MATERIÁLY PRO NOVÉ TISÍCILETÍ 08/2014 registrační číslo projektu CZ.1.07/2.3.00/35.0009 (Supravodivé) PRAMENY Do světa VĚDY a TECHNIKY Čína JEDE! Expedice MARS poznej VESMÍR
ZAČÍNÁME Seznamte se s projektem Materiály pro nové tisíciletí Materiály pro nové tisíciletí jsou koncipovány jako projekt popularizace vědy a výzkumu. Projekt je zaměřen na 3 důležité oblasti, jejichž činnost je provázána na řadu dalších. Jedná se o: popularizaci v oblasti materiálového výzkumu (jakožto základního stavebního kamene dalších vědních a konstrukčních oborů); popularizaci v oblasti kosmu, astronomie a jevů ve vesmíru; popularizaci v oblasti řízené termojaderné fúze. V současné době právě v těchto odvětvích chybí celé dvě generace výzkumných pracovníků. Vysoké školy stále trpí nedostatkem schopných mladých vědců, kteří by neodcházeli do soukromé sféry či do zahraničí. Věříme, že vytvoření komplexních popularizačních materiálů spolu s informovaností žáků, studentů i jejich pedagogů povede ke zlepšení konkrétních kompetencí pracovníků a zajistí udržitelnost vědy a výzkumu i pro další generace. Realizovaný projekt je podpořen v rámci Operačního programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost, konkrétně v oblasti podpory 2.3 - Lidské zdroje ve výzkumu a vývoji. Období realizace projektu je 01.07.2012-30.06.2014. PARTNEŘI Asistenční centrum, a.s. www.asistencnicentrum.cz Česká kosmická kancelář o.p.s. www.czechspace.cz Ústav fyziky plazmatu AV ČR, v.v.i. www.ipp.cas.cz CÍLOVÉ SKUPINY žáci základních a středních škol z 5 zapojených krajů (zájemci o vědecko- -výzkumnou práci); pedagogičtí pracovníci základních a středních škol (pracovníci v oblasti seznamování žáků s výzkumem a vývojem); studenti prvního stupně terciárního vzdělávání (bakalářského studia) v technických studijních oborech (zájemci o působení ve vědeckých oborech). HLAVNÍ AKTIVITY cykly přednášek; dny otevřených dveří u žadatele a partnerů; ú čast na výstavách, sympoziích a konferencích; vydávání publikací; semináře pro pedagogické pracovníky; natočení krátkých popularizačních fi lmů; celoroční kroužek pro žáky základních a středních škol; další vzdělávání v oblasti soft skills; interaktivní webové stránky. ŽADATEL PROJEKTU Vítkovice - výzkum a vývoj - technické aplikace a. s. www.vitkovice.net 2 MAT21
EDITORIAL Úvodní slovo k projektu Chce se mi zvolat: Tak a jdeme do fi nále, vážení!, je to totiž smutná pravda. Právě se Vám dostalo od ruky poslední číslo našeho časopisu, který jsme pro vás, čtenáře, připravovali čtvrtletně od zahájení našeho projektu Materiály pro nové tisíciletí, až k dnešnímu dni. Toto, již osmé, číslo je plné zajímavých informací ze světa tokamaků, vesmírných dobrodružství, ale na to jste si již během předchozích vydání jistě zvykli. Nechce se mi věřit, jak rychle můžou dva roky utéci, nejspíše to bude tím, kolik různorodých akcí, návštěvních dní, přednášek a seminářů jsme pro vás mohli připravit. Navštívili jste hvězdárny, místo kde dokáží vyrobit teplotu o miliónech kelvinů, či kde se z železa vyrábí ocel. Mám radost, že jsem byl součástí týmu, kterému se podařilo splnit vše, co jsi předsevzal a pevně věřím, že náš čas a energie do tohoto projektu vložená se bude jen násobit, že ve vás poroste touha poznávat nepoznané a učit se nové věci, díky kterým budeme schopní rozsvítit slunce na zemi a navštěvovat vzdálené planety. To vše by sem nám nikdy nepovedlo bez vašich skvělých učitelů, kteří si našli čas a ve volných chvílích se vás snažili zasvětit do tajů astronomie, fyziky či robotiky. Velké díky patří vám! Přeji vám, našim čtenářům, abyste se v dalších letech setkávali s moudrými lidmi, kteří se vám budou svět kolem vás snažit přiblížit a jednou, jednou snad se nám podaří cestovat vesmírem stejně snadno, jako nyní jezdíme automobilem, i možná právě díky využití energie z termojaderné fúze za využití nových materiálů, ale to už je úkol který čeká na některého z vás. Takže vážení a jde se do fi nále!, musím zvolat a ještě jednou poděkovat. Ing. Jiří Režnar Vítkovice - výzkum a vývoj - technické aplikace a. s. OBSAH 3 4 5 6 7 8 9 10 13 14 15 16 Úvodní slovo k projektu Tokamak ITER KOMUNIKUJE s veřejností TOHLE se nemělo STÁT Do světa VĚDY a TECHNIKY (Supravodivé) PRAMENY Expedice MARS poznej VESMÍR Zajímavosti z domova i ze světa, VOX POPULI Čína JEDE! 17 18 19 21 22 23 24 25 26 27 28 Náhlá smrt = GÓL? NE, QUENCH! Které jsou nejběžnější prvky ve vesmíru, na Zemi a v nás?, POZNÁVAČKA TERMOGRAMŮ Což takhle VYTISKNOUT si ŠPENÁT? Tři TERMOJADERNÁ VÝROČÍ aneb proč se tokamak nejmenuje tokomag FUSION ROADMAP - Cesta k fúzi Pošlete své JMÉNO K ASTEROIDU 3D obrázky Materiály pro nové tisíciletí 08/2014 Datum vydání: 06. 06. 2014 Místo vydání: Ostrava - Poruba Vydavatel: Vítkovice - výzkum a vývoj - technické aplikace a. s., IČ 27677257, Ostrava, Poruba, Studentská 6202/17 Periodikum: čtvrtletník Náklad: 200 ks Evidenční číslo: MK ČR E 21088 Autor: kolektiv autorů Kontakty: info@materialy21.cz, http://www.materialy21.cz Tento časopis vzniká s přispěním Evropského sociálního fondu a státního rozpočtu České republiky v rámci projektu Materiály pro nové tisíciletí (registrační číslo CZ.1.07/2.3.00/35.0009). MAT21 3
TERMOJADERNÁ FÚZE Tokamak ITER KOMUNIKUJE s veřejností Kus za provensálskou vesnicí Cadarache se staví obří tokamak ITER, tolik Události České televize z 27. června 2013. Zajímavé je, že žádná vesnice takového jména neexistuje a tak tokamak ITER se sice může stavět kus za něčím, ale jiným. Staví dva kilometry za největším francouzským střediskem pro výzkum atomové energie CEA Cadarache. Tokamak ITER nebude vyrábět elektřinu, takže se ve Francii nestaví ani elektrárna budoucnosti, jak dále tvrdily jinak jistě objektivní Události. CEA Cadarache se jmenuje podle kaple, která v lesích kolem řeky Durance kdysi stála. V CEA Cadarache výzkumníci atomy jednak štěpí reaktor Jules Horowitz a jednak slučují supravodivý tokamak Tore Supra. Proč jsem začal zdánlivě nepodstatnými fantaziemi veřejnoprávní televize? Protože žádnou takovou nepřesnost si nemůže dovolit Local Commision for Information, kterou francouzština zkrátila na CLI. 42 členů CLI spolupracuje na jedné straně s Oddělením bezpečnosti a kvality (DSQS) ITER organization a na straně druhé s obyvateli okolí staveniště. Uvážíme-li vzdálenější okolí, tak poblíž staveniště žije na 200.000 obyvatel. Tokamak ITER je první fúzní zařízení, které získalo jadernou licenci a není divu, že se lidé, za jejichž humny vyrůstá ono podivné zařízení, nejprve ptali po bezpečnosti budoucího tokamaku. CLI odvedla dobrou práci a dnes už obyvatele netrápí ani tak otázka jaderné bezpečnosti jako bezpečnosti sociální. Kdo budou zaměstnanci na staveništi? Kde budou bydlet? Jak budou dojíždět do práce? Otázky jsou jistě na místě, neboť staveniště v konstrukční špičce bude osídleno až třemi tisíci dělníky, techniky a inženýry. Objevily se zprávy o podivných existencích pracujících za podřadné