Ústav fyziky plazmatu AV ČR aneb 60 let špičkového výzkumu ve veřejném zájmu

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.

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.



Připravili: Luděk Svoboda, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR, a Slavomír Entler, Ústav fyziky plazmatu AV ČR
Foto: Ústav fyziky plazmatu AV ČR

Přečtěte si také

• Nadějní středoškoláci prezentovali vědecké projekty na konferenci Otevřené vědy
• Technologická agentura ocenila aplikované výzkumy pracovišť Akademie věd
• Česká a Saská akademie věd chtějí rozvíjet spolupráci na důležitých tématech
• ERC Synergy grant podpoří výzkum Ondřeje Nováka z Akademie věd ČR
• Podpora mladých vědců je důležitá, shodují se účastníci Wichterleho kempu
• Akademie věd podpořila prémiemi tři zkušené badatele a šest nadějí
• Výstava Věda fotogenická se představuje v Poslanecké sněmovně
• Akademie věd představila výsledky tří výzkumných programů Strategie AV21
• Týden Akademie věd je nářez, ale těšíme se na něj, říkají popularizátoři
• Startup VDI Technologies získal důležitou certifikaci, pomůže komercializaci