OSTRÉ SVĚTLO V DOLNÍCH BŘEŽANECH. Exkurze do laserového centra ELI Beamlines

Vzniká tu nejvýkonnější laser na světě. Jak je možné, že umí napodobit dramatické podmínky vesmíru? A jak vědci „fotografují“ děje v molekulách? Přečtěte si rozhovor s vedoucím laserového pracoviště v ELI Beamlines Romanem Hvězdou. Jsme hrdí, že jako SIC můžeme s tímto špičkovým vědeckým centrem dlouhodobě spolupracovat.

Jak se vám v Dolních Břežanech pracuje?

Výborně. Máme tu perfektní přístroje, je tady nádherné, klidné okolí. Jsme vzdáleni od dál­nice i železnice, takže otřesy zvenčí neruší naše expe­rimenty. A rozumíme si s místními lidmi. Když jsme po roce 2010 začali jednat o tom, že tohle pracoviště posta­víme v Dolních Břežanech, zastupitelstvo obce souhla­silo, uspořádalo debaty s obyvateli, zřídilo diskuzní sku­pinu na obecním webu, takže jsme mohli vysvětlit, co připravujeme. Arcibiskupství, od něhož jsme nakupovali pozemky, nám vycházelo vstříc… Příznivé je i spojení do Prahy, kde bydlí řada našich pracovníků, také letiště je v dostupné vzdálenosti – to je pro mezinárodní centrum hodně důležité.

 Jak se stalo, že se laserové centrum evropského vý­znamu ocitlo v České republice?

Už od roku 2006 prosazovali evropští vědci, jako třeba Francouz Gérard Mourou (za vývoj laserů získal v roce 2018 Nobelovu cenu), aby v Evropě vzniklo špičkové la­serové pracoviště, které budou využívat vědci z mnoha zemí. Vznikl projekt ELI – Extreme Light Infrastructure, což by se dalo přeložit jako laserová výzkumná infra­struktura, protože lasery jsou směřované svazky fotonů, tedy světelné záření. Projekt financovala z větší čás­ti Evropská unie. V roce 2009 se ve výzvě o hostitelství tohoto centra přihlásila také Česká republika. Měli jsme zkušenosti s lasery, zejména Fyzikální ústav Akademie věd, jehož součástí ELI Beamlines je a který provozuje badatelské centrum PALS. Česko také mohlo využít k fi­nancování projektu část takzvaných strukturálních fondů poskytovaných z Evropské unie. V podobné situaci byli též kolegové v Rumunsku a Maďarsku, a tak se vyvinul koncept tří pilířů ELI – v každé zemi se připravují úzce provázané a doplňující se výzkumy s využitím laserů.

Kolik to stálo?

Celkové dotace na naši část, nazvanou ELI Beamlines (podle anglického označení svazku laserových paprsků), a všechny související náklady činily dohromady 272 mi­lionů eur, tedy přes sedm miliard korun. Umístění mimo Prahu bylo dáno i tím, že hlavní město nesplňovalo požadavky na financování ze strukturálních fondů EU. Díky tomu se Dolní Břežany staly magnetem pro vědce z celého světa, kteří přijíždějí uskutečnit experimenty nebo jsou zde přímo zaměstnáni – teď v ELI Beamlines působí 120 zahraničních odborníků z 36 zemí. A přichá­zejí také zástupci průmyslu, kteří chtějí naše poznatky využít, připravují zde sídla svých firem.

Kolik laserů tady máte?

Čtyři hlavní výkonné lasery. Každý má jiné vlastnosti, zvládá jiné úkoly a navzájem se velmi dobře doplňují. Jeden z těchto laserů upravujeme tak, aby v roce 2022 dosáhl výkonu deseti petawattů – to je deset biliard wattů neboli zhruba desetimilionkrát víc, než je výkon jednoho reaktoru temelínské jaderné elektrárny. Jaderná elektrárna svůj výkon podává nepřetržitě, náš laser vždy jen v jednom pulzu, který trvá nepatrný zlomek sekundy. Bude to ovšem nejvýkonnější laserový systém na světě.

Kdo vaše lasery zkonstruoval?

Dva jsme navrhli a zkonstruovali my přímo tady. Dal­ší dva jsme vyvinuli ve spolupráci s externími partnery, například s americkou Lawrencovou národní laboratoří v Livermore, což je velmi významná výzkumná instituce v Kalifornii.

K čemu jsou tyto přístroje dobré?

