facebooktwittergoogleinstagram

Věda a výzkum

Portál Vědavýzkum.cz - Nezávislé informace o vědě a výzkumu

Ernst & Young - hlavní partner portálu Vědavýzkum.cz

Hlavní partner portálu
facebooktwittergoogleinstagram

Ústav fyziky plazmatu AV ČR slaví 60 let

28. 12. 2019
Ústav fyziky plazmatu AV ČR slaví 60 let

Plazma tvoří až 99 % viditelné hmoty vesmíru. Na Zemi se vyskytuje zřídka, nabízí ale mimořádné vlastnosti a jeho využití je široké. Od výroby nových pokročilých materiálů přes lékařské aplikace, chemii, optiku až po prakticky nevyčerpatelný bezpečný zdroj energie. Výzkum plazmatu a využití jeho potenciálu je tématem pro špičkové vědce po celém světě.

2019 11 26 Solar Orbiter

Ústav fyziky plazmatu vznikl 1. ledna 1959 vyčleněním oddělení urychlovačů částic z Výzkumného ústavu pro vakuovou elektrotechniku v Praze do samostatného Ústavu vakuové elektroniky. Ve stejném roce prezidium ČSAV pověřilo vzniklý ústav koordinací prací na termojaderném výzkumu v ČSSR.

Orientace na termojaderný výzkum vedla v roce 1963 k přejmenování na Ústav fyziky plazmatu, jehož předmětem výzkumu se stalo vzájemné působení elektromagnetického pole a plazmatu. Na tomto základě se postupně vyprofilovaly dva klíčové výzkumné směry: studium vysokofrekvenčního ohřevu plazmatu a studium interakce silnoproudých svazků částic s plazmatem. Vedle vysokoteplotního plazmatu se také rozvíjel výzkum plazmochemických reakcí, impulsních plazmových technologií a pokročilých materiálů.

Tokamaky

V roce 1977 uvedl ústav do provozu tokamak TM-1-MH získaný z Ústavu atomové energie I. V. Kurčatova v Moskvě. Intenzivní výzkum v oblasti šíření elektromagnetických vln si posléze vyžádal modernizaci, jejímž výsledkem byl experimentální komplex CASTOR zprovozněný v roce 1985. Tokamak CASTOR umožnil rozvinout mezinárodní spolupráci ústavu mimo země východního bloku na západ, především do Francie a Itálie.

V roce 2007 ústav získal od světové fúzní laboratoře UKAEA v britském Culhamu moderní tokamak COMPASS, který zprovoznil v roce 2009. V roce 2012 dosáhl cílových parametrů, a zařadil se tak mezi významné světové tokamaky. Výzkumná činnost se soustředila na fyziku okrajového plazmatu a plně se integrovala do programu EURATOM.

Souběžně s výzkumem na tokamaku COMPASS se vědci z Ústavu fyziky plazmatu AV ČR účastní v konsorciu EUROfusion experimentů na společném evropském tokamaku JET a dalších evropských tokamacích. Výzkumný tým se podílí i na vývoji diagnostik pro fúzní reaktory ITER a DEMO a spolupracuje s fúzními laboratořemi po celém světě.

V roce 2017 zahájil ústav projekt COMPASS Upgrade (COMPASS-U) s cílem zkonstruovat pokročilý tokamak a zdokonalit výzkumnou infrastrukturu. Tokamak COMPASS-U nabídne po spuštění v roce 2022 unikátní vlastnosti: bude generovat vysoké magnetické pole o velikosti až pět Tesla a proud v plazmatu až dva miliony Ampér.

Tokamak bude také schopný provozovat stěnu obklopující plazma při teplotě až 500 °C, tepelné toky z plazmatu dosáhnou až 100 MW/m2. Z tohoto důvodu je zařazen v Evropské cestovní mapě pro realizaci fúzní energetiky jako evropské fúzní zařízení pro testování technologie tekutých kovů. Tokamak COMPASS-U bude pracovat v režimech v mnoha parametrech blízkých prvním energetickým fúzním reaktorům a bude schopen přispět k jejich vývoji.

Laserové plazma a ultrapřesná optika

Kromě výzkumu vysokoteplotního plazmatu na tokamacích se v ústavu úspěšně rozvinul také výzkum laserového plazmatu. V roce 1996 byly zahájeny rozhovory s Ústavem kvantové optiky Maxe Plancka v Garchingu u Mnichova o převzetí unikátního terawatového jodového laseru ASTERIX IV, který byl tehdy jedním z největších v Evropě. Laserový systém byl zprovozněn v roce 2000 pod hlavičkou Badatelského centra PALS a stal se největším laserovým zařízením ve střední a východní Evropě.

Centrum se zaměřilo na experimentální a teoretické studium a aplikace plazmatu vytvářeného laserovými svazky o velkém výkonu (řádově TW) fokusovanými na pevné i plynové terčíky. Přispělo k budování dlouhodobé spolupráce mezi vědci pracujícími v oblasti aplikace laserů z celého kontinentu.

V roce 2010 otevřel ústav další špičkové pracoviště – Regionální centrum speciální optiky a optoelektronických systémů TOPTEC v Turnově. Centrum se soustřeďuje na ultrapřesnou optiku a rychle se zařadilo mezi význačné světové výrobce optických systémů pro kosmický výzkum.

Fyzika plazmatu

V oboru generace a udržení plazmatu, studia jeho vlastností a procesů interakce s materiálem včetně charakterizace a využití výsledků této interakce patří v současnosti ústav s téměř 300 zaměstnanci mezi renomované výzkumné instituce ve světě. Jednotlivá vědecká oddělení se zaměřují na řízení termojaderné fúze, využití elektrických výbojů, interakci plazmatu s jinými skupenstvími hmoty, likvidaci odpadu v proudu plazmatu, procesy plazmového stříkání, výzkum a vývoj ultrapřesné a speciální optiky a řešení dalších problémů souvisejících s plazmatem.

Fyzika plazmatu se jako obor rychle rozvíjí a jeho využití sahá od kosmického výzkumu přes energetiku, biomedicínu, přesnou optiku až po přípravu nových pokročilých materiálů. Zejména vývoj bezpečné a udržitelné energie, která zajistí energetickou stabilitu pro budoucí generace, je jednou z největších globálních společenských výzev. Podílet se na jejím řešení je jedním z hlavních poslání Ústavu fyziky plazmatu AV ČR.

 

Více k tématu také v časopise A / Věda a výzkum.

 

Zdroj: Akademie věd ČR

Foto: Ústav fyziky plazmatu AV ČR