mzdy. Tyto neopodstatněné obavy CLI eliminovala prohlášením o francouzských zákonech, kterým všichni zaměstnanci budou podléhat. V sázce je příliš, než aby důvěra Francie byla narušena Dopravní trasa ze středomořského přístavu Fos sur Mer do Saint-Paul-les-Durance pro komponenty tokamaku ITER. Mapa použita s laskavým svolením ITER. Zdroj: www.iter.org/img/resize-900-90/www/content/com/lists/websitetext/attachments/131/itinerary_1.jpg obcházením zákonů o zaměstnanosti hostitelské země. Ze zkušeností se složením pracovníků na stavbě Evropského tlakového reaktoru ve Flamanville se předpokládá, že 80 % budou Francouzi a zbytek z ostatních zemí Evropské unie. Kromě jiného bude tedy ITER i významným zdrojem pracovních míst. Ubytování budou hledat společnosti fungující v rámci Vinici, což je konsorcium fi rem pracujících na stavbě ITER. Už dnes je vytipováno 19 ubytovacích lokalit s časem dojezdu na stavbu do 30 minut. Aktuální růst stavebních aktivit sebou nese organizační výzvy pro kompetentní instituce zahrnuté do konsorcia a je určitě jejich povinností vysvětlovat obyvatelům jak se tyto výzvy budou řešit. Než byla stavba ITER přidělena Evropské unii, probíhaly nesmlouvavé (diplomatické) boje mezi Rokkasho Muro a Cadarache, mezi Japonskem a Evropou. Zatímco argumentem Evropy byla nemalá sesimistická aktivita ostrova Hokaido, Japonci měly spočítané tunely, mosty a snad každou zatáčku na sto kilometrech od mořského přístavu Fos sur Mer nedaleko Marseille či spíše přístavu La Pointe na jezeře v Bere do Cadarache. Bylo jich 26 - tedy těch tunelů, mostů 30 a 16 zatáček co se musely rozšířit, zpevnit, zatáčky narovnat, aby se konvoje s mimořádným nákladem mohly protáhnout po silnici od vylodění na místo určení. Třetinu ze 110 milionů Eur zaplatil region Bouches-du-Rhone a zbytek stát Francie. Sedm partnerů nejdražšího pozemského vědecko-technického projektu na světě budou své závazky platit ve formě výrobků, což mimo jiné znamená, že do Cadarache budou proudit části tokamaku doslova z celého světa. Šestnáct je vesnic, kterými projede v letech 2014 až 2022 deset tisíc nákladních aut, dvě stě těžkých konvojů. V září 2013 a v březnu 2014 projely celou trasu testovací konvoje. První vyzkoušel techniku a druhý logistiku. Ta ostatně byla konzultována s nedalekým Toulouse, kde se vyrábějí Airbusy a tudíž i přepravují jejich části. Jak takový testovací konvoj vypadal? Vezl na 88 (!) nápravách 360 betonových bloků, což odpovídá 800 4 MAT21
TERMOJADERNÁ FÚZE Vlevo řeka Durance, vpravo silnice upravovaná pro přepravu komponent tokamaku ITER. Fotografi e použita s laskavým svolením ITER. Zdroj: www.iter.org/album/transport#215 Testovací dopravník vezl 800 tun 360 betonových bloků, byl 40 m dlouhý, 9 m široký a 11 m vysoký s 88 nápravami. Obrázek je použit s laskavým svolením ITER. Zdroj: www.iter.org/doc/all/ content/com/gallery/construction/transport/iter%20 mock%20up%20design_small. jpg tunám nákladu. Rám simuloval maximální očekávané rozměry, byl 60 metrů dlouhý, 11 metrů vysoký a 9 metrů široký. Konvoj jel pouze v noci. Pro pomalé konvoje se počítá při rychlosti 5 km/hodinu pět nocí, rychlé konvoje zvládnou 104 km za 2 noci při průměrné rychlosti 10 km/hod. První skutečné zásilky přijedou již letos. Dopravu po vodě, souši a vzduchem, pojištění, vlastně veškerou logistiku dopravy od výrobního závodu do přístavu La Pointe či na letiště Marignane obé poblíž Marseille zajišťuje fi rma DAHER. Do těchto dvou míst hradí náklady na dopravu příslušné Domácí agentury ITER. Od Marseille přebírá odpovědnost a úhradu nákladů evropská Domácí agentura ITER - F4E (Fusion for Energy). Na trase ze středomořského přístavu Fos sur Mer přes vnitrozemské moře Etang de Berre do nejbližšího místa stavby ITER, to je Saint Paul-lez-Durance, se nachází šestnáct vesnic. Nikdo nezapírá, že přeprava komponent pro ITER nebude pro obyvatele těchto míst značná zátěž. Už dnes probíhá intenzivní vysvětlující kampaň, jsou připravena předváděcí místa, kde si budou mocí lidé nezvyklé, mimořádně rozměrné zásilky prohlédnout zblízka: přístav Port de la Pointe a městečko Peyrolles-en-Provence poblíž místa pro ITER. Budou se vozit nejprve části použité v nejnižších patrech stavby. Úplně první zásilky budou tento rok tanky drenážního systému. Nejtěžší kusy segmenty vakuové komory a jednotlivé cívky toroidálního pole přijdou na řadu v letech 2015 až 2017, komponenty, které vyrábí Evropa a Korea. Dálkově ovládané vozidlo fi rmy DAHER, které se bude podílet na dopravě mimořádně rozměrných částí tokamaku ITER z přístavu Fos sur Mer na staveniště Cadarache. Fotografi e použita s laskavým svolením ITER. Zdroj: www.iter.org/ album/transport#2531 Když začátkem minulého století začínaly výboje ve zředěných plynech ve skleněných baňkách o hmotnosti ne větší než kilogram, nebylo v lidských silách si představit skutečnost o sto let mladší, kdy místo skla nastoupila ocel a místo kilogramu tisíce tun. Milan Řípa Zdroj: volně podle ITER Newsline www.iter.org/ newsline MAT21 5
PROTON VS. ELEKTRON TOHLE se nemělo STÁT Byla jednou jedna singularita. Jednalo se o nesmírně hmotný a hustý bod, ve kterém se vyvinul enormní tlak, jaký si člověk nedokáže ani představit. A pak se to stalo. Naše ubohá singularita už to napětí nevydržela a vybuchla v takzvaný Velký třesk. Uvolnilo se ohromné množství energie a tento okamžik se tedy označuje jako vznik našeho vesmíru. Spolu s vesmírem vznikly i subatomární částice. A já budu vypravovat příběh dvou z nich. Jak už jsem řekl, při vzniku vesmíru vznikly i maličkaté částice, konkrétně protony a elektrony. Jak už napovídají jejich elektrické náboje, byl proton kladný jak nábojem, tak i povahou a elektron naproti tomu záporný se zápornou povahou. A tady začíná náš příběh. Dostal jsem geniální nápad. Donutím všechny kladně nabité částice obíhat kolem nás, záporně nabitých, promlouval sám k sobě záškodník Elektron. Ještě téhož dne záškodník Elektron vtrhl do pracovny profesora Protona a řekl mu svůj plán: Donutím vás, všechny kladně nabité částice, obíhat kolem nás, záporně nabitých. To nemůžeš! Vznikla by antihmota, která anihiluje s normální hmotou, což způsobí obrovský výbuch, zvolal mnohem chytřejší profesor Proton. To nemůže být pravda! Jen se mě snažíš zastrašit, odvětil Elektron. Když myslíš.. Jestli na tom stále trváš, budu tě muset polapit svou 1.800 x větší přitažlivou silou, odpověděl profesor Proton. To neuděláš! Neeeeeeeeeeee! zařval záškodník Elektron. Toto byla poslední slova Elektronu před tím, než byl polapen. Tím, že proton polapil elektron, který teď musí obíhat kolem něj, vznikl prvek známý jako vodík. Je to nejjednodušší prvek ve vesmíru. Má jen jeden proton, elektron a na rozdíl od jeho izotopů a jiných prvků mu chybí neutron v jádře. Ale mohlo tomu být úplně jinak, pokud bychom měli jiné fyzikální zákony.. Martin Repčík, IV.A8 Gymnázium, Olomouc - Hejčín, Tomkova 45 Klub malých debrujárů 6 MAT21
