╪EÄ U PRAHY

Areßl v∞deckov²zkumn²ch pracoviÜ¥ v ╪e₧i u Prahy.

Nejv∞tÜφ st°edisko jadernΘho v²zkumu v naÜφ republice le₧φ n∞kolik kilometr∙ severn∞ od Prahy. V malebnΘm ·dolφ °eky Vltavy u malΘ obce ╪e₧ vyrostl v padesßt²ch letech rozsßhl² areßl v∞deck²ch a v²zkumn²ch pracoviÜ¥ zam∞°en²ch na jadernou fyziku a jejφ aplikace. Hlavnφ role zde majφ dva dnes nezßvislΘ, ale spolupracujφcφ ·stavy: ┌stav jadernΘ fyziky Akademie v∞d a ┌stav jadern²ch v²zkum∙, akciovß spoleΦnost.
Nejprve navÜtφvφme ┌stav jadernΘ fyziky (┌JF). Ten je zam∞°en, podobn∞ jako jinß pracoviÜt∞ Akademie v∞d, p°evß₧n∞ na °eÜenφ zßkladnφch, principißlnφch v∞deck²ch otßzek. P°ibli₧n∞ stovka v∞dc∙ zde na sv∞tovΘ ·rovni ovlßdß vybranΘ oblasti z tajuplnΘ a slo₧itΘ jadernΘ fyziky.

Izochronnφ cyklotron

Hlavnφm experimentßlnφm p°φstrojem ·stavu izochronnφ cyklotron U - 120M, kter² byl uveden do provozu v roce 1977 a kter² se od tΘ doby stßle zdokonaluje. Co se vlastn∞ za tajemn²mi slovy "izochronnφ cyklotron" skr²vß? Jde o urychlovaΦ, tedy o p°φstroj, kter² dokß₧e atomov²m jßdr∙m nebo cel²m atom∙m (majφ-li nenulov² elektrick² nßboj) ud∞lit prost°ednictvφm elektrickΘho pole nesmφrn∞ vysokou rychlost, srovnatelnou s rychlostφ sv∞tla. RychlΘ Φßstice jsou pak jedineΦn²mi "projektily", kterΘ dokß₧φ po zßsahu terΦφku (tφm je obvykle n∞jak² vhodn² plφÜek, nap°φklad z berylia) vyvolat v materißlu terΦφku jadernΘ reakce, a tφm i zm∞ny jader. JadernΘ reakce i jejich produkty mohou b²t zajφmavΘ jak z hlediska v²zkumu, tak i z hlediska praktickΘho vyu₧itφ. Slovo "cyklotron" v nßzvu p°φstroje napovφdß, ₧e Φßstice neletφ b∞hem urychlovßnφ rovn∞, ale obφhajφ po spirßle. K tomu je nutφ silnΘ magnetickΘ pole. KoneΦn∞ slovo "izochronnφ" pochßzφ z °eΦtiny a v doslovnΘm p°ekladu znamenß "stejnodob²" Φßstice obφhajφ po spirßle p°esn∞ v rytmu urychlujφcφho elektrickΘho pole. V konstrukci cyklotronu konkrΘtn∞ ve tvaru magnetickΘho pole je toti₧ uvß₧eno i opo₧∩ovßnφ Φßstic vzhledem k efekt∙m r∙stu hmotnosti p°i velmi vysok²ch rychlostech. Od roku 1994 je °e₧sk² cyklotron °φzen pomocφ matematickΘho modelu z poΦφtaΦe, co₧ p°ineslo dalÜφ v²raznΘ zlepÜenφ parametr∙ tohoto ÜpiΦkovΘho p°φstroje.

Izochronnφ cyklotron ┌stavu jadernΘ fyziky v ╪e₧i.

