Evropská laboratoř fyziky částic CERN je vládní výzkumné centrum na fancouzsko-švýcarské hranici nedaleko Ženevy. Za 52 let své existence se ve svém oboru stalo laboratoří číslo jedna na světě. Disponuje špičkovým vybavením, na kterém pracují tisíce vynikajících techniků a vědců včetně sedmi nositelů Nobelovy ceny. Rada CERN, která je od roku 2006 uznána Evropskou unií i jako vrcholný orgán pro formulování strategie v oblasti fyziky částic pro celou Evropu. Vládní zmocněnec pro spolupráci s CERN, profesor Jiří Niederle, mě přijal ve své kanceláři ve Fyzikálním ústavu Akademie věd ČR. Prof. Niederle zemřel v neděli 22. 8. 2010 (Tato verze článku je delší než verze publikovaná) 1/7
Cítíte se, s ohledem na svůj životopis, být Evropanem? Ano, pokládám se za Evropana, alespoň v duchovně-kulturním smyslu - jako vyznavač díla J.A. Komenského či T.G. Masaryka a dalších. Být ale skutečným Evropanem, jak měl patrně na mysli hrabě Coudenhove-Kalergi v našich Poběžovicích, když navrhoval začátkem 20. století vlajku a formuloval ideu seskupení evropských zemí, tak k tomu ještě chybí existence Spojených států evropských. Současná Evropská Unie sice integruje jednotlivé evropské země, ale k jednotnému státu má ještě daleko. Její členové se v celé řadě zásadních otázek neřídí společným stanoviskem, strategií a politikou. Pokud se to nezmění, myslím, že Evropa i jako celek, bude mít velké potíže přežít ve světě ekonomické globalizace a populační exploze. Nicméně zdá se, že ve vědecké oblasti koordinace funguje dobře. CERN, Evropská laboratoř fyziky částic, se dá označit jako ukázkový výsledek spolupráce evropských vědců, funguje už nějakých 52 let. Co vlastně podnítilo jeho vznik? Byly to, bezprostředně po Druhé světové válce, hlavně tři důvody. Za prvé dostat Evropu do vedoucí pozice ve fyzice a dalších přírodních vědách tak, jak tomu bylo před válkou. Nástup fašismu totiž způsobil, že z Evropy odešla spousta vynikajících vědců, většinou židovského původu, která nalezla nový domov hlavně ve Spojených státech. Jednalo se o desítky špičkových vědců, z nichž mnozí obdrželi později Nobelovu cenu. Za druhé Evropa, která byla válkou velmi oslabena a rozvrácena, zažívala ohromný únik mozků do Ameriky. Aby se mu zabránilo, vyzval v roce 1949 francouzský fyzik Louis de Broglie (nositel Nobelovy ceny z roku 1929 za objev vlnového chování hmotných částic) na konferenci UNESCO v Lausanne, aby evropské země spojily své finanční, technické a personální zdroje a vytvořily společná vědecko-výzkumná centra např. v oblasti jaderné fyziky apod., která by mohla konkurovat špičkovým badatelským centrům USA. A konečně třetím důvodem vzniku CERN byla potřeba znovu zapojení Německa do evropské spolupráce. Toto středisko založilo původně 12 západoevropských zemí. Dnes má 20 členských zemí a mnoho tzv. pozorovatelů. S CERN vlastně nějakým způsobem spolupracují všechny vyvinutější země. Je to otázka prestiže? Neřekl bych, že je to otázka prestiže, ale spíše nutnosti. Chcete-li se totiž podílet na výzkumu ve fyzice částic, tj. na první frontě současného fyzikálního výzkumu, musíte úzce spolupracovat 2/7
s řadou zemí, neboť těžko naleznete v jedné (i velké) evropské zemi dostatečné množství potřebných finančních, technických i personálních zdrojů. Např. finanční náklady na vybudování nejmodernějšího vysokoenergetického urychlovače částic a na detektory zachycující srážky částic urychlených tímto superurychlovačem dosahují částek přes miliardu Eur, částek, které jsou srovnatelné s náklady na největší astronomické teleskopy či náklady na přečtení struktury genů. A čím přesně se vědci v CERN zabývají? Fyzikové tam zkoumají vlastnosti a chování jak nejmenších částic hmoty, tak i základních sil, jež mezi těmito částicemi působí. Hledají tedy odpovědi na otázky co je hmota, jaká je její struktura i původ a jak z ní vznikají tak složité objekty, jako jsou hvězdy, planety a sám člověk. Vědce také zajímá, díky pozoruhodnému propojení mezi mikrosvětem a makrosvětem, jak vznikl vesmír, čím je určena jeho současná podoba a kam směřuje. Jsou to otázky, jejichž řešení vedou k novým, nejfundamentálnějším poznatkům, ale i k prodloužení lidského života a zvýšení jeho kvality. Tak, jako biologové ke studiu nejmenších struktur potřebují