iqlandia Do světa VĚDY a TECHNIKY Ve středu 16. dubna 2014 navštívili debrujáři klubu Jablonec nad Nisou se spolužáky v rámci projektu MAT 21 nově otevřené science centrum iqlandia v Liberci. Po čtyři hodiny pronikali do světa vědy a techniky a hráli si s interaktivními exponáty. V planetáriu jsme zhlédli fi lm promítaný na 9metrovou kopuli. Ten nás zavedl k jarní hvězdné obloze a při společném putování s panem Darwinem jsme pochopili jeho teorii o evoluci druhů. V deseti interaktivních expozicích je na čtyři stovky exponátů. Exponáty Věda v domě aneb Jak věci fungují nám pomohly nahlédnout pod povrch věcí, které běžně používáme. Prozkoumali jsme, co se skrývá ve zdech domu, kam vedou trubky a elektrické dráty. Na panelech Češi světu jsme se seznámili s životopisy a díly mnoha českých vynálezců. Expozice Technické univerzity Liberec aneb Svět nápadů a objevů nám přiblížila svět nanotechnologie a jejího využití v dnešním světě. V GEOlabu jsme se dostali do nitra Země, pod povrch České republiky, zejména k její geologii, do světa krápníků, jeskyní a hornin. Vyzkoušeli jsme si i práci se seismografem. Ve vodním světě jsme si pohráli s vodou, stavěli si vodní mlýnky a hráze, zkoumali proudění a sílu vody. V pavilonu Živly jsme vyzkoušeli sílu vichřice i zemětřesení. Změřte si sílu svých paží! Zdroj: soukromý archiv klubu Projděte se nad střechami mrakodrapů! Zdroj: soukromý archiv klubu Ve Zvukové věži jsme si zahráli s netradičními zvuky a ze 4. patra budovy jsme měli rozhled po celém Liberci. Do expozice Geo jsme prošli hvězdnou branou, na skateboardu jsme prolétli celou sluneční soustavou, vyzkoušeli si gravitaci na Měsíci. V relaxačním prostoru jsme si vyzkoušeli vodní stěnu Flash Wall. Na vodu padající z výšky 3,5 m jsme promítali vlastní obrázky, které byly ještě doplněny barvami a hudební fontánou. Zažijte zemětřesení na vlastní kůži! Zdroj: soukromý archiv klubu Exponáty Člověk aneb Cesta do hlubin lidské duše byla velmi zajímavá. Změřili jsme si objem vlastních plic a na obrovských exponátech oka, ucha a nosu jsme si vyzkoušeli fungování lidských smyslů. Největší obdiv měl však humanoidní robot. Cestujte ve stroji času! Zdroj: soukromý archiv klubu Po dni plném zážitků jsme se rozloučili s panem Einsteinem, který sedí na lavičce před centrem, a domů jsme odjížděli plni dojmů. Návštěva iqlandie je opravdu stojí za to, děkujeme. Mgr. Alena Šáfrová Základní škola Jablonec nad Nisou, 5. května 76, příspěvková organizace MAT21 7
TERMOJADERNÁ FÚZE (Supravodivé) PRAMENY Technici Ústavu fyziky plazmatu čínského Hefei navíjejí právě vyrobený supravodivý kabel. Fotografi e použita s laskavým svolením ITER. Zdroj: www.iter.org/img/resize-250-90/www/content/com/lists/websitetext/attachments/22/coiling.jpg Jako provázky se horské potůčky klikatí do stříbrných bystřin a ty se splétají do rychlých mělkých řek klouzajících po oblých kamenech až tu mohutný, těžký a líný veletok se noří do všeobjímajícího moře tak vzniká cable in conduit = supravodivá cívka - základ magnetického udržení termojaderné reakce, základ řešení nejdůležitější otázky současné společnosti: Bude či nebude globální ne/dostatek energie? Na rozdíl od druhého přístupu, kdy při tak zvaném inerciálním udržení termojaderného plazmatu, není třeba žádných nesmírně nákladných supravodivých cívek, jen trocha termojaderného paliva ozářeného nepředstavitelným výkonem laserového paprsku. Obr (laser) a trpaslík (terčík) zatím nenašli společnou řeč a tak veškerá zodpovědnost zůstala na supravodivých cívkách, které ovšem také nejsou z nejmenších. Naopak, supravodivé cívky tokamaku ITER svými parametry rychle překonají vše, co dosud člověk vyrobil včetně největších supravodivých vinutí částicových urychlovačů v CERNu. Poezie v úvodu chtěla naznačit, že nejprve tu je mikronové supravodivé vlákno (fi lament) z Nb 3 Sn či NbTi, to se stočí do žíly, ta se smotá do pramene (strand) a konečně prameny se sdruží do šesti svazků (boundles) kolem trubky protékané tekutým heliem (cabel). Kabel je pak nutné uložit do kovového pláště (conduit, jacket). Nesmíme zapomenout na příměs měděného drátu a elektrickou izolaci z kaptonu a pryskyřice. Posledně zmíněné úpravy mají zabránit destrukci supravodiče v případě nečekané a náhlé ztráty supravodivosti (quench), kdy je třeba nahromaděný elektrický proud odvést do bezpečí a uklidnit indukovaná elektrická napětí. Hle a supravodič je připravený vytvářet dostatečně silné magnetické pole, aby odradil termojaderné plazma od zaječích úmyslů utéci tam, kde nechal fyzik či spíše inženýr díru. Faktem je, otvorů je v nerezovém plášti požehnaně, ale ty určitě neslouží k tomu, aby si plazma vyšlo na procházku mimo svůj domov vakuové komory. Průduchy jsou připraveny pro diagnostiku, přívod a odvod paliva, 8 MAT21
TERMOJADERNÁ FÚZE Cívky toroidálního pole spolupracuje celý svět Cívky toroidálního pole Rámy cívek toroidálního pole Vodič To není znázornění útoku 1. ukrajinského frontu proti německé skupině armádě Střed, ale pohyb supravodivého vlákna od výrobce přes zpracovatele na místo spotřeby. Schéma použito s laskavým svolením ITER. Zdroj: www.iter.org//doc/www/content/com/lists/stories/attachments/1653/tf%20collaboration.jpg výměnu poškozených komponent z vnitřku komory. Pokud se plazmatu přece jen podaří zajištěnou obranu prorazit, není to pro první stěnu (First Wall) nic co by ji těšilo. Musí být proto vybrány materiály, které jsou na takové nepříjemnosti dobře připraveny. Zkrátka a dobře, kvalitní magnetické pole mezinárodního tokamaku ITER, potřebuje kvalitní supravodivé elektromagnety a o to se dnes stará prakticky celý svět. Pět států a Evropská unie začalo v roce 2009 vyrábět materiál Nb 3 Sn a dnes dosáhly hranice 400 tun! Do této doby celý svět za rok vyráběl pouhých 15 tun! Dnes má konsorcium ITER připraveno 80.000 kilometrů vlákna, kterým by rovník obtočilo hned dvakrát! Vlákno vyrábí osm kvalifi kovaných fi rem, včetně tří na trhu zcela nových. Jedna z osmnácti cívek toroidálního pole bude mít hmotnost 360 tun, což je vzletová hmotnost Boeingu 747 a uvnitř vakuové komory vytvoří 18 cívek magnetické pole 12 Tesel (10.000x více než magnetické pole Země) při energii 51 GJ což je energie spěchající letadlové lodi Charles de Gaulle. Čtyři výrobci používají standardní metody internal tin a zbývající čtyři bronze proces. Supravodič pro centrální solenoid a cívky toroidálního pole musí fungovat i při silných magnetických polích, což Nb 3 Sn dokáže, ale za cenu zacházení jemnějším než ošetřování nemluvněte. Běda, nepohladíte-li Nb 3 Sn láskyplně pozná to hned a okamžitě se vám odvděčí ztrátou supravodivosti. Proto se hledají nové a nové způsoby jak supravodič neurazit. Na jedné straně je úžasné, že se na výrobě supravodivého vlákna pro cívky toroidálního pole podílí šest států a hned osm fi rem získalo statut kvalifi kované instituce, ale na straně druhé je třeba vyvinout systém kontroly, aby výrobky všech společností splňovaly potřebné parametry a nebyly doslova každý pes jiná ves. Kontrola má tři cesty: statistickou pro kritické parametry, systematickou pro nízké teploty drátů a pravidelnou opět pro nízké teploty zde vlastních vodičů. Údaje shromažďuje Databáze supravodičů ITER, která má dneska již 350.000 položek. Přispívá do ní přibližně 150 uživatelů včetně dodavatelů a Domácích agentur. Milan Řípa Stelarator Wendelstein W7-X - viz aktualita na str. 14 bude to zcela stacit. Fotografi e použita s laskavým svolením EFDA. Zdroj: www.efda.org/wpcms/wp- -content/uploads/2011/12/um- setzen-letztes-modul_3-foto-ipp- -Tino-Schulz1-720x260.jpg MAT21 9