Izochronnφ cyklotron v ┌JF ╪e₧ dokß₧e urychlovat kladn∞ i zßporn∞ nabitΘ atomy vodφku (protony) Φi t∞₧kΘho vodφku (deuterony) a helia (heliony) a₧ na p°ibli₧n∞ jednu Φtvrtinu sv∞telnΘ rychlosti. UrychlenΘ protony, deuterony Φi heliony jsou po vyvedenφ z cyklotronu vyu₧φvßny k °ad∞ zajφmav²ch ·kol∙. Samoz°ejm∞ k nim pat°φ detailnφ zkoumßnφ jadern²ch reakcφ, zejmΘna schopnostφ r∙zn²ch jader zachytit, odrazit nebo vyzß°it proton, deuteron nebo helion. Dßle se vyÜet°uje souvislost energie a sm∞ru gama-zß°enφ, kterΘ doprovßzφ v∞tÜinu jadern²ch reakcφ, s energiφ dopadajφcφch Φßstic. Odbornφci na teoretickou fyziku, zb∞hlφ ve slo₧it²ch v²poΦtech, dokß₧φ podle dat z dob°e proveden²ch experiment∙ usoudit mnoho novΘho o podob∞ atomov²ch jader. A souvislosti jsou tu mnohdy p°ekvapivΘ. V souΦasnosti nap°φklad ┌JF ╪e₧ spolupracuje se ÜpiΦkov²mi odbornφky na astrofyziku z Texasu, proto₧e data z jadern²ch reakcφ protonu s beryliem, kterΘ se u cyklotronu provßd∞jφ, jsou velmi v²znamnß pro astrofyzikßlnφ modely Φinnosti Slunce a dalÜφch hv∞zd. ╪e₧sk² cyklotron obhßjil sv∙j v²znam i v oblasti biofyzikßlnφho v²zkumu provßdφ se zde oza°ovßnφ biologick²ch preparßt∙ (savΦφch bun∞k) pro Biofyzikßlnφ ·stav Akademie v∞d v Brn∞, kter² se v∞nuje v²zkumu genetick²ch mutacφ. Cyklotron U-120M se krom∞ toho vyu₧φvß p°i v²rob∞ radioizotop∙, tj. radioaktivnφch variant vybran²ch chemick²ch prvk∙. NejΦast∞ji se jednß o radioizotopy galia, tantalu, rubidia Φi india pro pot°eby zdravotnictvφ, ale takΘ nap°. o radioizotopy germania, bismutu nebo vanadu k dalÜφmu jadernΘmu v²zkumu.

Spektrometr nφzkoenergetick²ch elektron∙ s velmi vysok²m rozliΦenφm ESA 12.

Jadernß spektroskopie

Zavφtejme nynφ do odd∞lenφ jadernΘ spektroskopie, kde se v∞dci v∞nujφ m∞°enφ energiφ Φßstic vyza°ovan²ch atomov²mi jßdry. Zde sice nalezneme p°φstroje mnohem menÜφ ne₧ cyklotron, nicmΘn∞ i s jejich pomocφ se dajφ zφskat novΘ, jedineΦnΘ informace. V odd∞lenφ spektroskopie se jedna skupina fyzik∙ zab²vß p°edevÜφm konstrukcφ polovodiΦov²ch detektor∙ gama zß°enφ, kterΘ p°esn∞ pracujφ i p°i teplotßch jen n∞kolik tisφcin stupn∞ nad absolutnφ nulou (to je nejni₧Üφ mo₧nß teplota, -273,15 ░C). P°i tak nφzk²ch teplotßch ustßvß tepeln² pohyb atom∙ a lze m∞°it i orientaci jader v prostoru. NaÜe detektory dosud ve sv∞t∞ nikdo nep°ekonal, stejn∞ jako nikdo nep°ekonal elektrostatick² spektrometr ESA, u kterΘho pracuje druhß skupina spektroskopickΘho odd∞lenφ. Ten je urΦen pro velmi peΦlivΘ m∞°enφ spekter elektron∙ (tedy nap°φklad beta-zß°enφ) o nφzkΘ energii. Jeho rozliÜovacφ schopnost (vlastn∞ p°esnost m∞°enφ) je rekordnφ. V souΦasnΘ dob∞ se zde fyzikovΘ mimo jinΘ pokouÜejφ p°isp∞t k °eÜenφ otßzky, kterß mß st∞₧ejnφ vliv i na naÜe p°edstavy o vzniku a v²voji vesmφru: mß Φßstice neutrino n∞jakou vlastnφ hmotnost?

