost než hliník a asi pětkrát větší než běžná ocel. Tento fakt ho předurčuje k použití v mnoha oblastech. Pevnost výrazně klesá při používání za teplot vyšších než 180 °C. Rovněž klesá i modul pružnosti v tahu. Naopak teploty nižší než -180 °C dokonce zvyšují pevnost vláken. Kevlar proto najde uplatnění i ve fyzice nízkých teplot.
Kevlarová vlákna. Zdroj: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/09/Aramid_fiber2. jpg/541px-Aramid_fiber2.jpg
Kevlar je v podstatě nehořlavý, ale může dojít k jeho vznícení. Hoření se však zastaví po odstranění zdroje ohně. Kevlarová tkanina při styku s plamenem zuhelnatí, neodkapává. Radioaktivní záření nemá prakticky žádný vliv, při delším ozáření se nepatrně zvyšuje pevnost i modul pružnosti. Naopak UV záření způsobuje vyblednutí a zmenšení pevnosti v tahu. Například po tisíci hodinách působení tohoto záření se může pevnost snížit až na 20 % původní hodnoty. Záleží na druhu kevlarového vlákna, u některých není pokles tak dramatický. Je tedy potřeba vlákna oplést jinými vlákny nebo opatřit povlakem, který absorbuje požadovanou část UV záření (300-400 nm). Dalšími vlastnostmi jsou elektrická nevodivost a nízká tepelná vodivost. Kde všude se s kevlarem setkáváme? Pokusíme se aspoň o výčet nejčastějšího použití tohoto para-aramidového vlákna Vlákna se mohou použít v tkanině složené pouze ze samotného kevlarového vlákna nebo v tkanině, kde jsou ještě další druhy vláken (např. uhlíkové). Stejně úspěšně se kevlar používá jako výztuž kompozitních materiálů, např. laminátů. Dodává se do kompozitních materiálů, ve kterých je potřeba zvýšit pevnost a odolnost proti vysokým teplotám. Kevlarová tkanina slouží k výrobě různého oblečení, ochranných pomůcek a doplňků, u kterých je požadována pevnost, odolnost v širokém rozsahu teplot a bezpečnost. Například uveďme rukavice, ponožky, boty a hlavně velmi účinné neprůstřelné vesty, ochranné přilby a doplňkové díly k ochraně krku, ramen a dolní poloviny břicha. Kde je potřeba, využije se několika vrstev vláken.
PARA-ARAMIDOVÉ VLÁKNO
HUSTOTA
PEVNOST V TAHU
MODUL PRUŽNOSTI V TAHU
TEPLOTA ROZKLADU
kg.m-3
GPa
GPa
°C
KEVLAR 29
1440
3,6
83
427 – 482
KEVLAR 49
1440
3,6
124
427 – 482
OCEL
7850
0,3 – 1,5***
210
1350*
SKLO
2580
0,05 – 0,1
73
1500*/ 700**
NYLON 66
1140
0,1
5,5
254*
HLINÍK
2700
0,07
70
660*
Zdroj: MIKULČÁK, Jiří. Matematické, fyzikální a chemické tabulky a vzorce pro střední školy. 1. vyd. Praha: Prometheus, c2003. ISBN 80-719-6264-3. www.kevlar.com http://fyzu3v.fjfi.cvut.cz/current/web/prednasky/Materna_u3v2012.pdf http://people.fsv.cvut.cz/~svobodal/sh/SH3v1.pdf
Neprůstřelná vesta. Zdroj: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/0a/Basisweste.gif
* teplota tání ** teplota měknutí *** vysokopevnostní ocel kolem 2 GPa
Další použití: ochranné oděvy hasičů, kosmonautů a kombinézy policistů chránící celé tělo. Kevlar umožňuje sestavit pevné a lehké díly pro letadla, lodě (včetně plachet) a auta, například i pro F1. Výborně posloužil i na raketoplánech. Je součástí kordových vložek pneumatik, brzdového obložení, převodových řemenů. Využívá se také při výrobě sítí a vysoce pevných lan, např. do visutých mostů. Můžeme ho najít i ve stavebních materiálech. V optických kabelech zajišťuje tahovou ochranu, tedy přenášení tahového namáhání tak, aby nebyla namáhána optická vlákna uvnitř kabelu. Dále ho můžeme najít (jako tzv. kevlarovou drť) v lepidlech, tmelech a barvách, kde zvyšuje přilnavost k povrchu. Při natírání klesá viskozita barvy, po dobarvení viskozita stoupá, barva nestéká. Firma DuPont neustále vylepšuje „svůj“ kevlar. Například v roce 2010 provedla inovaci K29, který byl mimo jiné s úspěchem řadu let využíván v kvalitních vysokotlakých hydraulických hadicích pro svou pevnost, houževnatost, tepelnou a chemickou odolnost. Nový produkt označený K29 AP je ještě houževnatější a pevnější a dokáže vydržet tlak kapaliny o více než 10 % větší. Jindřich Hnízdo
Kevlarové lano. Zdroj: www.zongluj.cz/obrazky/728/foto/16mm. JPG
MAT21 13
POZORUHODNÉ NOVINKY
Zajímavosti z domova i ze světa NA MĚSÍCI VZNIKNE SOLÁRNÍ ELEKTRÁRNA Solární elektrárnu dodávající elektřinu na naši planetu plánuje postavit na Měsíci japonská stavební firma. Vznikl by tak obří prstenec ze solárních panelů obepínající celý Měsíc. Energie ze solárních článků na Měsíci by pak byla pomocí mikrovlnných a laserových paprsků vysílána na přijímací stanice na Zemi, kde by se přeměnila na elektrický proud. Více čtěte zde: http://21stoleti.cz/ blog/2013/12/04/na-mesici-vznikne-solarni-elektrarna/
ZMĚNÍ NOVÁ TEORIE SUPRAVODIVOSTI NAŠE ZACHÁZENÍ S ELEKTŘINOU? Supravodiče, které fungují za vyšších teplot, se chovají podivně a to podivně velice rozmanitým způsobem. Včetně takových výstředností, jako že se elektrony v supravodiči vykašlou na symetrické uspořádání kolem atomů a namísto toho vytvoří elegantní proužky. Doteď v tom byl tvůrčí zmatek. Teď se zdá, že by se mohla ujmout vlády nová teorie, která zastřeší nejen libůstky supravodičů při vyšších teplotách, ale vůbec supravodivost jako takovou. Více čtěte zde: www.osel.cz/index.php?clanek=7343
14 MAT21
V přehledu zajímavostí jsou použity doslovné citace s odkazy na zdrojové články.