mikroskopy, částicoví fyzikové používají urychlovače a detektory. V současnosti se v CERN buduje nový urychlovač. Ano, nový obří urychlovač, tzv.lhc (Large Hadron Collider), je vůbec největším vědeckým zařízením, které kdy lidé budovali. Je umístěn v kruhovém tunelu dlouhém 27 km v hloubce 100 až 150 m pod zemí a tvoří ho asi 1600 supravodivých magnetů pracujících při teplotě -2710C spolu s řadou urychlovacích supravodivých dutin. Má být spuštěn v příštím roce. Podobně fascinující jsou i detektory v CERN, které mají zachycovat výsledky srážek urychlených svazků částic. Jsou velikosti osmipatrových domů, obsahují přes deset miliard transistorů, stovky tisíc speciálních, v přírodě běžně neexistujících krystalů a superrychlou, radiačně odolnou optoelektroniku. Zrealizovat toto všechno musí představovat vyřešení obrovského množství technických problémů, vyvinutí velkého množství špičkových technologií a nových materiálů i uhrazení neméně velkých finančních nákladů! Máte pravdu, i když je nový urychlovač LHC realizován velmi ekonomicky (neboť využívá starší urychlovače jako urychlovací předstupně urychlovačů nových) a je převážně financován v rámci běžného rozpočtu CERN, bude stát úctyhodnou miliardu švýcarských franků! Jaký je roční rozpočet CERN a kolik do něj přispívá Česká republika? 3/7
Rozpočet CERN je ve výši asi jedné miliardy švýcarských franků ročně. Každá členská země do něj přispívá podle výše svého čistého národního důchodu; Česká republika částkou rovnou asi 0,8% rozpočtu. Jak byste vysvětlil přínos takového střediska lidem, kteří úplně nesdílí nadšení vědců z odhalování nových vlastností kvarků, leptonů či možnosti výroby antihmoty? Jaké jsou výstupy takového centra použitelné v praktickém životě? Mohl bych krátce odkázat na historii vědy, která nás učí, že odhalení dalších tajemství přírody byla vždy později klíčem např. k novým zdrojům energie, k novým komunikačním prostředkům, k novým přenosům elektrické energie, novým materiálům neobvyklých vlastností apod. Zmíním se však o několika konkrétních aplikačních výstupech CERN, která se již uplatňují v praktickém životě dnes. Jsou to např. detektory částic vyvinuté pro subjadernou fyziku, které se dnes používají v medicíně k nejpřesnější diagnostice nádorových onemocnění. Moderní léčba těchto onemocnění zase využívá k likvidaci nádorů jejich ozáření pomocí svazků protonů či lehkých iontů. To má proti běžnému ozáření roentgenovým zářením či svazky elektronů několik výhod: nedochází prakticky k poškození zdravých tkání v okolí nádoru, což umožňuje mnohem úspěšnější léčbu očních nádorů nebo nádorů u dětí, nedochází prakticky k recidivám onemocnění atd. Dalším příkladem mohou být supravodivé magnety vyvinuté pro moderní urychlovače a detektory částic. Dnes se takové magnety, které dosahují intenzit magnetického pole 9 a více tesla, užívají v železniční dopravě, v nejmodernějších supervlacích. Tipnul bych si, že i oblast výpočetní techniky a zpracování informací musí být v CERNU na vysoké úrovni... Ano, to je další velice významná aplikační oblast. Pomocí urychlovače LHC bude realizováno asi 980 milionů srážek částic za vteřinu. Jejich analýza bude vyžadovat zpracování většího množství informací, než je to, které dnes zpracovávají všechny evropské země dohromady. Vysoké nároky na výpočetní techniku byly v CERN kladeny i v minulosti a proto nás asi nepřekvapí, že tamní výpočtové centrum bylo místem, kde se zrodila nejrozšířenější informační síť na světě World Wide Web (WWW). Je také místem, kde se dnes vytváří i podstatná část nové sítě GRID, která má být schopna přenosu petabytů (tj.1015 bytů) dat čili přenosu dat obsažených asi na 100 000 DVD! V praxi to bude znamenat revoluci jak v dostupnosti prakticky ke všem informacím na světě, tak i v dostupnosti ke vší momentálně nevyužité výpočtové kapacitě počítačů propojených sítí GRID, a to v každé - na GRID napojené - vesničce. Jednou věcí, se kterou stojí a padá i celý CERN, je energie. Stal jste se jedním z řešitelů návrhu energetické koncepce pro Evropský parlament pro budoucí léta. Může se v budoucnu tato otázka stát nadřazenou všem problémům, před kterými lidstvo stojí dnes? Jaké máme vyhlídky? Dostatek a dostupnost energie je jednou z nutných podmínek pro blahobyt lidstva. Ukazuje se, že zvýší-li se ekonomická úroveň země o jistý počet procent, zvýší se i potřeba energie dané 4/7