STAŇ SE KOSMONAUTEM poznej VESMÍR Na konci podzimu odjíždí každoročně z Prahy autobus, ve kterém sedí dvanáct mladých českých a slovenských děvčat a chlapců, kteří míří se svými jen o málo staršími veliteli a důstojníky do Evropského centra mladých kosmonautů v Belgii, aby si tam během několikadenního tréninku vyzkoušeli kosmonautický výcvik podobný tomu, jaký absolvují skuteční kandidáti kosmických letů. Vrcholí tak každoroční dlouhodobá soutěž Expedice Mars poznej vesmír, ve které hledá Česká kosmická kancelář o.p.s. společně s Dětskou tiskovou agenturou Domino a Slovenskou organizací pro vesmírné aktivity, ve spolupráci s prvním československým kosmonautem Vladimírem Remkem, mladé české a slovenské zájemce o kosmonautiku, astronomii a další obory moderní vědy a techniky. Start letošní Expedice Mars v iqlandii v Liberci. Zdroj: Photo Liberecký deník Expedice Mars, jejíž již jedenáctý ročník odstartoval v polovině dubna v nově otevřeném science centru iqlandia v Liberci, je celoroční vědomostní soutěž určená mladým zájemcům o vědu a techniku ve věku 13 až 18 let, kteří chtějí poznat, co to obnáší být kosmonautem, chtějí si vyzkoušet trenažéry, na kterých trénují i skuteční kosmonauti, chtějí hlouběji proniknout do tajů astronomie, kosmického lékařství a biologie nebo se stát planetárním architektem či dokumentaristou, zaznamenávajícím události kosmické mise pro budoucí lidská pokolení. Finále Expedice Mars už není soutěž o to, kdo bude silnější nebo hbitější v této fázi soutěže je Expedice Mars již především o vzniku společné mezinárodní česko-slovenské posádky, kde všichni musí spolupracovat, doplňovat se, pomáhat si a podporovat se navzájem. Je to projekt o tom, že pouze ve společné síle celé posádky, jejich mladých důstojníků a velitelů je možné doletět až do cíle, přežít útrapy kosmického výcviku i simulovaného letu do kosmu. A ve zdraví a pohodě se vrátit zpátky domů. Mladé kosmonauty, kteří třeba za několik málo desítek roků poletí opravdu do vesmíru, hledá Česká kosmická kancelář o.p.s. a Klub Domino, Dětská tisková agentura společně s dalšími partnery již jedenáctý rok. A každoročně najde dvanáct mladých českých (a od roku 2010 i slovenských) žáků, zapálených pro moderní vědu a techniku. Ve spolupráci s patrony projektu československým kosmonautem Vladimírem Remkem (tohoto času pobývajícím v diplomatických službách v Moskvě) a slovenským kosmonautem Ivanem Bellou (který je v diplomatických službách pro změnu v Kyjevě) jim ukáže taje kosmonautiky a astronomie a provede je základy dalších oborů, které budou potřeba při budoucích misích na Mars nebo do dalších míst nám známého, a třeba i dosud neznámého, vesmíru. Po úvodní části soutěže, kdy zájemci na webových stránkách Expedice Mars www.expedicemars.eu vyplní informační dotazník a v motivačním dopise představí sebe a své důvody proč se do této soutěže hlásí, je těm nejlepším z nich zadána projektová práce z odbornosti, kterou si sami vyberou (palubní inženýr, palubní lékař/biolog, kosmonaut-dokumentarista, astronom, planetární architekt). V této fázi soutěže již účastníci těsně spolupracují se svými veliteli a důstojníky jednotlivých odborností, kterými jsou ve všech případech úspěšní absolventi Expedice Mars z předcházejících roků. Z nejlepších projektových návrhů vyberou velitelé po pěti projektech z každé odbornosti a takto vzniklá pětadvacítka mladých kosmonautů-čekatelů je pozvána na semifi - nálové víkendové setkání. Tam musí obhájit 10 MAT21
STAŇ SE KOSMONAUTEM podzimu. Zde si v Evropském centru mladých kosmonautů vyslechnou řadu přednášek o kosmonautice, astronomii či fyzice a vyzkouší si na speciálních trenažérech simulovaný stav beztíže nebo pohyb v šestinové gravitaci Měsíce, prověří své schopnosti na rotačním křesle nebo na, většinou dost obávaném, tříosém kolotoči. A prožijí i několikahodinový simulovaný let do vesmíru v modelu amerického raketoplánu ve velikosti 1:1 nebo v menším, ale zato hodně dynamicky se projevujícím, modulu miniraketoplánu. Součástí programu je i návštěva Evropského parlamentu v Bruselu, spojená až do loňského roku se setkáním s prvním československým kosmonautem Vladimírem Remkem (který byl až do odchodu do funkce českého velvyslance v Moskvě na počátku roku 2014 jedním z českých europoslanců). Finálová posádka Expedice Mars před Výcvikovým centrem mladých kosmonautů v Transinne. Zdroj: Photo archiv Expedice Mars před odborným pohledem velitelů, důstojníků i spolusoutěžících svůj projekt, předvést své znalosti angličtiny (jelikož většina fi nálového výcviku probíhá v angličtině, je na znalost jazyka kladen velký důraz), ale i v neposlední řadě ukázat, že jsou schopni pracovat v týmu, podřídit se ostatním členům posádky, ale i je podpořit, když je to potřeba. Velitelé poté společně rozhodnou o dvanácti fi nalistech, kteří obdrží velice ceněné modré kombinézy, opravňující jejich nositele chlubit se tím, že prošli výcvikem mladých kosmonautů v projektu Expedice Mars. Výběr fi nalistů je podpořen i výsledky malé sondy do nitra každého ze semifi nalistů, kdy každý z nich musí před vyhlášením výsledků nakousek papíru napsat, koho by on osobně ze své odbornosti do fi nálového výcviku poslal, kdo je podle něj nejlepší a postup si zaslouží. Je zajímavé, jak dobře se výsledky velitelů s výsledky soutěžících většinou shodují. Do belgického městečka Transinne odjedou fi nalisté soutěže Expedice Mars na konci Po návratu mladí kosmonauté neodcházejí, ale pokračují ve většině případů v další spolupráci s organizátory Expedice Mars ať jako důstojníci jednotlivých odborností a později i jejich velitelé, jako členové pracovních týmů připravujících jednotlivé etapy dalších ročníků soutěže, či jako účastníci různých jiných programů zaměřených na kosmonautiku a moderní vědu, které organizuje Česká kosmická kancelář o.p.s. Ale hlavně dále se zajímají o kosmonautiku, astronomii, přednáší o ní svým spolužákům, píší o ní studentské vědecké práce, představují ji na odborných studentských konferencích, workshopech a letních školách. Prostě žijí vesmírem i nadále. Expedice Mars je jediný projekt v České republice, který je držitelem prestižní medaile sovětského kosmonauta Alexeje Leonova, který ji osobně uděluje za mimořádné zásluhy při vzdělávání v kosmonautice (u nás ji kromě Expedice Mars vlastní pouze kosmonaut Vladimír Remek). Trénink pohybu v šestinové gravitaci měsíčního povrchu. Zdroj: Photo archiv Expedice Mars Obávaná tříosá houpačka Multiaxis. Zdroj: Photo archiv Expedice Mars Expedicí Mars za deset let jejího trvání prošlo mnoho pozdějších vítězů různých národních a mezinárodních soutěží a festivalů, účastníků letních kempů kosmonautiky, výměnných programů nebo studentských stáží. I jejich neúplný výpis je pozoruhodný: Veronika Šímová (Space2 2006) si v roce 2007 vyzkoušela jako jedna ze sedmi celosvětových vítězů motivačního projektu Youth Inspiration Project stav beztíže při speciálním letu dopravního letadla Boeing v USA (Zero-G). Mezinárodního kosmického kempu, konaného ve středisku NASA v Huntsville, se postupně zúčastnili Tomáš MAT21 11
