Bývalé Československo bylo po Spojených státech a Sovětském svazu třetí zemí, která v první polovině šedesátých let zkonstruovala funkční laser, jehož základy předpověděl už Albert Einstein. I proto se Evropská unie v roce 2011 rozhodla vybudovat v Dolních Břežanech u Prahy unikátní laserové centrum ELI Beamlines. Jeden z jeho čtyř laserů vysílá vůbec nejintenzivnější pulsy na světě. Od roku 2019 využívají centrum vědci prakticky z celého světa. Dalšími zákazníky mohou už brzy být i evropská kosmická agentura ESA či americká NASA.
Není to tak dávno, co byly Dolní Břežany zapadlou obcí známou pouze tím, že tam nacisté na konci války vyvraždili mužské obyvatelstvo. Před patnácti lety se z fádní vesnice začalo rodit malebné a moderní městečko. Pamětník dřívější podoby obce to tam už nepozná.
Ze zaprášené návsi s vymletým asfaltem a nevábnými chlévy se stalo náměstí evropského střihu. Vedle zámecké kaple s novou měděnou střechou, opraveného zámku s parkem a přilehlým pivovarem mu dominují budovy laserových center ELI Beamlines a HiLASE. Kdysi opomíjený kout proměnily ve vědecké pracoviště světové extratřídy.
Nepřežije žádný atom
„Jsou lasery, které mají velmi silné pulsy v řádu megajoulů a obrazně je lze přirovnat k velkým nákladním autům. Pomocí nich například americká nebo britská armáda simulují účinky jaderných výbuchů. Naše čtyři lasery jsou naopak jako rychlé závodní vozy. Jejich energie je vytlačena k deseti petawattům, ale celková energie pulsu toho největšího laseru činí pouze jeden a půl kilojoulu. Je nesmírně kratičký, v řádu desítek femtosekund,“ říká manažer instalace ELI Beamlines Ladislav Půst.
Pokud si to člověk umí představit, jedna femtosekunda je tisícina biliontiny sekundy. Pro laika je určitě srozumitelnější informace, že pracoviště je do jisté míry organizačně podobné švýcarskému částicovému centru CERN vybavenému hadronovým urychlovačem. V Dolních Břežanech urychlují subatomární částice laserovým „výstřelem“ na určitý materiál.
„Jsme laserové centrum pro uživatele. Nechodí k nám ale kvůli samotným laserům, podstatné jsou pro ně takzvané beamlines. V nich za pomoci laserových pulsů realizujeme nejrůznější vědecké experimenty, jako je například urychlování částic,“ vysvětluje Půst.
„Když laserový paprsek s obrovskou energií dopadne na kovovou fólii či plyn, rozpadne se každý atom. Výsledkem jsou protony, elektrony a další částice. Vylétnou paprsky různého záření a až ty jsou určitým způsobem zpracovány. Beamlines mají extrémně krátký puls, který je zároveň extrémně výkonný. Právě to uživatelům nabízíme,“ dodává.
Laser je tedy jen spouštěč reakce, která uvolní obrovské množství základních stavebních částic hmoty. A teprve jejich působení je předmětem výzkumu a aplikací. Badatelé, kteří v Dolních Břežanech provádějí experimenty, obvykle nepřicházejí s lasery přímo do styku. Pracují s různými částicemi vytvořenými pomocí laserů.
Široká škála využití
Logická otázka zní, k čemu lze paprsky protonů, elektronů a dalších částic využít. Když se například vhodně namixují částicové proudy, vzniknou nestandardní druhy záření, jaká působí ve vesmíru. Jimi lze testovat, zda přístroje pro sondy a družice přežijí v mezihvězdném prostoru. Laserovými výstřely je možné simulovat i různé etapy vývoje plazmy v kosmu a jejich vliv na elektronická a další zařízení.
Beamlines mohou rovněž navozovat děje uvnitř hvězd nebo slouží pro zkoumání historie vesmíru. Očekává se, že přinesou nové poznatky v rentgenové optice.