SchΘma experimentßlnφho reaktoru LR-0. 1 - je°ßb, 2 - zaklßdacφ tyΦ, 3 - otoΦn² poklop, 4 - tlakom∞r, 5 - horizontßlnφ kanßly, 6 - vstupnφ potrubφ, 7 - reaktorovß nßdoba, 8 - absorpΦnφ tyΦe, 9 - palivovΘ kazety, 10 - nosnß deska, 11 - havarijnφ ventil, 12 - v²stupnφ potrubφ.

DalÜφ odd∞lenφ ┌JF se v∞nuje neutronovΘ fyzice. K v∞tÜin∞ v²zkum∙ vyu₧φvß jako zdroj neutron∙ experimentßlnφ reaktor LVR-15 v sousednφm ┌stavu jadern²ch v²zkum∙. Neutrony mohou vyvolßvat pozoruhodnΘ jadernΘ reakce, lze je vÜak vyu₧φt i k v²zkumu struktury krystalick²ch m°φ₧ek. Rostoucφ v²znam mß pou₧itφ tzv. neutronovΘ aktivaΦnφ anal²zy p°i monitorovßnφ ₧ivotnφho prost°edφ pomocφ tΘto metody se m∙₧e i u velmi malΘho vzorku zjistit by¥ jen nepatrnΘ zastoupenφ nebezpeΦn²ch a zdravφ Ükodliv²ch lßtek. Jejich v²skyt lze prokßzat prom∞°enφm zß°enφ gama, vychßzejφcφho ze vzorku po jeho ozß°enφ neutrony. ╪e₧sk² ·stav p°itom spolupracuje i s ╚esk²m hydrometeorologick²m ·stavem, kter² odebφrß vzorky z atmosfΘry (nap°. aerosoly, popφlek). Krom∞ toho zde prom∞°enφm vzork∙ vlas∙, neht∙ Φi k∙₧e p°esn∞ zjiÜ¥ujφ v²skyt nebezpeΦn²ch lßtek nap°φklad u zam∞stnanc∙ hutnick²ch provoz∙.
K ┌stavu jadernΘ fyziky neodmysliteln∞ pat°φ i odd∞lenφ teoretickΘ fyziky, kde se ÜpiΦkovφ odbornφci pokouÜejφ sladit hlubokΘ zßkonitosti matematiky s nespoΦtem experimentßlnφch poznatk∙. P°esto₧e zde krom∞ knih a poΦφtaΦ∙ nic zvlßÜtnφho nenaleznete, jde o prßci velmi napφnavou v²sledkem toti₧ b²vß objev neΦekan²ch souvislostφ a Φasto i nßvod na dalÜφ experiment s p°edpov∞zenφm v²sledku. A t∞₧ko si lze p°edstavit v∞tÜφ radost, ne₧ kdy₧ experiment uskuteΦnφte a zjistφte, ₧e p°edpov∞∩' byla sprßvnß!
Sousednφ ┌stav jadern²ch v²zkum∙ (┌JV ╪e₧) je dnes nestßtnφ akciovou spoleΦnostφ, kterß °eÜφ v²zkumnΘ ·koly na zakßzku. I zde je ovÜem prßce velmi zajφmavß a odborn∞ nßroΦnß.

Pohled do experimentßlnφho reaktoru LR-0 ┌stavu jadern²ch v²zkum∙ v ╪e₧i.