STAŇ SE KOSMONAUTEM Největšího světového studentského vědeckého festivalu INTEL ISEF (Intel International Science and Engineering Fair) se v USA zúčastnili se svými projekty zaměřenými na vědní témata s přesahem do kosmonautiky nebo astronomie Jan Hrabovský (EM 2009), Marek Novák (EM 2010) a Michaela Brchnelová (EM 2011). Na mezinárodní konferenci International Space Development Conference v americkém San Diegu představili svůj projekt TOSKA, zaměřený na vybudování velké základny ve vesmíru, Aneta Ceplechová (EM 2009), Michaela Löffl erová (EM 2012), Jakub Sláma (EM 2012) a Aleš Ceplecha (EM 2012). V kabině raketoplánu Amicitia. Zdroj: Photo archiv Expedice Mars Zahraničních studentských stáží a výměn se zúčastnili Petr Adámek (Space1 2005), Lucie Davidová (EM 2007), Kryštof Hes (EM 2011), odborných stáží na ústavech Akademie věd České republiky Marie Magdaléna Halatová (EM 2007) nebo současný velitel Expedice Mars Michal Vyvlečka (EM 2007), který je také držitelem Ceny Nadačního fondu Jaroslava Heyrovského z roku 2012. Držitelem prestižního ocenění TALENT roku 2012 je účastník Expedice Mars z roku 2010 Marek Novák, držitelem ceny Česká hlavička za rok 2013 Jan Hrabovský (EM 2009). Medailisty a vítězi Mezinárodních astronomických a astrofyzikálních olympiád jsou Ondřej Thainer (EM 2009), Petr Kosec (EM 2010) nebo Michaela Brchnelová (EM 2011), zlatou medaili z přírodovědecké European union science olympiády v roce 2012 vlastní Adam Přáda (EM 2011). Do studentských vědeckých projektů Evropské kosmické agentury ESA se úspěšně zapojil Martin Pecka (EM 2004). V Evropském parlamentu v Bruselu při setkání s Vladimírem Remkem. Zdroj: Photo archiv Expedice Mars Pejchal (EM 2004), Julie Nováková (EM 2007), Anna Štindlová (EM 2007), Kateřina Bernatíková (EM 2007) a Jan Frank (EM 2008). Evropského kosmického kempu v norském raketovém středisku v Andoyae Tomáš Pejchal (EM 2004) a Barbora Šrámková (Space1 2005). Úspěšní účastníci projektu Expedice Mars i po skončení výcviku v belgickém Centru mladých kosmonautů zůstávají v kontaktu se svými veliteli i mezi sebou. V roce 2009 pomáhala celá skupina mladých lidí v modrých overalech Expedice Mars na světovém setkání kosmonautů ASE 2009 v Praze, stejně tak jako o rok později během Mezinárodního astronautického kongresu v Praze, který pořádala Česká kosmická kancelář o.p.s. V roce 2011 vypomáhala řada absolventů Expedice Mars při besedách a autogramiádách pořádaných u příležitosti návštěvy amerického astronauta Andrewa Feustela v několika městech ČR (projekt Do kosmu s Krtkem ), v roce 2013 si to někteří z nich zopakovali během návštěvy geologa NASA Jamese Riceho (projekt Na řadě je Mars ). 12 MAT21
STAŇ SE KOSMONAUTEM Projekt Věda z kufru, zaměřený na popularizaci přírodních věd mezi mladými lidmi v České republice, vede již několik roků čtveřice účastníků Expedice Mars Michal Vyvlečka (EM 2007), Aneta Ceplechová (EM 2009), Anna Skotáková (EM 2009) a Adam Roudnický (EM 2011), ke kterým se postupně přidávají další z mladých kosmonautů našeho společného projektu. A bylo by toho ještě mnohem více Expedice Mars našla za deset let své existence již více než stovku českých a slovenských mladých kosmonautů a dala jim šanci si prožít svůj krásný kosmický sen. Ale hlavně našla mnoho mladých zájemců o vědu a techniku, které budeme v budoucnosti, ne ve hře nebo fi lmu, ale v reálném životě, moc potřebovat. A o to tady jde...nebo Američanem Andrewem Feustelem. Zdroj: Photo archiv Expedice Mars Milan Halousek Více čtěte zde: Informace o projektu Expedice Mars poznej vesmír najdete na webových stránkách www.expedicemars.eu Mladí kosmonauti mají možnost se setkat i s řadou těch opravdových například s japonským kosmonautem Koičim Wakatou.. Zdroj: Photo archiv Expedice Mars Účastníci Expedice Mars se spolu setkávají i po skončení jejich výcvikové mise. Zdroj: Photo archiv Expedice Mars MAT21 13
POZORUHODNÉ NOVINKY Zajímavosti z domova i ze světa VIDEO: NASA ZVEŘEJNILA DECHBEROU- CÍ ZÁBĚRY SLUNEČNÍ ERUPCE NASA zveřejnila časosběrné video velké sluneční erupce, která vypukla ve středu. Erupce byla klasifi kována jako M6,5, což je desetkrát menší intenzita, než u nejsilnějších erupcí třídy X. Více čtěte zde: http://zpravy.idnes.cz/ nasa-a-video-slunecni-erupce-d1m-/zahranicni.aspx?c=a140405_204118_zahranicni_ert NOVÝ SUPERTĚŽKÝ ATOM JDE DO TABULEK. JEDNAJEDNASEDMIČNÍK ČEKÁ NA JMÉNO Vysoce nestabilní chemický prvek s atomovým číslem 117 vytvořili poprvé Američané a Rusové v roce 2010, ovšem pouze na zlomek sekundy. Mezinárodní tým v německých laboratořích pozorování nepřímo potvrdil. Nyní se čeká na to, zda budou tyto důkazy dostatečné pro zařazení prvku do ofi ciální periodické soustavy. Více čtěte zde: http://technet. idnes.cz/novy-prvek-ununseptium-vyzkum-overeni-fcx-/veda. aspx?c=a140506_151047_veda_pka FYZIKOVÉ MĚLI OBJEVIT NOVÝ DRUH HMOTY. MÁME TENTOKRÁT VĚŘIT? V údajích z urychlovače LHC se podařilo objevit stopy existence částice, která by mohla být ukázkou dříve nepozorované typu hmoty. Nedávná historie ovšem ukazuje, že s oslavou podobných objevů se vyplatí počkat. Více čtěte zde: http://technet.idnes.cz/novy-druh-castic-tetrakvark-d1r-/veda. aspx?c=a140418_152218_veda_ mla GREIFSWALD V SEVERNÍM NĚMECKU BYL 20. KVĚTNA 2014 SVĚDKEM SPUŠ- TĚNÍ NEJVĚTŠÍHO A PRVNÍHO SUPRAVO- DIVÉHO STELARÁTORU NA SVĚTĚ Stelarátor Wendelstein 7-X postavil německý Ústavu fyziky plazmatu. Po osmi letech zpoždění a dvojnásobným nákladům oproti plánovaným 500 miliónům Eur má svět další zařízení aspirující na zvládnutí řízené termojaderné fúze pomocí magnetického udržení. RUSKO MÁ PLÁNY NA KOLONIZA- CI MĚSÍCE, CHCE ZAČÍT PO ROCE 2030 Rusko začíná ladit plány, podle nichž by po roce 2030 mohlo zahájit kolonizaci Měsíce. Předběžné návrhy, které zveřejnil list Izvestija, počítají se třemi stádii ruské lunární mise - ta první by mohla odstartovat už v roce 2016. Lidé by se však na měsíční povrch měli dostat nejdříve za 15 až 25 let. Více čtěte zde: www.lidovky.cz/ rusko-ma-plany-na-kolonizaci-mesice-chce-zacit-po-roce-2030-p2p-/ veda.aspx?c=a140509_213304_ ln_veda_hm 14 MAT21 V přehledu zajímavostí jsou použity doslovné citace s odkazy na zdrojové články.