URYCHLOVAČ ČÁSTIC PRO SPECIFICKÉ ÚKOLY NEMUSÍ MĚŘIT KILOMETRY. VEJDE SE NA BŘÍŠKO PRSTU Díky metodám mikrotechnologie a nanotechnologie se v současnosti daří neuvěřitelně zmenšovat různá zařízení. Po chemických laboratořích, vysílačkách nebo počítačích na čipu teď vznikl i urychlovač částic, který se vejde na drobný optoelektronický čip. Sestrojili ho odborníci z americké Stanfordovy univerzity. Více čtěte zde: www.rozhlas.cz/leonardo/technologie/_zprava/urychlovac-na-cipu--1266389
JADERNÁ FÚZE A PASIVACE VODÍKEM Pasivace kyslíkem nebo kyselinou je známý jev, kdy se na povrchu kovu vytvoří nerozpustná vrstva oxidů bránící další korozi. Kupodivu nějak podobně by mohl fungovat i vodík. A jak to souvisí s jadernou fúzí? Více čtěte zde: www.scienceworld. cz/neziva-priroda/jaderna-fuze-a-pasivace-vodikem/
TELEVIZNÍ STANICE NATIONAL GEOGRAPHIC BUDE V BŘEZNU ŽIVĚ VYSÍLAT Z KOSMU Dokumentární televizní stanice National Geographic Channel se v březnu chystá odvysílat dvouhodinový živý blok z Mezinárodní vesmírné stanice. Program bude možné naladit i v České republice. Více čtěte zde: http://technet. idnes.cz/national-geographic-bude-vysilat-zive-z-vesmiru-fu2-/tec_ vesmir.aspx?c=A140110_073513_ tec_vesmir_vez
SOUTĚŽÍME
CHCETE SI VYDĚLAT? PROKAŽTE VĚDECKY PARANORMÁLNÍ JEV Český klub skeptiků Sisyfos vypsal od Nového roku odměnu 10 000 korun pro každého, kdo na základě vědeckého experimentu prokáže existenci paranormálních jevů. Zájemci mohou nechat podrobit testům třeba jasnovidectví, telepatii nebo proutkařství. Zdroj: http://www.lidovky.cz/klub-skeptiku-nabizi-odmenu-tomu-kdo-prokaze-paranormalni-jev-pbu-/ veda.aspx?c=A140104_215738_ln_ veda_ebr
ČECH SPOLUOBJEVITELEM PLANETY O HMOTNOSTI ZEMĚ Astronomové představili objev planety, která obíhá okolo vzdálené hvězdy a má stejnou hmotnost jako Země. Spoluautorem studie je český vědec. Nestává se příliš často, aby slova českého astronoma citovala média z celého světa od USA a Mexika, přes Evropu až po Asii. David Nesvorný, který pracuje na Southwest Research Institute v USA, je spoluautorem objevu exoplanety s označením KOI-314 c. Astronomové planetu našli v datech z kosmického dalekohledu Kepler při snaze o nalezení měsíců exoplanet. KOI-314 c má hmotnost stejnou jako Země. Více čtěte zde: www.tyden.cz/rubriky/veda/vesmir/ cech-spoluobjevitelem-planety-o-hmotnosti-zeme_294154.html#.UtgOedJ5Ma8
SOUTĚŽ S MAT21!!! NEZAPOMĚŇTE NA SOUTĚŽ ZE 6. ČÍSLA ČASOPISU MAT21, UKONČENÍ SE BLÍŽÍ! TERMÍN JE
30. 04. 2014 VÍCE K SOUTĚŽI ZDE: www.materialy21.cz/nova-soutez-projekt-mat-21
STATISÍCE LIDÍ USILUJÍ O CESTU NA MARS BEZ NÁVRATU. ČEŠKA VE FINÁLE Z 202 tisíc lidí z celého světa včetně Česka, kteří projevili zájem o první cestu lidí na Mars bez návratu na Zemi, se do užšího výběru dostalo 1058 uchazečů. Sdělila to na svém webu nizozemská společnost Mars One, která unikátní výpravu slibuje. Na závěr přísného výběru by podle ní mělo mít naději začít osídlovat Mars jen asi 24 osob. Více čtete zde: www.tyden.cz/rubriky/ veda/vesmir/statisice-lidi-usiluji-o-cestu-na-mars-bez-navratu-ceska-ve-finale_293469.html#.UtgO0NJ5Ma8
PŘEKVAPENÍ NA MARSU: PŘED OPPORTUNITY „VYSKOČIL ZE ZEMĚ“ KÁMEN V záběru marťanského vozítka se nečekaně objevil malý kámen, který před několika dny na daném místě prokazatelně nebyl. Malá záhada má zřejmě prozaické vysvětlení, ale vědci z programu se nad ní prý příjemně pobavili. Více čtěte zde: http:// technet.idnes.cz/curiosity-mars-0ga-/tec_vesmir. aspx?c=A140123_173416_tec_ vesmir_mla
TEST, KTERÝ MŮŽE OVĚŘIT TEORII SUPERSTRUN Teoretičtí fyzikové již po několik desetiletí rozvíjejí teorii, která má ambici sjednotit popis základních stavebních kamenů všech jevů kolem nás, v pozorovatelném vesmíru. Této teorii se populárně říká teorie superstrun a měla by pod jednou střechou spojit dohromady všechny čtyři silové interakce hmoty, všechny známé elementární částice, svět kvantových jevů na mikroskopické úrovni a také svět gravitace, včetně kosmologického vývoje celého vesmíru. Více čtěte zde: www.rozhlas.cz/leonardo/technologie/_zprava/test-ktery-muze-overit-teorii-superstrun--1303387
MAT21 15
Americký astronaut Andrew Feustel pracuje při kosmickém výstupu v rámci poslední mise raketoplánu Endeavour v květnu 2011 s hardwarem experimentu MISSE-8. Fotografie použita s laskavým svolením NASA. Zdroj: www.nasa.gov/images/content/698162main_feature1_XL.jpg
SKINSUIT
Kterak si DÍKY KOSMONAUTICE NAPRAVIT bolavá ZÁDA či nastartovat auto? Již nejednou jste se mohli na stránkách našeho časopisu přesvědčit, že snad i většina technologií a řešení pro kosmické lety našla posléze neplánovaně dosti zásadní využití tady dole na Zemi. Dnes budeme v jízdě pokračovat a podíváme se, jak Vám může pomoci evropský kosmický výzkum s nemocnými zády, jak NASA přetváří běžné materiály na supermany a co způsobuje revoluci v průmyslu.
okny kosmické stanice ISS. Jenže na straně druhé astronautům na ISS zas tak mnoho co závidět není, kromě spousty práce a izolace od lidí daleko ve vesmíru do kategorie záporů také patří, že se těla astronautů většinou vypořádávají s dlouhodobým pobytem ve stavu beztíže mnohdy ne zrovna příznivě, například kosti a svaly se zbavují své hmoty, jelikož v prostředí bez gravitace mají mnohem méně práce.
Možná jste si už někdy tak v klidu seděli u počítače a prohlíželi fotky Země z vesmíru (pokud ještě ne, vřele doporučuji www.earthobservatory.nasa.gov). U takových fotek se člověku snadno zasteskne, že není z těch šťastlivců, kteří toto vidí neustále
Známým faktem z oblasti kosmické medicíny také je, že astronaut v kosmu „vyroste“ až o 7 centimetrů, protože se mu v nulové gravitaci prodlouží páteř. Dotyčný člověk si sice může připadat jako machr, nicméně tento efekt mu ve výsledku způsobí bolesti zad
16 MAT21
během kosmického letu a až čtyřikrát větší možnost výhřezu ploténky oproti ostatním lidem po návratu na Zemi. Potíže astronautů se zády se staly novým objektem v hledáčku Oddělení kosmické medicíny Evropské kosmické agentury (ESA), které působí pod záštitou Evropského střediska pro astronauty v německém Kolíně nad Rýnem (pořádají se zde pravidelně jednou za dva roky velkolepé dny otevřených dveří!). Němečtí vědci chtějí porazit potíže astronautů se zády velmi jednoduše: navléknou kosmické cestovatele do speciálních, dokonale přilnavých obleků, které mají bojovat proti absenci gravitace tím, že budou stlačovat tělo astronauta od ramenou až po paty silou podobnou, jakou zažívá člověk na Zemi.
