Velké vědecké projekty Posel Zbyšek
• • • • • •
Projekt Manhattan Projekt S.E.T.I. Projekt H.A.A.R.P. Projekt I.T.E.R. Projekt E.L.I. Teleskop Jamese Webba
Projekt Manhattan
• Vývoj atomové bomby • USA, GB, CAN • 13.srpna 1942 ‐ 15. srpna 1947
• 1939 – dopis Rooseveltovi (Slizard, Einstein) – Komise: štěpení představuje možný zdroj bomby s velikou ničivostí
• Červen 1941 – vznik Office of Scientific Research and Development (OSRD) – Alokace 167tis dolarů pro rozvoj výzkumu plutonia
• Říjen 1941 – projekt spadá pod armádu (pěchota) ne pod loďstvo – Větší zkušenosti s velkými projekty – Dohoda Roosevelta a Churchilla na sjednocení projektů ‐ S1 separace U235 u U238
• Květen 1942 – 5 výsledných technologií – Elektromagnetická separace (O. Lawrence) – Plynná difuze (E. Murphey) – Centrifuga (Cougar Institute) – Těžká voda (H. Urey) – Grafit jako zpomalovač neutronů (A. Compton) – 54mil USD dodá US ARMY – 31mil USD dodá OSRD – „OK FDR“
Neznámé U235 • U235 – objeven v roce 1941 • Do r. 1943 – k dispozici 2mg – E. Teller: H‐Bomba
Development of Substitute Materials • • • • • • •
Broadway 270, New York (18. patro) J.C. Marshall – Stone & Webster (Manhattan) Leslie Groves – nesouhlas Manhattan Engineering District (MED) R. Oppenheimer – projekt Y (vývoj bomby) Červen 1942 – kapitulace GB na „Tube Alloys“ Zastavení výměny informací mezi USA a GB
Rozmístění
Oak Ridge • • • • •
Vedení projektu Rozloha: 23tis ha + 3tis ha dodatečně 1000 rodin vystěhováno (14dní) 13tis lidí (nový název Oak Ridge) 1945 – 75tis lidí – 82tis lidí: CEW – obohacení uranu – 10tis lidí: Roane& Anderson
Los Alamos • Projekt Y‐Albuquerque – Nové Mexiko • 22tis ha – pronájem za 440tis USD (412tis USD) • 300tis USD na stavbu (7mil USD)
Argonne • 1942 – pilotní továrna na produkci plutonia • Argonne forest – Chicago (400ha) – Hanford • Compton‐Fermi (prosinec 1942) první řízená reakce – Chicago Pile‐1
Hanford • Továrna na plutonium ‐ řeka • 16tis ha – (5mil USD), 1200 budov, 900 autobusů • 1500 lidí bylo vystěhováno
Trinity • • • • • •
50kg uranu obohaceného o U235 (89%) Březen 1944 – Alamogordo (JUMBO) Červenec 1945 – 20kilotun TNT 76m šířka kráteru 160km tlaková vlna Oblak prachu 12.1km
Bombardování • Kokura, Hiroshima, Niigata, Kyoto (Nagasaki) • Little‐Boy (U235) : 6.srpna 1945 – 530m nad povrchem – 13,4 kilotun TNT, 12km2
• Fat‐Man (plutonium): 9.srpna 1945 – 21kilotun TNT – 50% města bylo uchráněno díky horám
• • • • •
Celkem vyrobeno: Trinity Little‐boy Fat‐Man …….
• 500mil USD/ jedna bomba
Projekt S.E.T.I.