HLAS PROJEKTOVÉHO LIDU VOX POPULI Realizace projektu Materiály pro nové tisíciletí se blíží ke konci a rádi bychom se s vámi podělili o postřehy žáků po návratu z různých projektových akcí do reality všedních dní. DOJMY Z PROJEKTOVÝCH AKCÍ Čekala jsem jen zajímavé přednášky, ale moc mě potěšilo, že jsem si vyzkoušela podívat se do hvězdářského dalekohledu. Převážně jsem očekával, co na akci proběhlo - ač i překvapení (pozitivní) se v tomto směru dostavilo Nevěděl jsem toho o plazmatu mnoho. Stále nevím, ale je toho zase o něco více. Byl nejvýš uspokojivý! Mé očekávání bylo, že se naučím něco nového a že budu překvapen. Nebyl jsem vyveden z omylu. V technickém muzeu je to velice zajímavé a líbilo se mi tam. Vzpomínka na Pelíšky, jak se tam procházeli, je úžasná. Nám s holkami se líbilo to o zvířatech - ale byli chudáci, že umřeli. Máme rády psy, tak nám jich bylo líto. Ano, kroužek (fyzikální seminář) rozšiřuje obzory, bystří myšlení, zušlechťuje ducha a prohlubuje hloubku (hrozné užití slov) názorů o světě a existenci. CO CHYBĚLO Chtěl bych vidět Stephena Hawkinga nebo jiného fyzika na přednášce o vesmíru či černých děr. Rád bych se zúčastnil dalších přednášek o materiálech nového tisíciletí týkajících se nejen tokamaku, ale např. přírodních materiálů, jejich syntetických substitutů apod. Warpový pohon, silové pole, cestování časem, světelné meče. Další hvězdárnu nebo nic! Nevím, jaké jsou další možnosti, ale s tímto realizačním týmem bych se jistě účastnil i dalších akcí/přednášek. V řídícím středisku tokamaku nám bylo řečeno, že v kulečníku se koule hnaná naplno zcela zastaví. To není pravda! V billiardových kurzech se používá rotace zvaná stopball. Špičkou tága se míří těsně pod střed bílé koule. Pouze pro upřesnění. :) MAT21 15
TERMOJADERNÁ FÚZE Čína JEDE! Čínsky tokamak EAST udržel režim H-mod po dobu 30 sekund nestabilit ELM vnější tak zvané rezonanční cívky. Konečně čínští vědci v Hefai úzce spolupracují s kolegy Německa, Francie i USA. Objev je o to cennější, že tokamak EAST patří, stejně jako pražský tokamak COMPASS, do rodiny tokamaků podobných budoucímu gigantu ITER, který buduje mezinárodní konsorcium ITER organization ve francouzském Cadarache. Jinými slovy významný výsledek tokamaku EAST bude moci tokamak ITER použít! S dolním hybridem se totiž v budoucnu na tokamaku ITER počítá! V předchozím čísle jsme mluvili o čínském česneku. I tento článek polemizuje se zastáncem názoru: Všechno zlé (i česnek) pochází z Číny. Čínský tokamak spoutal horké plazma po rekordní dobu 30 sekund se objevilo 2. prosince 2013 na stránkách www.rozhlas. cz. Rekordní doba? Ano i ne. Japonský tokamak TRIAM dokázal horké plazma udržet více jak 1.000 sekund před více jak deseti roky. Takže v čem byl výsledek čínského tokamaku EAST výjimečný? To se v článku Českého rozhlasu nedozvíte. Známkou kvality fúzního zařízení a vyspělosti vědeckého týmu je dosažení tak zvaného režimu vysokého udržení jinak H-módu (H jako high = vysoký) pražský tokamak COM- PASS dosáhl režimu H-mód již v roce 2012. Právě tento režim se podařilo čínským vědcům na jejich na světě prvním celosupravodivém tokamaku udržet oněch inzerovaných 30 sekund. A jak se jim to podařilo? Ohřáli plazma elektromagnetickými vlnami na frekvenci radiových vln, přesněji na frekvenci dolního hybridu. Plazma, zejména plazma v magnetickém poli, má řadu význačných, jak se říká, rezonančních frekvencí. Dolně hybridní frekvence, jak název napovídá, je kombinací základních rezonančních frekvencí a iontové a elektronové cyklotronové frekvence. Dosud vybuzený režim H-módu ztroskotal na zhoubných nestabilitách okraje plazmového provazce, které vystřelovaly chuchvalce plazmatu skrze prázdný prostor mezi plazmatem a materiálem komory na její stěnu. Jev podobný známých slunečním protuberancím, ovšem s 10 19 krát menší energií. Nicméně i tak jev velmi nepříjemný, neboť kradl plazmatu energii a poškozoval stěny vakuové nádoby, což ve svém důsledku vedlo k zániku hýčkaného režimu H-módu. Dolní hybrid vybudil v okrajovém plazmatu elektrické proudy, které zvrásněly původně hladký magnetický povrch, do jisté míry módy ELMs potlačily a H-mód přežil mnohem déle než bez zásahu dolního hybridu. Dlužno říci, že stejným tématem se zabývají američtí vědci laboratoře General Atomic na tokamaku D-III, kde používají k potlačení Pokud se výsledky čínského tokamaku EAST potvrdí, pak je možné, že dolně hybridní elektromagnetické vlny dostanou na tokamaku ITER při potlačování nestabilit ELM přednost před neohrabanou montáží respektive použitím vnějších rezonančních cívek. Nevím, zda v Hefai se pěstuje česnek, ale vím, že se tam pěstuje fyzika, konkrétně fyzika plazmatu, na té nejvyšší úrovni. Na takové úrovni, že bych tamním zemědělcům, drobný prohřešek vůči kvalitě česneku rád odpustil. Naštěstí nemusím. Čínský česnek je kvalitnější a dvakrát lacinější než česnek od českých farmářů, kteří ostatně, chtějí- -li uspět v konkurenci, postupným vývojem dospějí k metodám čínských fyziků, pardon pěstitelů česneku! Nakonec poznámku k článku v Českém rozhlase. Držím se zásady, špatná reklama, je také reklama! Milan Řípa První celosupravodivý tokamak na světě - čínský EAST. Zdroj: http:// dailyfusion.net/ wp-content/ uploads/2013/12/ east-tokamak.jpg Ruský tokamak T-7, první tokamak na světě se supravodivými cívkami, zakladatel čínského supravodivého programu. Práci na tokamaku T-7 se účastnil i Ústav fyziky plazmatu ČSAV. Zdroj: soukromý archiv M. Řípy 16 MAT21
SUPER SUPRAVODIČ Náhlá smrt = GÓL? NE, QUENCH! Ovšem ne při hokeji, ale u supravodiče! MAT 21 o supravodičích napsal hodně, ale ne všechno. Víme, že supravodivé vinutí v cívkách toroidálního a poloidálního pole, v centrálním solenoidu a korekčních cívkách jsou nezbytnou podmínkou přívětivé energetické bilance zařízení. Klasické vinutí z měděného drátu by vyžadovalo takový chladící výkon, že by tokamak vydělával jen na sebe a do elektrické sítě by zákazníkům nic neposlal. Možná, že se pamatujete na start Large Hidron Collider, kde krátce po slavnostním spuštění, došlo k havárii supravodivého magnetu. Tokamak ITER bude mít do supravodivých kabelů namíchány nesupravodivé kabely z mědi. Když během náhlé ztráty supravodivosti vzroste v místě poruchy odpor, pak než začne účinkovat vybíjecí/ ochranný obvod, elektrický proud přeskočí na měděný materiál. Fotografi e použita s laskavým svolením ITER. Zdroj: www.iter.org/img/ resize-350-90/www/ content/com/lists/stories/attachments/1652/ 2011-p04424.jp Jen v cívkách toroidního pole tokamaku ITER je při provozu ukryto 51 giga joulů energie. Pro názornost je to energie letadlové lodi Charles de Gaulle jedoucí rychlostí 50 km/hod. Supravodivost vyžaduje teplotu blízkou absolutní nule, nepříliš vysoké magnetické pole (maximálně 14 Tesel) a elektrický proud v supravodivém vinutí nesmí přesáhnout určitou hranici. Nestává se často, ale nedílnou součástí provozu supravodiče je lokální ztráta supravodivosti, která se šíří supravodičem od místa poruchy, jako kruhy na vodě od dopadu kamene. Příčina lokální změny supravodivosti může být mechanický pohyb ač se nezdá 25.000 tun tokamaku je živý organismus, který doslova dýchá dále záření z termojaderného plazmatu či výchylka kryogenního systému chlazení supravodičů. Tato náhlá ztráta supravodivosti se nazývá quench. V prvním okamžiku přebírá funkci supravodiče měděný drát, který je pro tento případ součástí supravodivého kabelu. Místo se okamžitě zahřeje a pokud by se nic dále nepodniklo, pak dojde k destrukci nejen kabelu, ale i jeho okolí! 