SKINSUIT „Bylo docela těžké dosáhnout toho, aby oblek člověku skutečně správně seděl,“ hovořil Simon Evetts z Evropského střediska pro astronauty o pozemních testech prototypů. „Potřebovali jsme vytvořit oblek, který bude jednak pohodlný na nošení, ale zároveň bude pevně sedět a vytvářet správný tlak na správných místech.“
Londýnští studenti v prototypech obleků Skinsuit. Fotografie použita s laskavým svolením ESA. Zdroj: www.esa.int/var/esa/storage/images/esa_multimedia/ images/2014/01/skinsuit_kings_college/13477388-1-eng-GB/Skinsuit_ Kings_College.jpg
Když pohlédneme na obrázky - Skinsuit (volně přeložme: padne jako kůže) si své jméno dozajista zasluhuje, nejvíce asi připomíná těsně přiléhavé elastické obleky například pro plavce - triatlety. Skinsuit je na míru dělaný, vytvořený pomocí dvousměrného šití a nynější prototypy jsou dělané ze spandexu, nicméně do budoucna se přemýšlí o jiných materiálech. SPANDEX je pevné syntetické vlákno s výjimečnou elasticitou, syntetická obdoba přírodního latexu. Je dílem amerických chemiků C. L. Sandquista a Josepha Shiverse, kteří jej představili světu roku 1959. Spandex poté začal dobývat svět coby menší revoluce v oděvnictví. Samotné slovo spandex je přesmyčkou anglického výrazu „expands“, neboli zvětšuje, rozšiřuje. Spandex se vyrábí čtyřmi různými způsoby: lisováním při rozpouštění, reakčním předením, suchým předením (užívá se v naprosté většině) a vlhkým předením. Tím se vytvoří prepolymer z glykolu a dalších látek, poté následují další chemické reakce až ke konečnému vytvoření syntetického vlákna. Spandex dodnes nachází hlavní využití coby materiál pro elastické oblečení. Německý Skinsuit již má za sebou testy v beztíži na palubách letadel, létajících po parabolách. Na kosmickou premiéru si ale ještě nějaký ten pátek počká: obléci si ho má jako „pokusný králík“ dánský astronaut Andreas Mogensen, který poletí na 10denní misi lodí Sojuz na stanici ISS na podzim 2015. Mogensen prověří funkční aspekty obleku ve vesmíru. Pokud se Skinsuit osvědčí v kosmonautice, mohl by se stát dalším zástupcem „kosmických“ nápadů, které nakonec pomáhají i obyčejným pozemšťanům. Jeho nošení může ulevit nejen starším lidem s problémy se
zády. Technologie Skinsuitu také může najít aplikaci v boji s následky mozkové obrny. Pokud se Vám zatím zdá, že je v článku málo informací o nových materiálech, dejte nám ještě šanci - teď se podíváme na testování nových materiálů přímo v kosmu. V letošním roce má soukromá loď Dragon přivézt na palubu stanice ISS několik kontejnerků MEC (Modular Experiment Container) se vzorky různých materiálů, které budou roboticky, pomocí vnějšího jeřábu, nainstalovány na exteriér orbitální stanice a zůstanou zde několik měsíců, možná i let, než se některým dalším Dragonem vrátí na Zemi k analýze. Materiály, účastnící se experimen-
tu MISSE-X (Materials International Space Station Experiment), se budou dlouhodobě potýkat se sluneční radiací, atomárním kyslíkem, tvrdým vakuem, teplotními extrémy od -150 °C po +150 °C a kontaminací, což poskytne vědcům a inženýrům nový pohled na konstrukci budoucích kosmických lodí, výbavy pro kosmonauty či skafandrů. Nejde přitom o žádnou novinku, podobné pokusy s materiály probíhají na plášti ISS již od roku 2001, exteriér ruské části stanice je podobných kontejnerů rovněž plný. MISSE-X má však zahrnovat novinky typu real-time monitorování materiálů, každodenní fotografování vzorků, možnost přivézt více vzorků nebo s nimi na dálku manipulovat.
MAT21 17
SKINSUIT
Test Skinsuitu při uměle navozeném stavu beztíže v letadle. Fotografie použita s laskavým svolením ESA. Zdroj: www.esa.int/var/esa/storage/images/ esa_multimedia/images/2014/01/skinsuit_ parabolic_flight/13477215-1-eng-GB/Skinsuit_parabolic_flight_node_full_image.jpg
jsou SMA také schopné vyprodukovat slušnou sílu, což jim otevírá dveře ke kariéře jako náhrada za hydraulické systémy či součástky pro startéry. Dle NASA se momentálně zvažuje nový design startérů motorů, v nichž díky užití SMA dojde k hmotnostní úspoře v poměru 41:1.
Co se týče nových materiálů z laboratoří NASA, velké oblibě se například svého času těšila speciální měkká matrace, která se zrodila v 70. letech coby tlak-absorbující materiál mající ulehčit astronautům při kosmickém startu. Zhruba o desetiletí později NASA materiál uvolnila jedné švédské firmě a výsledkem byla masově vyráběná, velmi oblíbená a pohodlná matrace.
slitina s tvarovou pamětí? Tento materiál je pod zkratkou SMA k dispozici na trhu již běžně, při nízké teplotě se deformuje a po zahřátí nabývá původní podoby. SMA však pracují pouze do teploty asi jen 80 °C. NASA se ale ve svých laboratořích snaží tuto hranici zvýšit až na 300 °C, což tyto slitiny vnese do kosmonautiky, ale zároveň to zásadně rozšíří jejich užití v průmyslu na Zemi.
