Jestliže jsme se v minulém čísle Akademického bulletinu dostali v rozhovoru s prof. Janem Paloušem až k otázkám, na něž dnes hledají odpovědi fyzikové, pak jsme zcela správně v Praze Na Mazance, kde sídlí Badatelské centrum PALS, společné pracoviště Ústavu fyziky plazmatu a Fyzikálního ústavu AV ČR. Zdejší vědci používají k odkrývání záhad neuvěřitelně výkonný laser, jehož paprsek, patřičně zesílený a upravený, dokáže ve speciální vakuové komoře vytvořit malý obláček hvězdné matérie – žhavé zářivé laserové plazma.
Letos uplynulo deset let od podpisu dohody, na jejímž základě čeští fyzikové tuto unikátní laserovou "hračku" získali. Museli ji ale sami rozebrat a přestěhovat z Německa. Celá řada skeptiků tehdy tvrdila, že po rozmontování už "to" nikdy fungovat nebude. Naši vědci a technici se však vrhli s ohromnou vervou do práce a dokázali, že pro ně není nic nemožné. Během neuvěřitelně krátké doby dvou let stihli celé obří špičkové zařízení nejen přestěhovat, ale i uvést do bezchybného provozu. V Praze pro ně zařídili "byteček" o výměře téměř 1000 m2. Návštěvníka zde ohromí především jeho dokonalá čistota. PALS, neboli Prague Asterix Laser System, obývá totiž halu, v níž se vůbec nepráší a návštěvy vcházejí vybaveny nejen návleky na botách, ale i svrchním oděvem a čapkami přes vlasy.
Co se však v superčisté místnosti, jež je "prostehována" různě tlustými různobarevnými trubkami, vlastně děje?
Záhadné trubky jsou součástí výkonového pulzního jódového laseru, který původně přišel na svět v německém Ústavu Maxe Plancka pro kvantovou optiku v Garchingu u Mnichova. Zde jej několik let intenzivně využívali vědci v rámci evropského programu European Large Scale Facilities. Před deseti lety jej získala Akademie věd ČR, ale nejprve pro něj musela (podle originálního českého projektu) vybudovat moderní obydlí. V Praze na Mazance tak vyrostlo zcela nové pracoviště, Badatelské centrum PALS, které láká domácí i zahraniční odborníky ke zkoumání horkého laserového plazmatu a jeho produktů – záření a nabitých částic. Zájem odborníků je obrovský, a není divu. Zdejší laser, jehož soustředěných paprsků mohou využívat pro své experimenty, je totiž třetím největším pulzním laserem v Evropě a jedním z nejspolehlivějších zařízení tohoto typu na světě vůbec.
S ředitelem Fyzikálního ústavu AV ČR Ing. Karlem Jungwirthem, ředitelem Ústavu fyziky plazmatu AV ČR prof. Pavlem Chráskou, ředitelem Badatelského centra PALS dr. Karlem Rohlenou a jeho zástupcem Ing. Jiřím Ullschmiedem, vedoucím oddělení rentgenových laserů Ing. Bedřichem Rusem a jejich vzácnou návštěvou – nositelem Nobelovy ceny za fyziku prof. Theodorem Hänschem z Německa, stojíme nad dokonalou maketou důmyslného zařízení včetně stylově oblečených panáčků jakožto laserových operátorů. Oči pánů badatelů jiskří klukovskou radostí, když s láskou a hrdostí vzpomínají, jak pečlivě dbali na dodržení přesných rozměrů laserové haly, chlubí se dokonalými statickými parametry i izolací a klimatizací celého objektu, vyprávějí, jak s chirurgickou přesností sestavovali jednotlivé díly a dílečky drahocenného přírůstku. Na všetečnou poznámku, že při každém rozebírání a opětovném skládání čehokoliv vždy nějaké "šroubečky" zbydou, mi kontrují: při opětovném sestavování zařízení nejen nezbyly žádné komponenty z původního přístroje, ale od německých kolegů se našim vědcům podařilo získat ještě spoustu náhradních dílů "přídavkem"... Pochvalně pokyvuje i prof. T. Hänsch. "Beim Besuch des PALS Labors war ich sehr beeindruckt von der Perfektion und Professionalität, mit der der Asterix Laser dort aufgebaut wurde und heute betrieben wird," napsal bezprostředně po návratu domů svým českým kolegům: "Při návštěvě laboratoře PALS na mne velmi zapůsobila dokonalost a profesionalita, s jakou zde byl původní laser Asterix postaven a s níž je dnes provozován."