51 giga je 51 tisíc milionů. Představte si, že by do tokamaku narazila v plné rychlosti zmíněná letadlová loď! I v případě neošetřeného quenche by se mohla poškodit vakuová komora. Havárie by sice neublížila lidem v okolí, ale oprava by byla drahá a časově náročná. Supravodivý kabel musí být na quech připraven. Připravenost spočívá ve dvou fázích. Za prvé je nutné rozpoznat, že detektory vysílají zprávu o quenchi, že se nejedná o falešný signál zhruba do dvou, tří sekund je třeba začít se záchranou. V případě rozeznaného quenche se cívky odpojí od proudového zdroje a zkratují se mohutně chlazeným odporem. Stačí odpor kolem jednoho ohmu! Veškerá do té doby akumulovaná energie v cívce se shromáždí (disipatuje, vydělí) na tomto odporu. Vedle primárního systému je tokamak vybaven i sekundárním bezpečnostním systémem, který by energii v cívkách bezpečně rozptýlil. Rozlišení správného a falešného signálu není na tokamaku vůbec jednoduché. Tokamak je bohatým zdrojem nejrůznějších elektromagnetických signálů úrovně srovnatelné s úrovní signálů detektorů quenche, což v primárním systému ochrany je napěťový signál na detekčním odporu - sensoru. Změny napětí bude sledovat v tokamaku ITER více jak 3.000 senzorů, jejichž výroba je zabezpečena dvaceti tendry v ceně 25 miliónů eur. ITERu budou k dispozici zkušenosti korejského celosupravodivého tokamaku KSTAR. KSTAR akumuluje údaje popisující chování tokamaku KSTAR při disrupci náhlém zhroucení plazmatu ve vakuové komoře. Údaje se budou porovnat se signály quenche. Quench supravodivého vinutí tokmaku je jako chřipka u člověka, přichází znenadání a je-li pacient připraven, zůstane bez následků. Ovšem neléčené zvýšení teploty jak u člověka, tak u supravodiče tokamaku může mít fatální následky. Napětí na odporu [V] Čas [s] Rychlé vybíjení Napětí Proud Proud (ka) Milan Řípa Zdroj: volně podle ITER newsline www.iter.org/ newsline Graf znázorňuje různé fáze náhlé ztráty supravodivosti (quenche): během fáze šíření (A) roste napětí na odporu; během fáze neměnnosti (B) se srovnávají signály různých detektorů; (C) quench rozpoznán akce spuštěna!; je odpojen proudový zdroj a proud akumulovaný v cívkách začíná klesat. Graf použit s laskavým svolením ITER. Zdroj: www.iter.org/img/resize-280-90/www/content/com/lists/stories/attachments/1652/graph1. jpg MAT21 17
PRVKY a TERMOGRAMY Které jsou nejběžnější prvky ve vesmíru, na Zemi a v nás? 1. 2. Zeměkoule. Zdroj: www.freeimages. com/browse.phtml?f=download&id=1412792 3. Úplně nejrozšířenějším prvkem ve vesmíru je vodík, který tvoří asi 3/4 známé hmoty. Většinu zbývající čtvrtiny zabírá hélium (23 %), na třetím místě je se značným odstupem kyslík (1 %). Všechny ostatní prvky už jsou ve vesmíru spíše vzácností. Zdroje: [1] Advanced Materials and Processes, 3/2006, str. 73 [2] http://technet.idnes.cz/astat-cak-/veda. aspx?c=a130709_143752_veda_mla [3] http://visual.ly/abundance-elements Na Zemi je ovšem situace jiná. V zemské kůře vítězí kyslík, tvořící 46,6 % její hmoty. Druhé místo patří křemíku s 27,7 %. Za nimi následují hliník (8,8 %), železo (5 %), vápník (3,6 %), sodík (2,8 %), draslík (2,6 %) a hořčík (2,1 %). Těchto osm prvků tvoří dohromady zhruba 99 % hmoty zemské kůry. [1] Naopak nejvzácnějším prvkem na Zemi je zřejmě astat - odhaduje se, že na celé Zemi ho je jen kolem 30 gramů. Je radioaktivní a velmi rychle se rozpadá, proto o něm mnoho nevíme. Nicméně jeho izotopy by mohly být využity při výrobě radiofarmak pro léčbu rakoviny, proto má smysl mu věnovat pozornost. [2] Lidské tělo je tvořeno zejména kyslíkem (61 %), uhlíkem (23 %) a vodíkem (10 %). Dalšími významnými prvky jsou dusík (2,6 %), vápník (1,4 %) a fosfor (1,1 %). [3] Jiří Matějíček Podrobné a kompletnější údaje lze najít na anglické Wikipedii: http://en.wikipedia.org/wiki/abundance_of_the_ chemical_elements http://en.wikipedia.org/wiki/abundance_of_elements_in_earth%27s_crust POZNÁVAČKA TERMOGRAMŮ Termografi e je zajímavý obor, který se zabývá rozborem rozložení teplotního pole na povrchu, vše za pomoci bezkontaktního zkoumání. Prozkoumává infračervenou energii těles, kterou lze zobrazit za pomoci infračervených kamer. Kromě známých snímků, na kterých se zobrazuje pohyb osob v zabezpečených objektech, se tato technika používá při hledání úniků tepla z budov, vyhledávání poškození elektrického vedení atd. Podívejte se s námi na některé infračervené snímky (termogramy), které zachytili žáci v našem projektu. Poznáte, co je na jednotlivých obrázcích? 4. 5. Na termogramech se skrývá: Obrázek č.1 - Pštros. Obrázek č.2 - Surikaty. Obrázek č.3 - Sova. Obrázek č.4 - Napouštění vody. Obrázek č.5 - Stopy. 18 MAT21
EXPANZE DO VESMÍRU Což takhle VYTISKNOUT si ŠPENÁT? Loď Dragon ve vesmíru. Podobně bude letos vypadat přílet první 3D tiskárny na stanici ISS. Zdroj: www.astro.cz/_data/ images/news/2012/11/17/ iss033e011381.jpg Naposledy se v časopisu projektu MAT 21 setkáváme u kosmonautiky, podívejme se proto na pár podstatných novinek z oblasti materiálů a technologie, které zřejmě změní budoucnost lidského dobývání vesmíru! Robotické sondy, postavené na Zemi člověkem, již přistály na Venuši, na Saturnově měsíci, projíždí se po pouštích Marsu, či opustily sluneční soustavu a letí mezihvězdným prostorem. Ale co my, jejich tvůrci, lidé? Pár vyvolených se na přelomu 60. a 70. let prošlo lunárním prachem a to je tak všechno, jinak jen koukáme na Zemi z oběžné dráhy pár set kilometrů vysoko. Někteří říkají, že průzkumný let do větší vzdálenosti s člověkem je hloupost, že člověk je v takovém případě spíše přítěž a můžou to zmáknout robotické sondy. To není tak docela pravda. Samotní vědci z NASA například říkají, že práci, kterou vykonalo za deset let na Marsu vozítko Opportunity, by zkušený terénní geolog zvládl za pár neděl. Stroje na nás prostě ještě zdaleka nemají. Nehledě na to, že například pilotovaný let na Mars by zase vedl k vývoji spousty užitečných technologií a přístrojů, které by následně asi našly široké uplatnění v oblasti kvality života lidí na Zemi. Lidstvo také možná bude potřebovat dovážet nějaké suroviny či se přestěhovat. Potenciálně apokalypticky vyhlížející asteroidy také někdo musí zkoumat. Prostě letět někam dál není až tak od věci. Jenže jak do toho? Zdálo by se, že s kosmickými lety má lidstvo bohaté zkušenosti díky dnešní stanici ISS, na které je stálá šestičlenná posádka, trávící