Laboratoře NASA chrlí nové materiály už dlouhé roky, spolupráce s trhem a rozšiřování nových materiálů mezi obyčejné lidi a do průmyslu je ale dnes údajně na čím dál lepší úrovni. A jaké novinky vzešly z NASA v nedávné době? Co třeba taková
SMA, které se deformují a obnovují s rozdílem pouhých 5° či 3 milimetry, můžou najít využití coby senzory či v elektronice. Dnes komerčně dostupné druhy SMA se používají jako obvodové vypínače nebo v medicíně jako cévní výztuže. Na svůj objem či váhu
Co ještě zajímá NASA? Startující raketa musí být co možná nejlehčí = super-lehké materiály. Mezi ně můžeme zařadit tzv. FRF, což je zkratka anglického názvu pěny vyztužené vlákny. Tato pěna se používá vložena mezi skleněné pláty či pláty z uhlíkových vláken, výsledkem je něco jako plastická alternativa lepenky. FRF není zase tak úplnou novinkou, nicméně NASA opět vylepšuje a tvrdí, že její verze je o 30 až 40 procent lehčí než kovové součástky a absorbuje stejně energie jako kovové systémy. Materiál je navíc dle NASA výjimečně odolný a vydrží v zápřahu skutečně hodně. FRF může být tlustá od asi centimetru nahoru a je i možné dle přání zákazníka upravit velikost, váhu, odolnost či zachycování hluku díky nabízené široké škále typů pěn, pryskyřice a vláken či změnou směru pletení vláken. K mání je i kulatá verze pro válcovité komponenty. Pláty jsou tvarovány aplikací pryskyřice a po dokončení mohou být i řezány klasickou domácí pilkou. NASA se také třeba zajímá o super-vybroušený kov, který snižuje, až eliminuje odrážení světelných paprsků. Vít Straka Zdroje: Evropská kosmická agentura 10. ledna 2014 - www.esa.int/Our_Activities/Human_Spaceflight/Astronauts/Suit_up_for_Skinsuit Machinedesign.com 16. ledna 2013 - http:// machinedesign.com/news/new-materials-nasa-labs Panel experimentu MISSE-8, který byl nainstalován na exteriér stanice ISS v závěru programu raketoplánů v roce 2011. Fotografie použita s laskavým svolením NASA. Zdroj: www.nasa.gov/mission_pages/station/ research/experiments/MISSE-85.jpg
18 MAT21
OSOBNOSTI VĚDY
KALENDÁRIUM BŘEZEN
Fyzikové nejprve jeho články ignorovali, teprve až po několika pochvalných komentářích od Maxe Plancka, začali Einsteina zvát na přednášky na mezinárodních setkáních. V letech 1913 – 1933 zastával funkci ředitele Fyzikálního ústavu císaře Viléma. Založil také nové odvětví vědy – kosmologii. Poté nadobro opustil Německo a usadil se ve Spojených státech, kde začal působit na nově založeném Institutu vyšších studií v Princetonu v New Jersey, který se brzo stal mekkou fyziků z celého světa. Einstein položil základy pro práci, za kterou další fyzikové získávají Nobelovy ceny. Další vědci narození v měsíci březnu: Georg Cantor (03.03.1845 - 06.01.1918) George Gamow (04.03.1904 - 20.08.1968) Joseph Priestley (13.03.1733 - 08.02.1804)
ALBERT EINSTEIN se narodil 14. března 1879 v Ulmu v Německu († 18. dubna 1955), kdy jeho dětství ovlivnily dva „divy“ – kompas a kniha o geometrii, kterou nazval „posvátnou geometrickou knížkou“. Byl velice zbožný, pouze však do té doby, než přečetl několik vědeckých knih, které víře odporovaly. Einsteina hluboce ovlivnil mladý student medicíny jménem Max Talmud a stal se jeho neformálním učitelem. Právě on ho zasvětil do vyšší matematiky a filozofie. V roce 1894 se jeho otec odstěhoval do Milána a mladý Einstein zůstal sám v penzionu v Mnichově, kde měl dokončit studia. Po půl roce však utekl za rodiči a studium si dokončil nejdříve na střední škole v Aarau ve Švýcarsku a poté na Eidgenössische Polytechnische Schule v Curychu.
Caroline Herschel (16.03.1750 - 09.01.1848) Pierre Simon de Laplace (23.03.1749 - 05.03.1827) Norman Borlaug (25.03.1914 - 12.09.2009) René Descartes (31.03.1596 - 11.02.1650) 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://impressivemagazine.com/wp-content/uploads/2013/10/ Albert-Einstein-genius.jpg
DUBEN
V roce 1901 potkal svou budoucí ženu Milevu Maricovou, kterou si o 2 roky později vzal. V té době pracoval na Švýcarském patentovém úřadě v Bernu, kde měl dost času na přemýšlení o cestování člověka spolu s paprskem světla. Toto vedlo Einsteina k formulování principu relativity: „Rychlost světla je konstantní v každém inerciálním (rovnoměrně se pohybujícím) prostoru“.
J. ROBERT OPPENHEIMER se narodil 22. dubna 1904 v New York City Německu († 18. února 1967). Po svém studiu na Harvardově univerzitě se plavil do Anglie, kde prováděl výzkum v Cavendishově laboratoři Cambridgeské univerzity. Zde měl možnost ke spolupráci s vědeckou komunitou na jaderném výzkumu.
Rok 1905 byl nazýván Einstainův „zázračný rok“, kdy publikoval 4 články v Annalen der Physik. Nejdůležitějším je však Ist die Trägheit eines Körpers von seinem Energieinhalt abhängig?, kde uvedl, že speciální teorie relativity vede k rovnici E-mc2. Tato rovnice představovala první mechanismus pro vysvětlení zdroje energie Slunce a ostatních hvězd.
Byl pozván na univerzitu do Göttingenu, kde se seznámil s dalšími fyziky (např. s N. Bohrem, P. A. M. Diracem atd.) a posléze získal doktorát. Po svém návratu do Ameriky vyučoval fyziku na Kalifornské univerzitě v Berkley a na Kalifornském technologickém institutu (Caltech). Celou svou kariéru však věnoval prozkoumávání a vývoji kvantové teorie. Jeho zájem o politiku vzbudil vzestup Adolfa HitleMAT21 19
OSOBNOSTI VĚDY ra v Německu a po invazi nacistického Německa do Polska v roce 1939 (respektive po varování vlády Spojených států od Alberta Einsteina a Leo Szilarda o nebezpečí v případě výroby jaderné pumy v Německu) začal zjišťovat kritické množství uranu potřebné pro pumu. Dostal za úkol zřídit a vést laboratoře, kde se měl uskutečnit projekt Manhattan. Společné úsilí vynikajících vědců z Los Alamos vyvrcholilo výbuchem první jaderné pumy dne 16. července 1945 na místě zvaném Trinity Site v Novém Mexiku. V roce 1947 stanul v čele Institutu vyšších studií v Princetonu v New Jersey a v letech 1947 – 1952 byl předsedou poradního výboru Komise pro atomovou energii, která se v říjnu 1949 postavila proti vývoji vodíkové pumy. V roce 1953 byl obviněn ze spojenectví s komunisty v minulosti. Byť byl posléze prohlášen za nevinného, nesměl mít dále přístup k vojenským tajemstvím. V roce 1963 mu byla udělena cena Enrika Fermiho. Další vědci narození v měsíci dubnu: William Harvey (01.04.1578 - 03.06.1657) Jane Goodallová (*03.04.1934) Leonardo da Vinci (15.04.1452 - 02.05.1519) Leonhard Euler (15.04.1707 - 18.09.1783) Max Planck (23.04.1858 - 04.10.1947) Kurt Gödel (28.04.1906 - 14.01.1978) Henri Poincaré (29.04.1854 - 17.07.1912) Carl Friedrich Gauss (30.04.1777 - 13.02.1855) 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://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/03/JROppenheimer-LosAlamos.jpg