• Založen 1984 (150 vědců) • Nezisková organizace
Sponzoři Institute projects have been sponsored by: NASA Ames Research Center NASA Headquarters National Science Foundation Department of Energy US Geological Survey Jet Propulsion Laboratory (JPL) International Astronomical Union Argonne National Laboratory Alfred P. Sloan Foundation David & Lucile Packard Foundation Paul G. Allen Foundation Gordon and Betty Moore Universities Space Research Association (USRA) Pacific Science Center Foundation for Microbiology Sun Microsystems Hewlett Packard Company William and Rosemary Hewlett Bernard M. Oliver
• The Center for SETI Research • Carl Sagan Center for the Study of Life in the Universe • Education and Public Outreach Programs
Carl Sagan Center for the Study of Life in the Universe • Výzkum života ve vesmíru – Astrobiologie
• • • •
Kolik planet ?? Podmínky pro život ? Drakeova rovnice N = R*fp*ne*fl*fi*fc*L N – počet civilizací v mléčné galaxii, které mohou emitovat elektromagnetický signál • Výzkum jednotlivých parametrů, zda jsou platné
Výzkum SETI • Search for ExtraTerrestrial Intelligence – Hledání důkazu jiné civilizace ve vesmíru podle stop,které zanechává vyspělá technika – Inspiriace životem na Zemi (radiové vysílání, záření) • Phillip Morrison, Guissepe Cocconi
• Na základě detekování signálů pomocí radiových teleskopů a následném zpracování se hledají typické znaky..
• Výzkum&vývoj – Algoritmy, hledací technologie, strategie pro hledání
• Projekt – Realizace výsledků výzkumu – Vstup do V&V
• P.Morrison, G. Cocconi – civilizace lze detekovat – Oblast detekce – mikrovlnné záření (efektivita) – Nejméně prozkoumaná část spektra
• 1960 – F. Drake – Nezávislé hledání signálů – 26m teleskop National Radio Astronomy – Projekt OZMA proskenoval mikrovlnné pásmo
• 1970 – zájem NASA • 1984 – založen SETI institut – Koordinace přednášek – Tento ústav přetrval
• 1988 – ustaven projekt • 1992 – první pozorování • Projekt Phoenix – Parkerův radiový teleskop (64m) – 2600h – 6měs.
– Arecibo teleskop (305m !) – 58mil. Signálů paralelně – 100dní
• 1993 – projekt ukončen Kongresem USA
• Projekt Phoenix přetrval • 1996 – projekt SERENDIP – Finance ze soukromých zdrojů a dárců – Část projektu v Austrálii
– SETI@home – Berkeley USA (1999) – Virtuální počítač místo sálového počítače – Virtuální počítač ‐ internet
Široký signál Generují ho hvězdy nepoužitelné
Dopplerův posun Vliv rotace zdroje A rotace teleskopu
Úzký signál Očekáváme Několik šířek
Úzký pulzní signál Kódování informací
Dopplerův posun pulzní Vliv rotace zdroje A rotace teleskopu
Budoucnost projektu • Paul Allen (spoluzakladatel Microsft) • Nathan Myhrvold (oddělení technologie MS) • ATA teleskop
• • • •
ATA – Allen Telescope Array Plocha 1ha 1997‐1999: diskuze jak zefektivnit SETI 350 teleskopů / 6.1m v průměru – Konfigurace do kruhu – Nejlepší kvalita signálu – 1000 – 10000 MHz – Arecibo – 1000 hvězd – ATA – 1 000 000 hvězd – Střed galaxie – vyšší hustota hvězd
High‐frequency Active Auroral Research Program
• Kongres USA – Enviromental Impact Statement
• Univerzity • Privátní sektor • Vláda (DARPA – Defense Advanced Research Agency) • Gakona , Aljaška
• Zpřístupnit potenciál (technologie) a výzkum ionosféru využívajících zařízení, zejména pro komunikaci. • • • •
Země – družice družice – ponorky Interference v elektrické síti Hledání ložisek minerálů, ropy, atd..
