Fyzikální ústav Akademie věd ČR

Fyzikální ústav, Akademie věd České republiky, v. v. i. (dále FZU) uspořádal ve čtvrtek 21. ledna v areálu Cukrovarnická 10, Praha 6, úvodní schůzi konsorcia projektu ASCIMAT (Zvýšení vědecké excelence a inovační kapacity v oboru scintilačních materiálů ve Fyzikálním ústavu, Akademie věd České republiky, v. v. i.) uděleného Evropskou komisí v programu „Horizon 2020, Widening program”, výzva H2020-TWINN-2015”.

Cílem tříletého projektu ASCIMAT je zvýšení vědecké excelence a inovační kapacity v oboru scintilačních materiálů s pomocí cílené a koordinované spolupráce s vysoce kvalifikovanými partnerskými pracovišti: European Organization for Nuclear Research (CERN), Université Claude Bernard Lyon 1 - Institut Lumière Matière (UCBL-ILM), Università degli Studi di Milano - Bicocca (UNIMIB), and Intelligentsia Consultants (Intelligentsia).

Projekt ASCIMAT s celkovým rozpočtem 1 milion Euro je jeden z pěti udělených z celkem 56 zaslaných návrhů v České republice. Celková úspěšnost v rámci výše zmíněné výzvy byla méně než 13%.

Scintilační materiál pracuje jako konvertor, který dokáže foton vysokoenergetického (rentgenového nebo gama) záření nebo energii dopadající částice (elektrony, protony, ionty) přeměnit na skupinu fotonů z oblasti ultrafialového až viditelného (UV/VIS) záření, které je pak možné s velkou citlivostí převést na elektrický signál běžnými fotodetektory a tento dále zpracovat.

Jeho použití je tedy v aplikacích, které monitorují či zobrazují výše uvedená záření nebo svazky částic, především v medicíně (zobrazovací metody PET, CT, SPECT, digitální radiografie, dynamická fluoroskopie, měření dávkového příkonu v radiačních terapiích), průmyslové defektoskopii (kontroly svarů, vnitřní vady materiálů), bezpečnostních technikách (inspekce zavazadel a nákladů na letištích, překladištích a hraničních přechodech), v hi-tech přístrojích (např. elektronové mikroskopy), ale i v aplikacích v oblasti životního prostředí (detekce radonu) nebo ve vědě samotné, jmenujme především fyziku vysokých energií, obr. 1, a jadernou fyziku. Celosvětové tržby v sektoru radiačních detektorů v r. 2011 byly cca 2,1 miliardy USD s předpokladem růstu o více než 40% do r. 2018.

V rámci naplánovaných aktivit se konsorcium projektu soustředí na následující tři témata:

1. Radiační poškození a časové charakteristiky scintilačních materiálů (FZU - CERN).
2. Vliv dimensionality materiálů a jejich charakteristiky v různých excitačních módech (FZU UCBL-ILM).
3. Vliv materiálových defektů na scintilační mechanismus (FZU - UNIMIB).

Obr. 1 Pohled na vnitřek detektoru CMS na urychlovači Large Hadron Collider v CERNu v listopadu 2014 během plánované odstávky. Šipkou označená vrstva sestává z cca 80 000 monokrystalických scintilačních elementů o rozměrech přibližně 3x3x23 cm, a je tak největší scintilační aplikací tohoto druhu na světě. CMS detektor poskytl data pro objev Higgsova bosonu, za který byla udělena Nobelova cena za fyziku v r. 2013 (François Englert a Peter W. Higgs).

V průběhu projektu budou probíhat reciproční krátké stáže (1-3 měsíce) především mladých vědeckých pracovníků na partnerských pracovištích, jejichž pracovní program se soustředí na výše zmíněná temata, a dále budou organizovány workshopy, letní školy a v závěru projektu pak mezinárodní konference. Výzkumníci a studenti pracující v týmu FZU se tímto způsobem budou moci detailně seznámit se související metodikou a atraktivními scintilačními materiály s vysokým aplikačním potenciálem studovanými v současné době v ČR i ve světě.

Aktivity projektu budou mít i přímý vliv na konkurenceschopnost dvou českých podniků, Crytur, spol. s r.o a NUVIA a.s., které se v nich budou formou vnější spolupráce účastnit.

Crytur se sídlem v Turnově je světově známý výrobce mj. monokrystalických scintilátorů a radiačních detektorů s využitím v zobrazování s vysokým rozlišením a elektronové microskopii. S FZU na této tematice spolupracuje více než 20 let, spolu se účastnili několika národních i mezinárodních projektů, podávají společné patentové přihlášky a mají desítky společných vědeckých publikací.

NUVIA dodává do mnoha zahraničních destinací materiály, inženýrská řešení a služby pro jadernou energetiku, výzkumné ústavy a průmysl v oblasti monitorování ionizujícího záření a radiační ochrany. S FZU jeho divize scintilačních materiálů v Kralupech n. Vlt. spolupracuje od r. 2011 především na vývoji plastických scintilátorů.

Aktivity projektu budou přispívat i do inovačních platforem SMART specializační strategie ČR, jmenovitě “Engineering, electricity production and distribution, electrical engineering” a “Pharmaceuticals and medical technology”.

FZU tým do projektových aktivit zařazuje i nově v r. 2015 instalovanou světově unikátní technologii pěstování monokrystalů dielektrických materiálů, tzv. “micro-pulling down”, kterou dovezl z Japonska za finanční prostředky udělené Premie Akademie v r. 2013 (M. Nikl). Jedná se o její nejmodernější verzi instalovanou mimo Japonsko, která dává zcela nové možnosti pro výzkum a vyhledávání nových scintilačních a laserových materiálů v třídě dielektrických monokrystalů se širokým zakázaným pásem, obr. 2. Součástí tiskové konference byla i návštěva této unikátní laboratoře.

Obr. 2 Technologie “micropulling down” pro pěstování monokrystalů optických materiálů z taveniny (vlevo) a vypěstovaný monokrystal safíru Al₂O₃ (vpravo).