Experimentßlnφ reaktory

Ka₧dΘho nßvÜt∞vnφka nejvφce zaujmou dva experimentßlnφ reaktory tohoto ·stavu. MenÜφ a mladÜφ reaktor LR-0 je urΦen p°edevÜφm pro v²zkum souvisejφcφ s naÜφ jadernou energetikou. To je z°ejmΘ ji₧ z toho, ₧e se v n∞m pou₧φvajφ zkrßcenΘ verze palivov²ch Φlßnk∙ pro reaktory typu VVER 440 (ty pracujφ v Dukovanech) nebo pro reaktory typu VVER 1000, kterΘ jsou instalovßny v Temelφn∞. Dφky tomu mohou experti na reaktoru LR-0 prom∞°ovat p°esnΘ geometrickΘ rozlo₧enφ neutronovΘho toku v reaktoru a v jeho blφzkΘm okolφ, zkoumat ·Φinnost °φdicφch tyΦφ Φi rovnom∞rnost jadernΘho Üt∞penφ podΘl palivovΘ tyΦe. K zajφmav²m experiment∙m pat°φ takΘ m∞°enφ zm∞n v konstrukΦnφch materißlech reaktoru vlivem neutronovΘho toku nebo studium fyzikßlnφch parametr∙ vybran²ch metod uklßdßnφ vyho°elΘho jadernΘho paliva.
V²hodou reaktoru LR-0 je skuteΦnost, ₧e nemß prakticky ₧ßdn² tepeln² v²kon (proto nula v nßzvu). Dφky tomu mß jednoduÜÜφ konstrukci a nepot°ebuje zvlßÜtnφ zachßzenφ s vyho°el²m jadern²m palivem, proto₧e prakticky ₧ßdnΘ neprodukuje. Druh², v∞tÜφ reaktor LVR-IS je urΦen p°edevÜφm k v²zkumu a vyu₧itφ velmi intenzivnφho pole neutron∙, kterΘ v n∞m vznikß. Patnßctka v nßzvu napovφdß, ₧e maximßlnφ tepeln² v²kon reaktoru je 15 MW. Takov² v²kon ji₧ vy₧aduje bezpeΦnΘ a vydatnΘ trojokruhovΘ chlazenφ vodou i velmi sv∞domitΘ zachßzenφ s jadern²m palivem. V reaktoru se pou₧φvß specißlnφ siln∞ obohacenΘ palivo pro v²zkumnΘ reaktory, s 80% zastoupenφm Üt∞pitelnΘho uranu 235.

Experimentßlnφ reaktor LVR-15 ┌stavu jadern²ch v²zkum∙ v ╪e₧i.

Ji₧ vφme, ₧e reaktor LVR-15 vyu₧φvß skupina v∞dc∙ z ┌JF ╪e₧, kterß se zab²vß neutronovou fyzikou. T∞₧iÜt∞ prßce reaktoru ovÜem spoΦφvß v simulovßnφ podmφnek panujφcφch v reaktorech jadern²ch elektrßren, co₧ umo₧≥uje testovßnφ materißl∙ "naostro". Reaktor LUR-15 p°i t∞chto experimentech dodßvß neutrony, dalÜφ p°φstroje zajiÜ¥ujφ p°i testovßnφ odpovφdajφcφ teplotu a tlak. Tyto experimenty se provßd∞jφ nejen pro naÜe tlakovodnφ reaktory, ale i pro zahraniΦnφ zßkaznφky, kte°φ testujφ varnΘ reaktory. Nezastupitelnß je ·loha reaktoru LVR-15 p°i v²rob∞ radioizotop∙ pro celou °adu lΘΦiv a zdravotnick²ch pom∙cek. Vyrßb∞jφ se zde nap°φklad drßtkovΘ zß°iΦe s iridiem 192, pomocφ kter²ch je mo₧nΘ p°esn∞ ozß°it nemocnou tkß≥, ani₧ by se poÜkodil okolnφ zdrav² organismus. Zatφm jen na figurφn∞ (fantomu) se provßd∞jφ testy pro projekt lΘΦebnΘho oza°ovßnφ pacienta neutrony p°φmo u reaktoru.
TakΘ jsme se zmφnili o p°φsp∞vku neutronovΘ aktivaΦnφ anal²zy ke sledovßnφ stavu ₧ivotnφho prost°edφ.