Umožňují nám a odborníkům, kteří s naším centrem spo­lupracují, širokou škálu výzkumů. Jednou z oblastí naše­ho zájmu je medicína. V poslední době z pochopitelných důvodů vzrostla potřeba důkladného výzkumu virů. Tyto infekční částice pronikají do buněk, kde se množí. Důleži­tou roli hraje stavba jejich povrchu, která průnik do buňky umožňuje. Také funkce různých proteinů se mění podle toho, jak jsou prostorově uspořádány. Laserové paprsky nám umožňují, zjednodušeně řečeno, jakési fotografo­vání, tedy možnost nahlédnout do těchto dějů. Díky la­serovým pulzům jsme schopni zjistit, co se děje uvnitř molekul. Některé pulzy vytvářejí v molekule stavy, které chceme pozorovat, jiné pulzy nám pomáhají ten jev de­tekovat. Naše postupy nám umožňují zobrazit objekt troj­rozměrně, protože pomocí zrcadel dokážeme laserový paprsek odrážet a směrovat z různých stran. Tyto údaje jsou potřebné pro biologický a lékařský výzkum chování virů a různých mikroorganismů. Ale to je jen jedna skupi­na medicínských výzkumů v našem centru.

Jaké je další medicínské využití?

Každý asi slyšel o protonové terapii, tedy odstraňování nádorů pomocí protonů urychlených v cyklotronu. La­serové svazky dokážou tyto částice urychlit také, a není k tomu zapotřebí tak velké zařízení. Postup urychlování částic laserem u nás zkoumáme, máme několik meziná­rodních patentů a věřím, že směřujeme k tomu, aby se tato metoda dostala do léčebné praxe.

Máte i výzkumy, jejichž výsledky mohou najít uplat­nění v průmyslu?

Samozřejmě. Zobrazovací možnosti laserů využíváme při výzkumu nových materiálů a zjišťování jejich vlast­ností. Věnujeme se také jaderné energetice. V jaderných elektrárnách vzniká vysoce radioaktivní vyhořelé palivo, které se zatím v kontrolovaných podmínkách skladuje a v budoucnu se má na sto tisíc let uložit hluboko do zemských hornin. Studujeme, jak by šlo s využitím vy­sokoenergetických částic urychlených laserem rozpad jaderného odpadu urychlit. Velkým tématem v energe­tice je rovněž jaderná fúze. Zatím zůstává ve stadiu vý­zkumu. Asi známější metoda využívá silné magnetické pole pro slučování jader vodíku v helium, přičemž do­chází k uvolňování energie. Vysokovýkonné lasery však lze zase využít k prudkému zahřátí a stlačení vodíkových jader k sobě. Úplně se u nás roztrhl pytel se zájemci o využívání ELI Beamlines k výzkumu jaderné fúze, a to i ze soukromého sektoru. Pomocí našich laserů zjišťují, jak by tuto metodu bylo možné průmyslově využít. Vě­nujeme se také vývoji materiálů pro kosmické aplikace. Vesmír je vůbec naší doménou.

Jak můžete v laserové hale zkoumat vesmír?

Dokážeme koncentrací svazků laserových paprsků vytvo­řit na malinké plošce extrémní podmínky jako v některých částech vesmíru. Díky vysoké intenzitě záření můžeme hmotu zahřát na miliony kelvinů a současně vytvořit ve­liký tlak. Pak zaznamenáváme, jaké částice nebo záření v těchto podmínkách z hmoty vylétávají. Tak simuluje­me stavy hmoty, které můžeme najít v různých objektech vesmíru. To je velmi zajímavé pro astrofyziky, kteří mohou svá pozorování vesmíru porovnávat experimentálně. Ne­můžeme si to patentovat a nabídnout průmyslu, ale je to základní výzkum, kterým poznáváme svět kolem nás.

Ing. Roman Hvězda

se narodil v roce 1977 v Rakovníku.

Na Českém vysokém učení technickém v Praze a německé univerzitě RWTH Aachen vystudoval obor energetické stroje a zařízení. V Japonsku pak ekonomii v rámci programu Young Leaders na Ná­rodním postgraduálním institutu pro politická studia. Působil na Ministerstvu školství, mládeže a tělo­výchovy, kde se v letech 2006 až 2010 podílel na tvorbě vzdělávací a výzkumné politiky. Má bohaté zkušenosti z řídících a poradenských pozic, zejména s řízením projektů strukturálních fondů EU v oblasti výzkumu a vývoje. Mezi jeho profesní zájmy patří téma spolupráce mezi výzkumnými institucemi a soukromým sektorem, přenos znalostí a techno­logií a řízení výzkumných institucí. Od roku 2010 působí jako manažer mezinárodního laserového výzkumného centra ELI Beamlines. V roce 2014 byl jmenován vedoucím Centra ELI Beamlines a zástup­cem ředitele Fyzikálního ústavu Akademie věd pro laserové projekty ELI a HiLASE.

Roman Hvězda je ženatý, má tři dcery. Jeho koníčkem je běh na dlouhé tratě, například se účastní závodu 1000 mil či pouštního maratonu Marathon des Sables.