Zcela unikátním parametrům vlastního laserového zařízení i celé stavby laserové haly se nelze nedivit. Vždyť tento laser dosáhne výkonu 3000 temelínských jaderných elektráren najednou. Horké plazma, jež jeho soustředěné paprsky dokáží vytvořit, má teplotu mnoha milionů stupňů. Ocitáme se jakoby ve Vesmíru – poměry v atmosférách hvězd, ale třeba také v jádrech velkých planet mohou napodobit fyzikové v laboratoři na Mazance. Bodově zaměřeným paprskem laseru PALS dokáží vytvářet výtrysky laserového plazmatu, tzv. laserové jety, jejichž četné astrofyzikální analogie jsou pozorovatelné široko daleko ve Vesmíru. A nejen to. Laserové plazma může samo fungovat jako laser, a to dokonce rentgenový. Co do jasu nemá ve světě zatím plazmový rentgenový laser vyvinutý v laboratoři PALS konkurenta.
"Jak se to ale udělá?"
Z tzv. oscilátoru se "vystřelí" paprsek, který se pomocí zrcadel vyšle na klikatou cestu laserovou halou. Právě i zmiňovaná dokonalá čistota pracoviště napomáhá tomu, že je každý paprsek laseru PALS velmi kvalitní a stabilní, tj. prostorově homogenní a jeho energie se výstřel od výstřelu prakticky nemění. Mezi jednotlivými intenzivními záblesky o výkonu až 3 TW, tj. 3 miliony megawattů, potřebuje laser zhruba půl hodiny k "nasbírání" nové síly. Vědcům však prvotní energie pulsu nestačí; ta se po stošedesátimetrové cestě trubkami musí ještě více než stotisíckrát zesílit, až dosáhne hodnoty téměř 1 kJ. Ani to však není tak jednoduché. Šesti zesilovačům na bázi plynného prostředí pomáhají přesně načasované atomy jódu, které svou zářivou energií posílí laserový puls. Takto "vylepšený" paprsek laseru zavedou trubky do vedlejší, tzv. interakční haly, kde na něj čeká dvojitá vakuová interakční komora. Zhotovila ji podle francouzsko-českého projektu brněnská firma Delong Instruments, s. r. o. (o prof. Arminu Delongovi psal AB 11/2005). Komora je zcela unikátním inženýrským dílem. Je konstruována tak, aby se do obou jejích částí mohly zavádět různé kombinace laserových svazků a soustřeďovat je optickými systémy na terčík do bodového (kruhového) nebo lineárního (v jednom směru protáhlého) ohniska. Na její četné boční vstupy mohou vědci umisťovat různá detekční a zobrazovací zařízení, jejichž prostřednictvím se dozvídají, jaké procesy při dopadu laserového paprsku na cílový terčík uvnitř interakční komory probíhají. Experimentátorům slouží zvláštní místnost, komunikačně propojená s hlavním velínem laseru, odkud dálkově ovládají vakuové čerpací zařízení interakční komory, nastavují přesnou polohu terčíku a fokusační optiky, a kam se sbíhají výstupní kabely všech měřicích zařízení.
Za touto laserovou "hračkou" se z celé Evropy sjíždějí odborníci zkoumající laserové plazma. Stala se naší vstupenkou do prestižního konsorcia evropských laserových laboratoří LASERLAB-EUROPE. Laboratoř PALS je od roku 2000 součástí výzkumných projektů evropských rámcových programů, své spoluhráče má však po celém světě – v USA, Rusku, Japonsku a v zemích jihovýchodní Asie. V rámci asociace EURATOM-IPP.CZ se PALS účastní i zápasu o termojadernou fúzi – energetickou naději lidstva.
MARINA HUŽVÁROVÁ
English
