Předseda Akademie věd ČR prof. Jiří Drahoš a rektor Univerzity Karlovy prof. Václav Hampl převzali záštitu nad významným sympoziem – 5. evropskou konferencí o rozptylu neutronů (European Conference on Neutron Scattering – ECNS 2011). Ve dnech 17. až 22. července 2011 ji uspořádali vědci z Ústavu jaderné fyziky AV ČR a Matematicko-fyzikální fakulty UK pod patronací Evropské asociace pro rozptyl neutronů (ENSA). V Praze se na ní setkaly světové vědecké špičky v oboru neutronového rozptylu a přibližně 700 účastníků zde představilo nejnovější výsledky současného výzkumu v mnoha vědeckých oborech, které využívají experimentální metody založené na interakci neutronů s hmotou.
Oběfota: Stanislava Kyselová, Akademický bulletin
Zleva: Zdeněk Němeček z MFF UK, Ivan Wilhelm z MŠMT, Jan Dobeš z ÚJF AV ČR a Vladimír Sechovský z MFF UK v přátelské diskusi
Na pražské konferenci nebyly neutrony vlastním předmětem zájmu vědců. Ti však využívají skutečnosti, že neutrony rozptylované na různých vzorcích dokáží zprostředkovat unikátní informace o jejich struktuře a chování. Tato schopnost úzce souvisí s tím, že neutron je elektricky neutrální (nenese elektrický náboj); díky této fyzikální vlastnosti snadno proniká hluboko do většiny materiálů. Interakce neutronů s jádry atomů uvnitř studované látky vede k rozptylu neutronového svazku a studium takto rozptýlených neutronů vědcům umožňuje zjistit atomovou strukturu materiálu a dokonce i dynamiku pohybu atomů v této struktuře. Každý neutron je navíc nositelem magnetického momentu, jehož prostřednictvím je schopen zjistit uspořádání a dynamiku magnetických momentů na atomové úrovni. Neutronová věda se soustřeďuje u výkonných neutronových zdrojů – reaktorů nebo urychlovačových pulzních zdrojů. Měřicí zařízení, která jsou instalována u těchto zdrojů, představují doslova továrnu na cenné vědecké poznatky v různých disciplínách – fyzice, chemii, materiálových vědách, biologii, energetice, vědách o životním prostředí, archeologii atd. Pro zajímavost: existenci antiferomagnetického uspořádání magnetických momentů v krystalové mříži potvrdily v roce 1955 právě neutrony; v roce 1977 poskytly též první popisy struktury virů.
Jednotlivé příspěvky badatelů tuto rozmanitost dokumentovaly – velká pozornost se soustředila na nejnovější výsledky v oblasti supravodivosti a studia magnetických excitací v nových typech vysokoteplotních supravodičů; významný posun nastal i ve vývoji nových funkčních materiálů na bázi multiferoik a magnetických nanostruktur. Rozsáhlý přínos neutronů jsme tradičně zaznamenali i v proteinové krystalografii a strukturní biologii. V tomto oboru vzbudila zájem studie fungování lidského transthytretinu, látky, která je v pozadí mnoha neurodegenerativních chorob. V technických aplikacích zaujaly zejména experimentální práce o vývoji baterií a palivových článků či studie difúze kapalin v porézních látkách pro účely katalýzy nebo fázových separací. Pokrok při vývoji neutronové instrumentace zaznamenaly v posledních letech především zobrazovací metody, jako jsou neutronová tomografie či dynamická radiografie. Díky novému typu detektorů s rozlišením lepším než 10 mikrometrů a pracujících v dynamickém režimu snímání se této metodě otevírají nové perspektivy využití. V tomto oboru zaujaly především tomografické studie paleontologických objektů.
Masatoshi Arai hovořil o škodách na komplexu urychlovačů J-Park v Japonsku.
Skutečnost, že ENSA svěřila organizaci ECNS 2011 českým vědcům, odráží významné postavení, které česká neutronová komunita v Evropě i ve světovém měřítku má jednak zásluhou národní základny neu-tronového výzkumu v ÚJF AV ČR v Řeži, jednak díky rozsáhlému zapojení českých vědců do činnosti prestižních evropských neutronových center. Česká vláda účast ČR ve velkých neutronových výzkumných infrastrukturách významným způsobem podporuje v rámci rozpočtu věnovanému na výzkum. Členství ČR v ILL Grenoble (Institut Maxe von Laue a Paula Langevina – http://www.ill.eu/) zajišťuje české vědecké komunitě excelentní experimentální příležitosti u nejvýkonnějšího výzkumného reaktoru na světě. ČR je jedním z 10 vědeckých partnerů ILL od roku 1999. Budoucí posílení konkurenceschopnosti Evropy v neutronových vědách a souvisejících disciplínách je spjato s výstavbou nové velké mezinárodní infrastruktury European Spallation Source (ESS – http://ess-scandinavia.eu) v Lundu (Švédsko), která bude po roce 2020 nejvýkonnějším zdrojem neutronů na světě. I do tohoto ambiciózního projektu jsme se v letošním roce zapojili.