Velφn experimentßlnφho reaktoru LVR-15.

V reaktoru LVR-15 se vzorky pro aktivaΦnφ anal²zu po urΦenou dobu oza°ujφ neutrony a pak se okam₧it∞ odesφlajφ specißlnφ potrubnφ poÜtou do t∞ch laborato°φ areßlu v ╪e₧i, kterΘ se anal²zou zab²vajφ. P°φmo v reaktoru LUR-15 jsou takΘ pravideln∞ oza°ovßny k°emφkovΘ polovodiΦe. Dφky tomu, ₧e neutrony p°em∞≥ujφ jadernou reakcφ k°emφk na fosfor rovnom∞rn∞ v celΘm objemu polovodiΦe, vznikß k°emφkov² polovodiΦ objemov∞ dopovan² fosforem. Ten je nutn² k v²rob∞ velk²ch tyristor∙, kterΘ slou₧φ k regulaci velk²ch elektrick²ch v²kon∙ (nap°φklad u elektrick²ch vlak∙). Dφky modernφ tyristorovΘ regulaci lze uspo°it mnoho elektrickΘ energie. NßvÜt∞vnφka reaktoru LVR-15 zaujme i p∞t tzv. hork²ch komor, kterΘ se nachßzejφ pod ·rovnφ reaktoru a kterΘ jsou urΦeny k prßci se vzorky po jejich ozß°enφ v reaktoru. Horkß komora je prostor, ve kterΘm se pracuje s radioaktivnφmi lßtkami pomocφ zvenΦφ ovlßdan²ch mechanick²ch manipulßtor∙. Jejφ mohutnΘ zdi a pr∙hled z olovnatΘho skla spolehliv∞ chrßnφ p°ed zß°enφm toho, kdo manipulßtory °φdφ.

MenÜφ horkΘ komory najdeme i v odd∞lenφ radiofarmak ┌JV ╪e₧. Na tomto odd∞lenφ se v p°φsn²ch hygienick²ch podmφnkßch vyrßb∞jφ radioaktivnφ injekce a soupravy pro v²robu radioaktivnφch injekcφ. Ty jsou urΦeny zejmΘna k lΘka°skΘ diagnostice pohyb a uklßdßnφ radioaktivnφch lßtek v lidskΘm t∞le lze toti₧ snadno a p°esn∞ sledovat detekΦnφmi p°φstroji citliv²mi na zß°enφ. Nejv∞tÜφm um∞nφm je p°itom nalΘzt vhodnou radioaktivnφ lßtku: takovou, kterß je chemicky co nejpodobn∞jÜφ p°φrodnφ lßtce, jejφ₧ pohyb v t∞le sledujeme, a kterß zßrove≥ organismus nepoÜkodφ, tedy lßtku, jejφ₧ aktivita rychle vymizφ nebo kterou t∞lo rychle vylouΦφ. Radiofarmaka jsou nezastupitelnß p°i diagnostice nemocφ ob∞hovΘho systΘmu a poruch Φinnosti st°ev Φi ledvin a takΘ p°i podez°enφ na r∙znß nßdorovß onemocn∞nφ. Novinkou mezi radiofarmaky jsou injekce v²razn∞ tiÜφcφ bolest p°i n∞kter²ch vß₧n²ch nelΘΦiteln²ch nemocech.

Ukßzka pracoviÜt∞ odd∞lenφ chemie palivovΘho cyklu ┌stavu jadern²ch v²zkum∙.