• 1993 – zadání projektu • 2007 – dokončení hlavní části • 2008 – celková cena 250mil dolarů • Výstavbu, a provoz
O co vlastně jde ? • 1864 – James Clerk Maxwell • Elektromagnetický signál ‐ vlna • 1880 – Heinrich Hertz Konec 19.století – Guglielmo Marconi • „Father of wireless“ • Cornwall – New Foundland • 1909 – Novelova cena
• Předpoklad : • Signál deketkován i za LOS
• • • •
1902 – Oliver Heaviside, Arthur Kennelly Reflexní vrtsva v atmosféře 1920 – inosonda BBC, VOA
Plyny v atomové formě Proces Ionizace
Plyny v molekulární formě Ochrana před UV zářením Ionosféra obsahuje ionty a elektrony plus neutrální atomy - plazma
Přínos H.A.A.R.P.u • Gakona – Aljaška ? – Silnější vliv ionosféry na komunikaci • Polární komunikace • Komunikace ve středních výškách (meso‐ionosféra) • Komunikace ve velkých výškách (iono ‐ vesmír)
• Měření ionizace atmosféry
• • • • • • • • • •
Ionizace atmosféry hustota elektronů Dvě měření (den,noc) V noci mizí horní vrstva Večer mizí spodní vrstva vliv Slunce Efekt rekombinace Počet neutrálních částic: Konstantní Použití H.A.AR.P.u
Jak to funguje ? Nagenerování signálu
Vysílaní pomocí antén
Částečná absorbce záření ve výšce 100‐300 km
Změna vlastností ionosféry v zasažené oblasti
Měření vlivů
• Generace a vysílání signálu pomocí antén – Vysokofrekvenční generátor: 3.6 mil. W – 180 dipólových antén rozmístěných na 13ha. – IRI (Ionospheric Research Instrument) – Vysílané frekvence: 2.7 – 10 Mhz • Nad AM vysílání, pod vysíláním ve městech • Šířka aktuálně vysílaného pásma 100 kHz
• Změny vlastností Ionosféry – Teplotní změny – dodání energie = zvýšeni Ek – Te (275km) =1400 K (+30% H.A.A.R.P.) – Zvýšení difuze ze zasažené oblasti – Snížení hustoty elektronů v oblasti (10 – 20 %) – 1 •106 iontů/cm3 – přes den – 8 •105 iontů/cm3 – H.A.A.R.P. – 5 •105 iontů/cm3 – v noci – Nevede k další ionizaci
Magnetometr
Ionosonda
I.T.E.R. International Thermonuclear Experimental Reactor
• Projekt má za cíl demonstrovat, že je možné produkovat elektrickou energii pomocí fůze. • 50MW
500MW
• Rostoucí spotřeba elektrické energie (3x) • Životní prostředí – Splodiny z uhelných elektráren – Radioaktivní odpad z atomových
• Bezpečnost elektrárny
• 1985 – Ženeva: Superpower summit – F. Mitterand, M. Thatcher, M.S. Gorbačov, R. Regan – Fůze jako zdroj energie – ITER
• Projekt ITER – SSSR, USA, EU(EURATOM), JAP – 2003 připojení: Čína, Korea – 2005 připojení Indie
• Každá ze zemí má provést část projektu • Francie : Cadarache – Získat znalost potřebnou pro návrh zařízení další generace. Testování klíčových technologií a materiálů pro budoucí plně funkční elektrárnu (DEMO).
Jaderná fůze • • • • • • • •
Dvě nebo více jader se spojí dohromady. Uvolnění velkého množství energie Prvky lehčí než železo – uvolní E Prvky těžší – spotřebují E Hnací motor hvězd – T, P 1952 – H‐Bomba 2H – deuterium 3H – tritium
Proč je to tak náročné ?