nemocnici a v roce 1885 byl jmenován do funkce odborného asistenta v oboru neuropatologie. Koncem roku 1885 odjel do Paříže, kde pokračoval ve studiu na klinice Salpêtrière pod vedením Jeana-Martina Charcota, jehož práce s pacienty s diagnózou hysterie mu ukázala možnost, že spíše než v mozku mohou mít psychologické problémy svůj původ v mysli. Po návratu do Vídně se Freud vrátil ke klinické praxi v neuropsychologii a jeho ordinace, kterou si otevřel na Berggasse 19, fungovala po téměř půlstoletí jako poradna. Je zakladatelem termínu „psychoanalýza“. Pro uplatnění však musel projít sebezkoumáním, aby byly teorie uplatnitelné v praxi a ověřitelné. Příležitost měl po smrti svého otce, kdy tato událost ve Freudovi uvolnila emoce týkajících se jeho raných zážitků a pocitů spojených s rodinou. Význam svých vzpomínek se snažil odhalit výkladem snů. Tvrdil, že sny jsou zastřeným vyjádřením plnění přání (byl však i toho názoru, že i když spánek dokáže uvolnit cenzuru zakázaných tužeb, která se děje ve dne, tato cenzura přesto částečně přetrvává i během noci). Bylo třeba sny vyložit, aby mohly být pochopeny. Sny dále procházely další revizí, když je zkoumaná osoba vypráví analytikovi. V díle, které vyšlo v roce 1904 (Zur Psycholpathologie des Alltagsleben), popisoval také zdánlivě bezvýznamné chyby jako přeřeknutí nebo přepsání (později zvané freudovské chyby), drobné chyby při čtení, zapomínání jmen atd. Vysvětloval zde, že toto může pramenit z nepřátelství, žárlivosti nebo sobectví. V dalším díle o rok později se zabýval výzkumem vtipu a jeho vztahu k nevědomí. Freud byl po vpádu Hitlera do Rakouska nucen uprchnout do Anglie a zemřel jen několik týdnů po vypuknutí druhé světové války. Jeho smrt však nezabrzdila přijímání a šíření jeho myšlenek (postupně vznikala spousta freudovských škol zabývajících se psychoanalýzou). Richard Feynman (11.05.1918 - 15.02.1988) Pierre Curie (15.05.1859 - 19.04.1906) Edward Jenner (17.05.1749 - 26.01.1823)
KVĚTEN SIGMUND FREUD se narodil 6. května 1856 na Moravě († 23. září 1939). V roce 1859 byla rodina nucena se přestěhovat do Lipska a o rok později do Vídně. Studium dokončil v roce 1873 na Sperlově gymnázium a rozhodl se pro kariéru na poli medicíny. Pracoval na Vídeňské univerzitě s předním fyziologem Ernstem von Brückem, poté dostal místo klinického asistenta ve vídeňské Všeobecné 20 MAT21
Rachel Carsonová (27.05.1907 - 14.04.1964) Louis Agassiz (28.05.1807 - 14.12.1873) Carl Linné (23.05.1707 - 10.01.1778) 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://filmmakeriq.com/wp-content/uploads/2013/10/Sigmund-Freud.jpg
TERMOJADERNÁ FÚZE
Čínský česnek NECHCI
2 1 3
6
4
5
1 – Centrální solenoid (6) (Nb3 Sn)
4 – Korekční cívky (18) (Nb Ti)
2 – Cívky toroidálního pole (18) (Nb3 Sn)
5 – Napáječe (31) (Nb Ti)
3 – Cívky poloidálního pole (6) (Nb Ti)
6 – Vnitřní cívky (2 – VS, 27 – ELM)
Ústav fyziky plazmatu Čínské akademie věd zahájil v Hefai výrobu prototypů dvou verzí vnitřních cívek pro tokamak ITER. Je s podivem jak funguje inerce i v lidské mysli. Čína byla synonymem laciných, nejlépe kopií, značek čehokoli. Dávno tomu tak. Přesto se najdou lidé, pro které je čínský česnek synonymem podřadné kvality, šmejdu a šetření za každou cenu.
Cívkami opředený tokamak ITER. Divíte se? Vždyť se jedná o magnetické udržení termojaderného plazmatu. Schéma použito s laskavým svolením ITER. Zdroj: www.iter.org/doc/all/content/com/gallery/Media/7%20-%20Technical/In-cryostat%20 Overview%20130116.jpg
Ukažte mi ale naivu tvrdícího, že partnerství ITER organization mezi sebe přijme rozvojovou zemi. Sedm nejvyspělejších státu na světě se pokouší splnit odvěký sen lidské společnosti - vyrábět energii z ničeho! Pardon z vody! Čína patří mezi více jak rovnocenné partnery společenství a poslední dvě zprávy budiž více než kvalitním důkazem.
Čínský Ústav fyziky plazmatu ohlásil zahájení výroby dvou elektromagnetických cívek pro ITER, což samo o sobě nikterak pozoruhodná zpráva. Elektromagnetických cívek bude mít ITER celou řadu, povětšině ze supravodivého materiálu, nezřídka aspirující na zápis do knihy rekordů: největší průměr, největší hmotnost, největší.. „Naše“ cívky nemají ani rekordní poloměr, ani hmotnost a dokonce nejsou MAT21 21
TERMOJADERNÁ FÚZE
ze supravodivého materiálu! Tak zvané „in-vessel coils“ jsou nicméně pověřeny na výsost důležitým úkolem!
To, že montáž všech cívek představuje zatraceně tvrdý oříšek (či jak se pěkně česky říká „čelindž“) nemusím nikoho dlouho přesvědčovat. Nedostatek prostoru, tepelné a neutronové namáhání jsou ty hlavní problémy.
Cívky uvnitř vakuové komory se musí vyrovnat se stísněným prostorem na straně jedné a přísnou tolerancí na straně druhé, a proto závity cívek VS potřebují velký rádius mnoha závitů, na straně druhé závity cívek ELM naopak radius malý. Připevnění cívek do vnitřku vakuové komory bude jedna z prvních akcí po svaření devíti segmentů vakuové komory. Cívky nebudou uvnitř vakuové komory samy. Svářeči se budou muset vyrovnat s přítomností testovacích modulů obalu či čidel diagnostik. Výroba těchto cívek, stejně tak jako většiny ostatních komponent, vyžaduje nové technologie, nové postupy, takže úspěch výroby spočívá na bedrech výzkumných institucí, nezřídka se zabývajících tak zvaným základním výzkumem. Viz účast PPPL!