zde až půl roku. Ano, máme již nějaké zkušenosti s dlouhými kosmickými lety co do času trvání, nikoliv však co do vzdálenosti. To si prostě lidé ještě nezkusili. Průměrná mise Apollo (člověk se vydal pryč z náruče zemské přitažlivosti celkem jen devětkrát) trvala pár dnů, odletěla jen pár set tisíc kilometrů od domova a setkala se až s desítkami technických problémů. To samé bohužel platí i o stanici ISS, v době vzniku článku nefunguje záložní řídící jednotka pro vícero procesů vně stanice jako je rotace solárních panelů a panelů tepelné regulace, řízení chladicího systému či pohybů vnějšího dopravníku a chystá se výstup dvou astronautů ve skafandrech za účelem výměny jednotky. Přitom stanice je doslova narvána náhradními díly a téměř každý měsíc u ní zakotví zásobovací loď. To ale u mise na Mars nepřipadá moc do úvahy, co? 3D tiskárny míří do vesmíru! Budoucí Marsolet prostě nemůžete nacpat tisíci náhradními díly a zásobami kvalitní potravy na několik let, které bude taková mise trvat. Podívejme se nejdřív na ty náhradní díly. Nebylo by skvělé, kdyby se vám v půli cesty na Mars rozbila důležitá součástka, si prostě vyrobit novou, úplně stejnou, na čím dál modernější 3D tiskárně? Nezní to bezvadně? Představte si, že letíte na Mars a namísto balení nějakých 20.000 náhradních součástek si vezmete jen několik kilogramů inkoustu. Dokonce už ani nepotřebujete vědět, která konkrétně součástka se rozbije, prostě si vytisknete jakoukoli, říká Reid Wiseman, americký astronaut, který se má letos v létě na palubě kosmické stanice ISS potkat s první 3D tiskárnou, vynesenou do vesmíru MAT21 19
EXPANZE DO VESMÍRU (jinak samozřejmě, že 3D tiskárna nepracuje s inkoustem, to pan Wiseman myslel pro ilustraci). První 3D tiskárna má na oběžnou dráhu odstartovat na palubě soukromé zásobovací lodi Dragon společnosti SpaceX při své celkově páté misi ke stanici, která má odstartovat z mysu Canaveral 8. srpna 2014 (nicméně odklad je možný vždy). Vyrobila ji pro NASA fi rma Made in Space a tiskárně se přezdívá překvapivě 3D Print (zkratka pro 3D Printing in Zero G Environment), nicméně před startem se ještě asi dočká poetičtějšího jména. Udělátko 3D Print pracuje s procesem, kterému se říká výroba pomocí přídavkového lisování. Dobrá, doslovný překlad je možná trochu krkolomný, takže jinak: tiskárna je schopna vyrobit až 30 % náhradních dílů, které jsou momentálně skladem na ISS, pomocí nanášení vrstvy polymerů či dalších materiálů na vrstvy předchozí. POLYMERY: Polymery jsou velké molekuly, či makromolekuly, sestávající z opakujících se menších jednotek (monomerů). Polymery vznikají v přírodě (DNA, proteiny atd.) ale umí je vyrábět i člověk (např. známé umělé hmoty jako je polystyren) a hrají důležité úlohy v našich každodenních životech, jsou jednou ze základních potřeb živých organismů k jejich fungování. Polymer vzniká polymerizací monomerů. Poměrně velká molekulární hmotnost polymerů jim poskytuje unikátní fyzikální vlastnosti, jako třeba pevnost, elasticitu nebo tendenci tvořit sklo a polo-krystalické struktury. Reid Wiseman, který koncem května odstartuje ke stanici ISS a zahájí svoji první vesmírnou pouť, soudí, že technologie 3D tisku a její aplikace v kosmonautice je vzrušující a důležitá pro budoucnost. Myslím, že pozemní středisko pošle nahoru v elektronické podobě vzorek a nechá nás ho vytisknout. Ale kdyby nás nechali tisknout si, jak se nám zlíbí, asi bychom vypiplali náplň tiskárny do pěti minut, žertuje Wiseman. Hlavním úkolem mise 3D tiskárny bude vyzkoušet, zda dobře funguje i ve stavu beztíže. NASA v minulosti na 3D tiskárně vyrobila třeba vstřikovač paliva do spalovací komory raketového motoru a výsledky při ostrém zážehu byly poté uspokojivé. 3D tisk je vzrušující záležitost, soudí Niki Werkheiser, manažerka projektu 3D Print v Marshallově technologickém středisku NASA. Umožní nám žít a pracovat v kosmu se stejnou efektivitou a produktivitou jako na Zemi a přestaneme se díky ní spoléhat jen na materiál a náhradní díly vypuštěné ze Země. A co si dát něco na zub?..zeptal se školní rváč menšího kluka v seriálu Simpsonovi a po souhlasné odpovědi mu dal do zubů pěstí. Ale teď vážně. Tisk náhradních dílů bychom vyřešený pro misi na Mars měli, jenže co bude posádka jíst? Jak jsme nastínili začátkem článku, není zrovna lehké napakovat Marsolet zásobami pro dejme tomu osm lidí na tři roky dopředu a zároveň zajistit potřebnou pestrost a výživnost stravy (jak kdysi napsal jeden můj kolega Kdyby posádka po cestě na Mars otevírala třikrát denně stejnou konzervu, tak za chvíli zešílí. ). V zajištění této potřeby jsme navíc limitováni tím, že na palubách kosmických plavidel se nepoužívají mrazáky pro svou vysokou spotřebu energie (navíc si představte, že by mrazák s potravinami na tři roky v půlce cesty na Mars přestal mrazit). A co naše 3D tiskárny, nemohou pomoct i zde? Vězte, že mohou (tedy snad). Loni v květnu NASA zadala fi rmě SBIR (Small Business Innovation Research) z texaského Austinu vypracování studie za 125.000 dolarů, studie má posoudit proveditelnost vyrábění pokrmů ve vesmíru pomocí 3D tisku s minimální spotřebou energie, času a s minimální produkcí odpadu. Sezení za účelem ochutnávky kosmických pokrmů a plánování jídelníčku na oběžné dráze absolvují astronauti v rámci předletové přípravy v Houstonu. Fotografi e použita s laskavým svolením NASA. Zdroj: http://spacefl ight.nasa.gov/ gallery/images/station/crew-39/hires/ jsc2013e027405.jpg Pokrmy pro posádku letící k Marsu musí splňovat jakési předpoklady jako je bezpečnost, pestrost nebo stabilitu ve smyslu neztrácení živin, které astronaut potřebuje pro udržení zdraví a výkonnosti. Ostatně sama NASA uznává, že současný systém stravování posádky stanice ISS by byl na cestě k Marsu asi nepoužitelný, kvůli nepřítomnosti mrazáků na palubě stanice (teda, jsou tam extra silné mrazáky, nicméně používané pro vědecké účely) je přivážené jídlo buďto konzervované, vysušené či vakuově balené, přičemž tyto procesy degradují výživnou hodnotu pokrmů. Ochutnávka a posouzení, co budu na oběžné dráze jíst, probíhá již před startem na Zemi a nějaké skutečné připravování pokrmů či zkoušení babiččiných receptů se na stanici neprovádí. 3D tiskárna v tomto nebude mít lehký úkol, protože bude muset tisknout pokrmy z ingrediencí, které jsou dlouhodobě trvanlivé v pokojové teplotě a lze je tudíž vozit v kosmické lodi (např. mouka). Další zvažovanou možností je přítomnost skleníku na palubě Marsoletu a třeba i chov slepic či podobné užitečné zvěře za účelem pěstování čerstvých potravin přímo na palubě lodi. Nové materiály na nové raketě Pro svou budoucí expanzi dále do vesmíru si NASA vyvíjí samozřejmě také novou pořádnou raketu, odvozenou v mnohém od raketoplánů. Hovoříme o nosiči SLS (Space Launch System), jenž má jednou vynášet do kosmu náklady o hmotnosti přes 140 tun a umožnit pilotované výpravy k asteroidům či na Mars. Ani SLS ale neunikl vývoji nových materiá- 20 MAT21