• • • •
Štěpení – vyjmutí elektronu 13.6eV Fůze jader – 17MeV Hmota vs. Antihmota Nestabilita : 58Fe (lehčí = lepší)
Cykly jaderné fůze
D‐T cyklus • D + T ‐> He + n + 14.1MeV • Nevýhody – Neutrony jsou radioaktivní
• Výhody – Neutrony dávají vzniknout tritiu
• • • •
n + Li ‐> T + He Co tedy musím dodat do reakce ? Lithium, Deuterium Extrémní teplota T = 150mil °C (Plazma)
Tokamak • 1950 – Igor Tamm, – Andrei Sakharov
• 1956 – Novosibirsk – První kontrolovaná TJ fůze
150mil °C ? • Ohmické ohřívání – Teplotní závislost odporu (elektrický proud) – Bod nasycení (20‐30mil °C)
• Proud neutrálních vysokorychlostních částic – Předání energie srážkou
• Magnetické stlačení • Mikrovlnné ohřívání
České Tokamaky • Golem (nejmenší provozovaný tokamak na světě) – 1959 postaven v SSSR – 1977 dar Československu – 1984 přestavba (CASTOR) – 2006 odpojen, slouží jako výukový materiál na FJFI
• Compass‐D – 1989 Culham – Interakce plazma‐pevná látka – Zdroj dat pro ITER
ITER, fůze, Tokamak • ITER =tokamak • Fůze : D, T – D: zisk ze všech forem vody (mořská) – T: reakce n + Li (T‐kg pro ITER) – Zdroje Li: zemská kůra (1tis. let)
• Výhody: – Uhelná elektrárna: 2.7mil tun uhlí – Fůzní: 250kg(125kg D, 125kg Li) – Fůzní nemá emise: He – Pokles pod 150mil °C – konec reakce
Fáze přípravy • 2007 – začátek přípravy podkladu – 150mil euro (60% Francie, 40%EU) – 180ha (zázemí +ITER 42ha), 2.5mil m3 zeminy
• 39 budov (EU) – Budova s tokamakem (74 pater,13 pod, 61 nad)
Extreme Light Infrasctructure
• Výzkum a aplikace interakce lase‐pevná látka při vysokých energiích • 13 zemí EU, více než 40 institucí a firem • 4 rezidentní země – Česká republika: ELI‐Beamline facility – Maďarsko: ELI‐Attosecond facility – Rumunsko: ELI‐Nuclear physics facility – ????: ELI‐Ultra high field facility
• Rozpočet 700milc euro – První fáze (Čr) 290mil. euro
• 2005 – představení projektu • 2008‐10 – přípravné fáze (byrokracie) – 2008 • ČR se přihlašuje jako kandidát • Vláda schválila podporu • Zavázání ČR realizovat projekt(část)
• 2010 oficiální přihláška k projektu • 2011 – 2015 – výstavba zařízení • Fyzikální ústav AV ČR – vznik ELI společnosti v ČR. (14 vysokých škol) • MŠMT, Středočeský kraj • Dolní Břežany
• Nejvýkonější laser na světě – laserová věda • Dokončení 2017 – Testování zážehu plazmatu pomocí laseru – fůze – Pulzní režim(10GeV,dosavadní maximum max MeV)
Teleskop Jamese Webba
• • • • • •
Infračervená oblast Next Generation Space Telscope (NGST) Průměr zrcadla – 6.5m 2018 vypuštění NASA, ESA, CSA Rozsah: 0.6 – 28 µm
• ISIM – NIRCam – NIRSpec – MIRI – FGS‐TFI
NIRCam • 0.6 – 5 µm • Detekce světla z nejstarších hvězd
NIRSpec • 0.6 – 5µm (rozkládá světlo na spektrum) • Analýza spektra – Teplota – Hmota – Chemické složení
MIRI • 5 – 28 µm • Pozorvání objektů v Kuiperově pásu • Nástupce činnosti Hubbleova teleskopu (7K)
FGS‐TFI • Naváděcí systém – Zaostření : 1‐5 µm
• kamera
Umístění
Webb vs. Hubble
Zdroje • • • • •
ELI ‐ extreme light infrasctructure http://www.extreme‐light‐infrastructure.eu/ http://www.eli‐beams.eu/ http://www.eli‐np.ro/ http://m.ceskapozice.cz/domov/veda‐vzdelavani/nejvykonnejsi‐laser‐sveta‐miri‐do‐dolnich‐brezan
• • • • • •
HAARP http://www.haarp.alaska.edu/ http://www.haarp.net/ http://en.wikipedia.org/wiki/High_Frequency_Active_Auroral_Research_Program http://www.copvcia.com/free/pandora/haarp.html http://beforeitsnews.com/story/20/951/Are_We_in_a_HAARP_Earthquake_War.html
• • • •
ITER http://www.iter.org/ http://www.iter.org/proj http://en.wikipedia.org/wiki/ITER
• • •
‐SETI http://www.seti.org/ Http://setiathome.berkeley.edu/
• •
Webb http://www.jwst.nasa.gov/
• •
Manhattan Project http://en.wikipedia.org/wiki/Manhattan_Project