Ten splní, pokud eliminují zhoubné nestability typu VD (vertical displacement = vertikální posun, rozumí se plazmového provazCívky začala v roce 2008 vyvíjet fúzně velece) – cívky proto nesou název VS (vertical úspěšná laboratoř PPPL – Princeton Plasma stabilization = vertikální stabilizace) a ELMs Physics Laboratory. Čína, USA a jméno inže(Edge Localized Modes – mody/nestability nýrky Anny Eečevové, odpovědné za vývoj vyskytující se na okraji plazmatu). Nestabicívek v PPPL, jen dokresluje internacionalitu lity plazmatu vedou ke ztrátě jeho energie, rodících se originálních technologií pro interpotažmo k úplnému zániku plazmatu. Jako nacionální projekt tisíciletí – pro tokamak bonbónek se připojuje větší či menší poškození první stěny vakuové komory. Dvě prstencovité cívky potlačující nestabilitu VD jsou umístěny v horní a dolní části vakuové komory. Ano rozuměli jste dobře – obě cívky budou Výroba obou protoupevněny uvnitř vakutypů Ústavem fyziové komory. Podobně ky plazmatu Čínské 27 cívek potlačujících akademie věd bude nestabilitu okrajového hotova tento rok a naplazmatu (ELM) najdesmlouvané zkoušky me uvnitř komory dov PPPL mají termín konce ve třech řadách březen 2014. nad a pod rovníkem, nu a na největším Na posledním zaseprůměru vakuové kodání Poradní komise mory, to je po obvodu pro vědu a technolorovníku. Cívky ELM gii STAC (Science and vnášejí řízené poruchy Technology Advisory na okraj magnetickéCommittee), která ho pole a minimalizují „radí“ ITER organizaNa obrázku je šest supravodivých cívek poloidálního pole a jedna z osmnácti cívek toroidálního pole. výtrysky energie kontion bylo doporučeno Schéma použito s laskavým svolením ITER. čící svoji pouť na komzařadit interní cívky Zdroj: www.iter.org//img/resize-900-90/www/content/com/Lists/Stories/Attaponentách „vidících“ do základního prochments/1740/pf%20and%201tf.jpg plazma. Pokud objem gramu činnosti ITER. ELM uvolní jistou veliInstalace systému kost proudu, lze tyto cívky využít k potlačení vnitřních cívek do vakuové komory ITER musí ITER. Poslední slovo má ITER organization: dalších nestabilit, tak zvaných Resistive Wall proběhnout do roku 2019! integraci, komunikaci, montáž a instalaci, Mode (RWM). stejně tak harmonogram a logistiku výroby Svého času jsem nakoupil český (ne čínský) vnitřních cívek. Druhý systém cívek zabezpečuje rychlou česnek na křižovatce před Bezděčínem na vertikální stabilizaci plazmatu ve spolupráci Mladoboleslavsku. Navrch huj, uvnitř fuj se Žádné elektromagnety, či jak je zvykem ve s vnějšími cívkami poloidálního pole číslo na česnek vypěstovaný farmářem v Lysé nad fúzní terminologii říkat, žádné cívky, nemá 2 až 5 (celkem je cívek poloidálního pole ITER jednoduché. Jedna z osmnácti cívek Labem hodilo jako ulité. Více jak 50 % česnešest) použitím zdroje pro vertikální stabilizaci toroidálního pole má hmotnost jako plně ku putovalo do popelnice. VS-1 a dvěma cívkami centrálního solenoidu naložený Boeing 747-300, to je bratru 360 CS2U a CS2L (centrální solenoid = primární tun, cívka číslo 4 sestavy pole poloidálního Číňani umí vyrobit VS a ELM cívky! Kupujte vinutí tokamakového transformátoru má rovmá průměr 26 metrů, nelze ji transportovat čínský česnek! něž šest autonomně napájených částí) za a bude se proto navíjet přímo na místě, kde použití zdroje VS-2. bude stát reaktor. Milan Řípa
22 MAT21
KOSMICKÝ PŘÍBĚH
Z HISTORIE kosmonautiky - cesta od V2 po současnost, část 2. Psi CYGAN a DEŽIK byli jen jedni z desítek (a možná stovek psů) používaných jako pasažéři při startech raket. Oni dva jsou ale slavní tím, že svůj let do výšky přibližně 100 km dne 15. srpna 1951 šťastně přežili. V roce 1956 začíná tým Sergeje KOROLJOVA připravovat první jednomístnou kosmickou loď a v prvním pololetí roku následujícího vypouštějí obě velmoci (SSSR i USA) své první mezikontinentální balistické rakety. Skutečná kosmická éra lidstva začíná 4. října 1957 vypuštěním první sovětské umělé družice Země SPUTNIK-1 - koule o průměru 58 cm se dvěma páry antén. Funkční byl Sputnik-1 do 25. října 1957, kdy po vyčerpání energie palubní baterie ukončil své vysílání, v hustých vrstvách atmosféry Země zanikl za další dva měsíce - 4. ledna 1958.
První živý tvor se do vesmíru podíval hned o měsíc později – v kontejneru Sputniku-2 letí do vesmíru fenka LAJKA (SSSR, 3. listopadu 1957). Po pěti hodinách letu však Lajka v kabině umírá na stres a přehřátí organizmu. (viz Obrázek č. 17) Americkou odpovědí na start prvních sovětských Sputniků měl být start první americké družice VANGUARD-1 dne 6. prosince 1957 – pokus však skončil po pouhých 2 vteřinách havárií nosné rakety. Prvního úspěšného startu se tak Spojené státy dočkaly až 31. ledna 1958 – za startem první americká družice EXPLORER-1 stál tým Wernhera von BRAUNA. (viz Obrázek č. 18, Obrázek č. 19) Opičák ABLE a opička MISS BAKER se stali prvními primáty, kteří přežili dne 28. května 1959 svůj suborbitální let. Able však zemřel o 4 dny později na komplikace
po operaci, Miss Baker žila ještě dalších 25 roků v zoologické zahradě jako velká místní celebrita. (viz Obrázek č. 20) První úspěšný návrat živých tvorů z oběžné dráhy kolem Země absolvovali dne 19. srpna 1960 v rámci sovětského kosmického programu fenky STRELKA a BĚLKA (a také dalších 40 myší a 2 krysy). (viz Obrázek č. 21) Šimpanz HAM se v kabině kosmické lodě Mercury-Restone MR-2 vydal na svou krátkou slavnou cestu 31. ledna 1961. Během svého 16 minut a 39 sekund dlouhého suborbitálního letu se dostal až do výšky 252,6 km nad zemským povrchem a úspěšně se vrátil zpět na Zem. (viz Obrázek č. 22). A potom se již do vesmíru podíval i člověk. Prvním kosmonautem světa se 12. dubna 1961 stal sovětský pilot JURIJ GAGARIN.
Obrázek č. 17. Zdroj: http://mefi.be/img/blog/lajka.jpg
Obrázek č. 18. Zdroj: http://newsimg.bbc.co.uk/media/ images/44133000/jpg/_44133774_vanguard2_usnavy_416.jpg
Obrázek č. 19. Zdroj: www.aldebaran.cz/bulletin/2013_09/exp1team.jpg
Obrázek č. 20. Zdroj: http://image1.findagrave.com/photos/2008/147/27127854_ 121190633468.jpg
Obrázek č. 21. Zdroj: www.spacetoday.org/images/Astronauts/SpaceDogs/BelkaStrelkaRussianDogsNASA.jpg
Obrázek č. 22. Zdroj: http://1.bp.blogspot.com/-p_BnMpCVS_c/TihbOdn83UI/AAAAAAAACro/ 3GDM5ddz5K0/s400/Ham.jpg