Velký význam mají protonové a elektronové paprsky pro zdravotnictví. Jde mimo jiné o hadronovou neboli protonovou terapii, při níž mohou lasery fungovat jako efektivní, a přitom levný zdroj záření.
„Pomocí laserů se velmi sníží náklady na protonové ozařování při léčbě onkologických onemocnění. Do budoucna by měly nemocnice takové přístroje běžně používat, budou rozšířeny jako například počítačová tomografie či magnetická rezonance,“ odhaduje Půst.
Jednoznačnou výhodou urychlených částic s vysokou energií je, že přesně zacílí a zničí nádor, aniž významněji poškodí okolní tkáň jako rentgenové záření.
Zakázky z Evropy i USA
Laserová pracoviště u Prahy jsou nejrozsáhlejším a nejnákladnějším vědeckým projektem v historii České republiky i bývalé ČSSR. Celková dotace dosáhla 7,5 miliardy korun. Z toho 85 procent poskytla Evropská unie, zbytek dodal český státní rozpočet.
Ve vědeckých kruzích se však už několik let spekuluje o tom, zda se tak velká vědecká centra dokážou sama uživit. ELI Beamlines je součástí evropské laserové infrastruktury a spadá pod Fyzikální ústav Akademie věd. Podobně velkým centrem je BIOCEV v sousedním Vestci nebo brněnský CEITEC.
„Pokud jde o udržitelnost vědeckých a výzkumných infrastruktur a center do budoucna, většina z těch, která spadají pod nás, se o sebe dokáže postarat. Vedou si dobře i proto, že poznatky ze základního výzkumu úspěšně přetavují do aplikací,“ uvádí předsedkyně AV ČR Eva Zažímalová.
Před pár týdny bylo Evropskou komisí založeno konsorcium ELI ERIC, které se bude starat také o financování tří ELI center v Evropě. Zakládajícími členy konsorcia je šestice států, další mají enormní zájem do konsorcia vstoupit. Získaly by tak prioritní přístup k zařízením v ELI Beamlines.
Největší laser v číslech
- 1 letadlo a 5 kamionů dopravily zařízení ze Spojených států do Dolních Břežan
- 41 tun činí celková hmotnost laseru
- 10 PW (10 × 10 na 15 W) dosahuje jeho výkon
- 620 metrů čtverečních je rozloha laserové haly
STAR Region sdružuje více center
Na půdorysu obcí Dolní Břežany, Hodkovice a Vestec byl založen takzvaný STAR Region (Science and Technology Advanced Region). Jeho cílem je propojovat vědecká centra s komerčními subjekty a napomáhat úzké spolupráci mezi nimi. Kromě ELI Beamlines tam patří i jeho sesterské výzkumné centrum HiLASE a biomedicinské centrum BIOCEV.
ELI je mezinárodní projekt, v jehož rámci byla vybudována tři laserová centra. První se nachází v Česku, druhé v Maďarsku a třetí v Rumunsku. Záměrem bylo posílit konkurenceschopnost nových členských států Evropské unie. V Německu už dříve vzniklo centrum XFE, ve Francii ITER a ve Švýcarsku CERN.
Laserová budova zve k návštěvě
Laserové centrum v Dolních Břežanech se otevírá nejširší veřejnosti několikrát ročně v rámci dnů otevřených dveří nebo vzdělávacích akcí, jako jsou Mezinárodní den světla, Noc vědců, Svatováclavské slavnosti nebo Týden vědy a techniky AV ČR. Termíny jsou na stránkách www.eli-beams.eu.
Nejbližší možnost k návštěvě centra je během Noci vědců 24. září 2021. Návštěvníci nahlédnou do útrob laserové budovy a prostřednictvím virtuální reality i do nepřístupných laboratoří a experimentálních hal. Pro školy centrum pořádá pravidelné Laserové dny, které jsou určeny pro vysoké, střední i základní školy. Exkurze jsou možné po předchozí domluvě.