Česká neutronová komunita se zaměřuje především na špičkový fyzikální materiálový výzkum. Domácí experimenty se realizují v Laboratoři neutronové fyziky (ÚJF AV ČR). Ta je umístěna u výzkumného reaktoru LVR-15, který provozuje Centrum výzkumu Řež, s. r. o. Některé následující příklady výzkumných projektů zde řešených současně dokládají rozmanitost využití neutronových metod:
• Výzkum moderních typů ocelí pro automobilový průmysl (TRIP oceli), snadno tvářitelných, lehkých a pevných, vhodných zejména pro karoserie vozidel. Lehčí konstrukce automobilů umožňuje dosáhnout úspory ve spotřebě paliva.
• Výzkum nového typu keramických ložisek pro kyčelní implantáty – keramiky na bázi konceptu funkčně gradovaného materiálu výrazně zvyšují životnost a spolehlivost této kloubní náhrady.
• Výzkum archeologických artefaktů – např. studie římské přilbice patřila v uplynulém roce mezi významné výsledky AV ČR.
• Studium mechanismů deformace moderních kompozitních a funkčních technických materiálů, například slitin s tvarovou pamětí, které se využívají k výrobě lékařských implantátů a nástrojů (cévní implantáty – stenty, superelastické katétry).
• Vývoj nových superslitin pro komponenty turbín a vývoj sofistikovaných keramických ochranných nástřiků na jejich lopatky. Výsledky v této oblasti umožňují zvýšit účinnost turbín v letadlech a elektrárnách, a zároveň prodloužit jejich životnost.
Experimentální zařízení domácí laboratoře v Řeži využívají česká akademická pracoviště i průmysloví partneři; laboratoř je též plně integrována do evropského výzkumného prostoru v rámci evropského projektu NMI3 – Integrated Infrastructure Initiative for Neutron Scattering and Muon Spectroscopy.
Mnoho prestižních českých experimentů se též realizuje na mnohem výkonnějších neutronových zdrojích, zejména v ILL Grenoble. Čeští vědci zde pro své experimenty využívají vysoce intenzivní svazky neutronů v kombinaci se sofistikovanými aparaturami, které vytvářejí nejrůznější extrémní stavy studovaných vzorků (vysoké a nízké teploty, silná magnetická a elektrická pole, vysoký tlak). Příkladem těchto výzkumů jsou např.:
• Výzkum krystalových a magnetických struktur a jejich dynamiky, který umožňuje odhalit mikroskopickou podstatu unikátních vlastností nových funkčních materiálů s vysokým aplikačním potenciálem. Mezi ně se řadí především magnetické materiály pro špičkové aplikace ve spintronice – nové perspektivě počítačového průmyslu, magnetokalorické materiály pro ekologické chlazení a multiferoické materiály pro moderní elektronické aplikace, ve kterých lze např. magnetické vlastnosti řídit působením elektrického pole.
• Studium mikroskopických mechanismů zodpovědných za unikátní chování vysokoteplotních supravodičů vhodných pro aplikace v oblastech ekonomického přenosu elektrické energie či levitujících dopravních zařízení (supervlaky „maglev“).
Čeští vědci se v ILL Grenoble také podílejí na dalším rozvoji laboratoře výstavbou unikátního trojosého spektrometru nízkoenergetického nepružného rozptylu neutronů ThALES, který posune výzkum v posledně jmenované oblasti na novou kvalitativní úroveň, ve světovém měřítku bezkonkurenční. Díky projektu ThALES získává česká vědecká komunita v ILL Grenoble nebývale prestižní postavení i nové výzkumné možnosti.
Působení českých vědců ve velkých zahraničních neutronových zařízeních se neomezuje pouze na ILL Grenoble a ESS Scandinavia. Jejich činnost je vidět i v dalších významných pracovištích v Německu, Francii, Velké Británii, USA a Japonsku.
PETR LUKÁŠ,
Ústav jaderné fyziky AV ČR, v. v. i.,
VLADIMÍR SECHOVSKÝ,
Univerzita Karlova
English