MAT21 23
KOSMICKÝ PŘÍBĚH
V kabině VOSTOK-1 obletěl jedenkrát Zemi a svým 108 minut dlouhým letem otevřel vesmír svým následovníkům. (viz Obrázek č. 23a, Obrázek č. 23b, Obrázek č. 23c) Jako odpověď na triumf sovětské kosmonautiky vyhlašuje americký president JOHN F. KENNEDY nový program dobytí Měsíce – program APOLLO. Ve svém emotivním projevu 24. května 1961 sděluje: „... Věřím, že tento národ si může vytýčit za cíl přistání člověka na Měsíci a jeho bezpečný návrat na Zemi do konce tohoto desetiletí ...“. Po Juriji GAGARINOVI se do vesmíru podívalo do dnešních dnů ještě dalších 532 mužů a žen z celkem 37 států světa. Prvním Američanem se stal JOHN GLENN (20. února 1962) – viz Obrázek č. 24, první ženou VALENTINA TĚREŠKOVOVÁ (SSSR, 16. června 1963) – viz Obrázek č. 25. Prv-
Obrázek č. 23a. Zdroj: http:// forum.valka.cz/ files/jurij.jpg
Obrázek č. 27. Zdroj: www. astronautix. com/graphics/i/ ikomarov.jpg
Obrázek č. 23b. Zdroj: www. kosmonaut.se/ gagarin/gifs/g_ before_liftoff.jpg
ním člověkem, který se pohyboval ve volném kosmu, byl ALEXEJ LEONOV (SSSR, 18. března 1965) – viz Obrázek č. 26, prvním kosmonautem který zahynul během své vesmírné mise, byl VLADIMÍR KOMAROV (SSSR, 20. dubna 1967) – viz Obrázek č. 27. Prvním pozemšťanem, který vstoupil na povrch Měsíce, se stal NEIL ARMSTRONG (USA, 21. července 1969) – viz Obrázek č. 28. A prvním Čechoslovákem ve vesmíru byl VLADIMÍR REMEK (2. března 1978) – viz Obrázek č. 29. Čtyři snímky povrchu Měsíce při prvním úspěšném přistání odvysílala sonda LUNA 9 (SSSR) dne 6. února 1966. (viz Obrázek č. 30)
Na planetě Mars poprvé přistála sonda VIKING-1 (USA) dne 20. června 1976. (viz Obrázek č. 32) Nová éra kosmonautiky začala 20. listopadu 1998 - vypuštěním ruského modulu ZARJA byla zahájena výstavba Mezinárodní kosmické stanice ISS. (viz Obrázek č. 33) Dále už to není historie, ale současnost. Současnost a budoucnost… Milan Halousek
Venuši navštívil poprvé lidmi vyrobený stroj – družice VENERA-3 (SSSR) – krátce nato, 1. března 1966 – jelikož ale šlo o tvrdý do-
Obrázek č. 23c. Zdroj: http:// spaceinimages. esa.int/var/esa/ storage/images/ esa_multimedia/ images/2011/03/ yuri_gagarin4/ 9899039-2-eng-GB/ Yuri_Gagarin_ node_full_image. jpg
Obrázek č. 24. Zdroj: http:// upload. wikimedia.org/ wikipedia/commons/9/98/ John_Glenn_ in_his_Mercury_pressure_suit_2.jpg
Obrázek č. 25. Zdroj: http://i.space.com/images/i/000/018/489/i02/valentina-tereshkova.jpg?1339689425
Obrázek č. 31. Zdroj: http://nssdc.gsfc.nasa.gov/ planetary/image/venera_3.jpg, http:// projekty.gymnazium-kadan.cz/venustransit/images/planet-venus.jpg
Obrázek č. 28. Zdroj: http:// upload. wikimedia.org/ wikipedia/commons/0/0d/ Neil_Armstrong_ pose.jpg
Obrázek č. 30. Zdroj: http:// nssdc.gsfc.nasa. gov/image/spacecraft/luna-9.jpg Obrázek č. 29. Zdroj: www.trek kies.cz/storage/ obrazky/2010/ n201007231631 _remek12.jpg
24 MAT21
pad, při němž byla sonda zničena, získalo lidstvo první informace z povrchu planety Venuše až v srpnu 1970, kdy úspěšně přistála VENERA-7. (viz Obrázek č. 31)
Obrázek č. 33. Zdroj: http://spaceflight.nasa.gov/ gallery/images/station/issartwork/ med/jsc2006e43519.jpg
Obrázek č. 26. Zdroj: http:// spacecoalition. com/wp-content/ uploads/2012/03/ Leonov_spacewalk.jpg
Obrázek č. 32. Zdroj: www.newscientist.com/data/images/ ns/cms/dn12422/ dn12422-1_450.jpg
VYRAZÍME? KONSTRUKČNÍ MATERIÁLY
KALENDÁŘ AKCÍ PLANETÁRIUM FEST 2014 PLA 23.03.2014 23 OSTRAVA, Hvězdárna a planetárium Johanna Palisy OST Přehlídka audiovizuální tvorby v planetáriu. Pře Více Víc informací na: http://planetarium.vsb.cz/cs/okruhy/pro-verejnost/program rej
BŘEZEN Ř 2014 SPOLEČNĚ DO STRATOSFÉRY 07.03.2014 - 08.03.2014 VALAŠSKÉ MEZIŘÍČÍ, Hvězdárna Valašské Meziříčí Workshop v rámci projektu Společně do stratosféry je určený zejména studentům středních a vysokých škol a všem vážným zájemcům o kosmické technologie, lety do vesmírů, nové technologie. Více informací na: www.astro.cz/kalendar/akce/555 HANDS ON PARTICLE PHYSICS 2014 14.03.2014 PRAHA, Katedra fyziky Fakulty jaderné a fyzikálně inženýrské Seminář pro studenty středních škol. Účastníci semináře analyzují reálná data z experimentu ALICE na urychlovači LHC v CERNu a tak odhalují podstatu a vlastnosti struktury hmoty. Seznámí se s hlavními myšlenkami kvantové mechaniky a modely popisující mikrosvět. Více informací na: http://jaderka.fjfi.cvut.cz/aktuality/2013/ 1619-hands-particle-physics-2014 PLANCK - NEJVÝZNAMNĚJŠÍ EVROPSKÁ SONDA VŠECH DOB 14.03.2014 ZLÍN, Hvězdárna Zlín Planck je observatoř, která mění náš pohled na Vesmír. Nejlepší mikrovlnná observatoř světa předčila veškerá očekávání. Vesmír v mikrovlnném oboru začal vydávat svá tajemství - přednáška Petra Kulhánka. Více informací na: www.zas.cz/prednasky.php VELETRH AMPER 2014 18.03.2014 - 21.03.2014 BRNO, Výstaviště Brno 22. ročník mezinárodního veletrhu elektrotechniky, elektroniky, automatizace a komunikace. Témata seminářů se budou dotýkat bezpečnosti v automatizaci, požární bezpečnosti, energii a elektronice budoucnosti, perspektivy v automatizaci, inteligentních budov a osvětlení, plošným spojům a elektronickým součástkám a v neposlední řadě elektromobilitě, ICT systémům a robotice. Více informací na: www.amper.cz
DEN DE S PP ČAS V NÁRODNÍM TECHNICKÉM MUZEU 30.03.2014 30 PRAHA, Národní technické muzeum v Praze PRA Pražská pobočka pořádá ve spolupráci s Národním technickým muPra zeem zee společnou akci „Den s PP ČAS v Národním technickém muzeu“. Během celého dne budou před budovou NTM dalekohledy pro pozorování Slunce (sluneční skvrny, protuberance) či pozemských objektů (v případě nepříznivého počasí). Více informací na: http://praha.astro.cz/?page_id=914#brezen