HorkΘ komory dßle najdeme i na odd∞lenφ chemie palivovΘho cyklu, kterΘ je zam∞°eno zejmΘna na studium chemick²ch ·prav radioaktivnφch lßtek a na v²zkum jejich bezpeΦnΘho uklßdßnφ. Zde jsou vyvφjeny a v praxi aplikovßny fyzikßln∞-chemickΘ metody odd∞lovßnφ radioaktivnφch lßtek z kapalin, jejich koncentrovßnφ, vysouÜenφ a koneΦnΘho znehybn∞nφ nap°. v betonu nebo ve skle. Krom∞ toho se odd∞lenφ v∞nuje i problematice koneΦn²ch ·lo₧iÜ¥ radioaktivnφch odpad∙ vΦetn∞ geofyzikßlnφch studiφ souvisejφcφch s hlubinn²m uklßdßnφm vyho°elΘho jadernΘho paliva. P°i °eÜenφ vybran²ch problΘm∙ koneΦnΘho uklßdßnφ spolupracuje UJV s ┌stavem anorganickΘ chemie Akademie v∞d a s P°φrodov∞deckou fakultou Karlovy univerzity.
V dneÜnφ dob∞ jsou neodmyslitelnou souΦßstφ vÜech ÜpiΦkov²ch technologiφ i slo₧itΘ a p°esnΘ v²poΦty, kterΘ se provßd∞jφ na modernφch poΦφtaΦφch. To platφ i pro pracoviÜt∞ ┌JV Vybranφ fyzikovΘ se zde pomocφ slo₧it²ch poΦφtaΦov²ch model∙ sna₧φ co nejp°esn∞ji stanovit fyzikßlnφ pr∙b∞h teoreticky mo₧n²ch havßriφ jadern²ch elektrßren typu VVER vΦetn∞ Φinnosti havarijnφch systΘm∙ p°i nich. Samostatn∞ jsou provßd∞ny modelovΘ v²poΦty pro tepelnΘ a tlakovΘ namßhßnφ vodovodnφch potrubnφch systΘm∙ naÜich jadern²ch reaktor∙ vΦetn∞ jejich odolnosti proti zem∞t°esenφ. VÜechny tyto prßce v²znamn∞ p°ispφvajφ ke zv²Üenφ bezpeΦnosti naÜich jadern²ch elektrßren a jsou podkladem pro jejich pr∙b∞₧nou modernizaci.
SouΦßstφ ┌stavu jadern²ch v²zkum∙ je i Centrßlnφ analytickß laborato°, kterß je Φlßnkem sφt∞ zßrukov²ch laborato°φ Mezinßrodnφ agentury pro atomovou energii ve Vφdni. Tyto laborato°e poskytujφ analytickΘ slu₧by p°i kontrolßch jadern²ch materißl∙ a da°φ se jim mimo jinΘ urΦovat p∙vod paÜovan²ch zßsilek obohacenΘho uranu. Laborato°e sledujφ i v²skyt um∞l²ch radionuklid∙ v ₧ivotnφm prost°edφ naÜe Centrßlnφ analytickß laborato° monitoruje nap°φklad obsah radioizotop∙ cesia v bor∙vkßch a houbßch na ·zemφ ╚eskΘ republiky.
┌stav jadern²ch v²zkum∙ i cel² °e₧sk² areßl nynφ opustφme. P°ed tφm se musφme omluvit vÜem, na kterΘ se nedostalo: v∞dc∙m, kte°φ pracujφ u Van de Graaffova urychlovaΦe nebo u argonovΘho laditelnΘho laseru, t∞m, kte°φ se experimentßln∞ zab²vajφ spolehlivostφ elektrick²ch kabel∙ p°i extrΘmnφch podmφnkßch, i t∞m, kte°φ vyvφjejφ pro svΘ kolegy poΦφtaΦov² software Üit² na mφru. Zp∞t do Prahy nßs odveze vlak, kter² zde stavφ na svΘ cest∞ z Kralup nad Vltavou. Jestli n∞kdy po tΘto trati pojedete, urΦit∞ si nezapome≥te vÜimnout malΘ, nenßpadnΘ zastßvky ╪e₧ a m∙stku pro p∞Üφ, kter² vede p°es Vltavu p°φmo k areßlu obou ·stav∙. Denn∞ jej p°echßzejφ desφtky jadern²ch fyzik∙ na svΘ cest∞ do jednoho z mßla mφst, kde nejsou atomovß jßdra p°φliÜ malß na to, aby je mohli lidΘ pozorovat.