země, a to o poloviční počet těchto procent. Podle realistických odhadů budeme v roce 2050 potřebovat dvojnásobné množství energie na osobu než dnes, a navíc do tohoto roku naroste počet lidí z dnešních 6 miliard asi na 10 miliard. Tento prudký nárůst spotřeby energie v budoucnosti nebude možné pokrýt spalováním fosilních paliv, jako dosud. Lidé budou muset využít různé obnovitelné zdroje, ale hlavně využít jaderné energetiky, která jediná ze všech známých energetických technologií je schopna zajistit požadované množství energie ekologicky, za přijatelnou cenu a na dlouhá období. Ochrana ovzduší a energetická politika budou za německého předsednictví EU patřit mezi stěžejní témata. Německá kancléřka Angela Merkelová se vyslovila pro delší využití německých jaderných elektráren, které měly být původně uzavřeny v roce 2020. Takže i Vy se přikláníte k jaderným reaktorům. Ano. Ne však k reaktorům, které používáme dnes. Vy v současnosti usilujete o účast ČR na vývoji nových jaderných reaktorů k likvidaci jaderného odpadu a bezpečné, dlouhodobé výrobě elektřiny. To je záležitost, která musí být mezinárodně koordinována a dobře zvážena. A také přivedena k životu bez dlouhých prodlev. Toto téma by si zasloužilo samostatný rozhovor, ale můžete aspoň naznačit, před čím lidstvo stojí? Odpověď bych rozdělil do tří částí. 1) Současné jaderné reaktory (a je jich asi 45O) využívají hlavně uran U-235, který tvoří asi 0,7% uranových rud. Těžší isotop uranu U-238, který tvoří asi 99,3% uranových rud, není schopen řetězové reakce a zůstává nevyužit. Je štěstím pro jadernou energetiku, že pomocí U-235 umíme ve speciálních rozmnožovacích reaktorech uměle připravit další dvě atomová jádra, která mají schopnost se štěpit a produkovat řetězovou reakci, tedy připravit nové jaderné palivo, a to dokonce v množství, které je větší než jaderné palivo v rozmnožovacím reaktoru spálené. Novými jádry s řetězovou reakcí je jádro plutonia Pu-239 a jádro uranu U-233. První připravujeme z uranu U-238 a druhé z thoria Th-233. To nám poskytuje ohromné možnosti, neboť k přípravě jaderného paliva můžeme využít veškerou uranovou rudu a navíc i rudu thoriovou, které je na světě třikrát více než uranové. Tím máme k dispozici paliva do jaderných reaktorů nejméně na 600let. 2) U současných reaktorů s termálními neutrony se nejvíce diskutují tři problémy: jaderný odpad, bezpečnost a možnost vojenského či teroristického zneužití i různé technologie, které tyto problémy odstraňují nebo minimalizují (např. technologie ADTT, APPu, APT využívající urychlovače částic). 5/7
3) Co se asi konkrétně provede. Ve Spojených státech, v Kanadě, Japonsku, Číně, Indii a Koreji se staví a projektují desítky nových jaderných elektráren. V Evropě v krátkodobém intervalu (během několika let) se uvažuje (hlavně ve Finsku a Francii) nahradit staré jaderné reaktory mnohem ekonomičtějšími a bezpečnějšími reaktory lehkovodními, jako je např. EPR (European Pressurised Water Reactor). V delším období (10-50 let) se uvažuje využít reaktory na rychlé neutrony, tzv. reaktory IV.generace, jako je třeba GFR (Gas.Cooled Fast Reactor), v jehož jaderném odpadu je mnohem méně dlouhožijících radioisotopů a který také může být použit k výrobě kapalného vodíku - eventuálního paliva pro budoucí dopravu. Poznamenejme, že EU má zájem ještě o vývoj dalších pěti reaktorů IV.generace. V horizontu 75-100 let se pak očekává podstatný pokrok ve výrobě jaderné energie pomocí fúze lehkých prvků. 6/7
Prof. v mezinárodně často období na inženýrské vicepresidentem. mezinárodních Praze. Matematicko-fyzikální Ing. citovaných předsedou Je Jiří ČVUT vedoucím Niederle, uznávaným ocenění. vědeckých v Člen Rady Praze. vědeckým tří DrSc. pro fakultě expertem zahraničních Odzahraniční (*1939) prací roku pracovníkem Univerzity a1992 vtři vystudoval matematické Akademií, odborné styky je členem Karlovy afyzikálního členem knihy. Fakultu Dr.h.c. Rady aačásticové na Po předsednictva technické CERN, Fakultě SÚ roce ústavu a nositel fyzice. 1989 3x jaderné Akademie byl a jaderné byl řady Publikoval zvolen AVtři ačr. fyzikálně prestižních volební věd fyziky jejím Přednáší ČR 216 ČVUT a 7/7