DUBEN 2014 2. MEZINÁRODNÍ CHEMICKO-TECHNOLOGICKÁ KONFERENCE 07.04.2014 - 09.04.2014 MIKULOV 2. mezinárodní chemicko-technologická konferenci - International Conference on Chemical Technology (ICCT 2014). Smyslem je podpořit vzájemnou informovanost a diskusi mezi odborníky z oboru a vysokých škol a ústavů. Více informací na: www.icct.cz EXPERIMENTEM K POZNÁNÍ A SPOLUPRÁCI 11.04.2014 – 13.04.2014 VALAŠSKÉ MEZIŘÍČÍ, Hvězdárna Valašské Meziříčí Prakticky orientovaný seminář v rámci projektu Brána do vesmíru, který bude zaměřen na experimenty, jejich význam a využití ve výuce. Více informací na: www.astrovm.cz/cz/program/kalendar-akci/ experimentem-k-poznani-a-spolupraci-i.html 49. MEZINÁRODNÍ FESTIVAL POPULÁRNĚ–VĚDECKÝCH FILMŮ 15.04.2014 – 20.04.2014 OLOMOUC 49. ročník Mezinárodního festivalu populárně-vědeckých filmů Academia Film Olomouc. Pořadatelem festivalu je Univerzita Palackého v Olomouci. Více informací na: www.afo.cz Den Země s AV ČR 2014 22.04.2014 PRAHA, OSTRAVA, ONDŘEJOV, PRŮHONICE, MILEŠOVKA A JINDE V ČR Den Země, který se každoročně po celém světě oslavuje 22. dubna, již tradičně slaví také vědci z Akademie věd ČR. V průběhu měsíce MAT21 25
VYRAZÍME? dubna se proto můžete těšit na velké množství vzdělávacích a populárně-vědeckých akcí, které se zaměřují na poznatky a zajímavosti o planetě Zemi. Akce každoročně probíhají v Praze, Ostravě, Ondřejově, Průhonicích či na Milešovce a jinde v ČR. Více informací na: www.otevrena-veda.cz/sd/udalosti/kalendar/den-zeme-s-akademii-ved-2014 Den vědy 23.04.2014 od 12:00 hod. ÚSTÍ NAD LABEM, Univerzita Jana Evangelisty Purkyně - Laboratoře a dílny FVTM, Za Válcovnou Věda a fyzika - přednáška se zabývá fyzikou a její aplikací do běžné i technické praxe. Absolvent bude zábavnou formou seznámen se základními principy a postuláty. Věda ve vesmíru - Přednáška se zabývá fyzikou a její aplikací do vesmírného výzkumu. Absolvent přednášky bude poutavou formou seznámen s možnostmi výzkumu ve vesmíru a konstrukcí amatérské družice. Více informací na: http://open.ujep.cz/fakulta-vyrobnich-technologii-a-managementu.html KOSMOS-NEWS PARTY 2014 25.04.2014 - 27.04.2014 PARDUBICE, Hotel TRIM Největší středoevropské setkání amatérských i profesionálních zájemců o kosmonautiku. Pro účastníky je připravena více desítka přednášek a diskusních pořadů předních českých i zahraničních odborníků na kosmonautiku a bohatý doprovodný program po celé tři dny konání konference. Více informací na: http://knp.kosmo.cz
KVĚTEN 2014 JARNÍ MHV 2014 01.05.2014 - 04.05.2014 ZUBŘÍ Pražská pobočka České astronomické společnosti pořádá v květnu 2014 již 15. setkání uživatelů astronomických dalekohledů s nočním i denním programem, které se bude konat tradičně v rekreačním areálu BVV v Zubří u Nového Města na Moravě. Více informací na: http://praha.astro.cz/?page_id=914#kveten1 LITICKÉ HVĚZDOBRANÍ 2014 01.05.2014 - 04.05.2014 LITICE NAD ORLICÍ Setkání astronomů na hradě v Liticích nad Olicí. Sobota je přístupná i pro zájemce z řad veřejnosti, budou k vidění desítky dalekohledů a dalších přístrojů, určených k pozorování Slunce, planet i hlubokého vesmíru. Současně budou opět v prostorách hradu probíhat přednášky týkající se astronomie a kosmonautiky pro veřejnost. Více informací na: http://praha.astro.cz/?page_id=914#kveten1 CO JE ZAČ JADERNÝ CHEMIK? 13.05.2014 od 19:00 hod. PRAHA, Kavárna Potrvá O studované problematice a aplikacích jaderné chemie, a také o vlastních zkušenostech, pohovoří absolvent Katedry jaderné chemie FJFI ČVUT v Praze, Ing. Martin Přeček, Ph.D., v současné době 26 MAT21 MAT 21
pracující v oddělení Radiační a chemické fyziky Fyzikálního ústavu AV ČR, v. v. i., na přípravě výzkumu ultrarychlé pulzní radiolýzy při projektu laserového střediska ELI Beamlines. Více informací na: http://sciencecafe.cz/co-je-zac-jaderny-chemik-seznamte-se-v-kvetnu-na-prazskem-science-cafe 23. ROČNÍK MEZINÁRODNÍ KONFERENCE METALURGIE A MATERIÁLŮ 21.05.-23.05.2014 BRNO, Hotel Voroněž I Úloha metalurgie a materiálů na počátku 21. století. Jde o témata - Pokroková výroba železa a oceli, Tváření kovů, Výrobky z oceli a jejich vlastnosti, Moderní trendy v povrchovém inženýrství, Neželezné kovy a slitiny, Ekonomika a řízení metalurgické výroby. Více informací na: www.metal2014.com/cz/tematicke-okruhy TEST PŘEŽITÍ NASA - správné odpovědi (pořadí od nejdůležitějšího předmětu k nejméně důležitému) 1 - dvě padesátikilové nádrže s kyslíkem (nejnaléhavěji potřebné k udržení života) 2 - pětadvacet litrů vody (náhrada značné ztráty vlhkosti na osvětlené straně) 3 - hvězdná mapa měsíční oblohy (základní navigační pomůcka) 4 - koncentrovaná potrava (účinný prostředek k zásobování potřebnou energií) 5 - přijímač a vysílač s frekvenční modulací na sluneční baterie (pro spojení s mateřskou lodí, ale frekvenční modulace umožňuje pouze spojení na dohled a krátké vzdálenosti) 6 - padesát stop nylonového lana (užitečné pro zlézání skal, pro připoutávání raněných) 7 - brašna první pomoci s injekčními jehlami (jehly na vstřikování vitamínů, léků atd. se hodí do speciálních zařízení ve skafandru) 8 - padákové hedvábí (ochrana proti slunečním paprskům) 9 - samonafukovací záchranný člun (bombička s CO2 může být použita k pohonu) 10 - signální rakety (nouzové signály, až bude mateřská loď v dohledu) 11 - dvě pistole ráže 7.62 mm (možný prostředek vlastního pohonu) 12 - krabice dehydrovaného mléka (objemnější náhražka koncentrované potravy) 13 - přenosné topné těleso na sluneční baterii (nepotřebné mimo osvětlenou stranu) 14 - magnetický kompas (magnetické pole na Měsíci není polarizované, pro navigaci bezcenný) 15 - krabička zápalek (na měsíci není kyslík, aby živil plamen zcela bezcenné) Vyhodnocení: Body ve výsledku testu odpovídají absolutnímu rozdílu mezi vaším hodnocením a hodnocením NASA (k znaménku plus nebo minus se nepřihlíží). Vzor: Krabičku zápalek jste určili jako nejdůležitější (bodová hodnota „1“), NASA určila jako zcela bezcennou (bodová hodnota „15“) – rozdíl je 14 bodů. Výsledek: 0 – 25 - výborný 26 – 32 - dobrý 33 – 45 - průměrný 46 – 55 - obstojný 56 – 70 - slabý 71 – 112 - velmi slabý, svědčí o záměrném zkreslování nebo aplikování pozemské logiky Jak jste dopadli? Napište nám na e-mail
[email protected] vaše výsledky! Děkujeme.
3D POKOJ Jak na to? Je to jednoduché - obrázek přehněte podle barevných čar a slepte k sobě vždy sousední písmenka (A+E, C+F, D+H, B+G), měl by vzniknout obdélníkový obývací pokoj. Poté vystřihněte barevné kolečko na jedné stěně, kterým se můžete zadívat dovnitř. Zadívejte se třeba na první stůl. Nepřijde vám, že je trojrozměrný? Zdroj: soukromý archiv J. Hnízda
A
C
E
F
G
H
B
D
