×

MICE – speciální příloha časopisu KOMORA

Středa 7. prosince 2022
Přihlásit se / Zaregistrovat se

Evropská kosmická agentura si pochvaluje kryoaparaturu brněnských vědců

Z toho, co dokáže tento přístroj, mrazí. Doslova

Mohl by se používat v tropech, spolehlivě funguje při téměř padesátistupňovém vedru. Konstruovaný je ale na teploty mnohem nižší, na takové, které si běžný člověk ani nedokáže představit. Běžně totiž pracuje v kapalném heliu, tedy při teplotě -269°C! Oceňují ho konstruktéři nízkoteplotních nádob a aparatur, úspěch ale slaví i u Evropské kosmické agentury (ESA). Právě ta si zařízením vyvinutém na Ústavu přístrojové techniky Akademie věd ČR v Brně nechala otestovat materiál pro konstrukci sondy JUICE, která bude zkoumat planetu Jupiter a její měsíce. A právě díky spolupráci s ESA vědci pro přístroj našli i poněkud nečekané využití.

Daniel Mrázek ikona hodiny19. 2. 2022 07:00
Foto: ÚPT AV ČR Foto: ÚPT AV ČR

Konstruktéři nádob na zkapalněné plyny, návrháři přístrojů na magnetickou rezonanci nebo vývojáři satelitů. To je jen zlomek oborů, které dovednosti unikátní aparatury ocení. I to říkají Tomáš Králík a Jiří Frolec v naší zvukové reportáži.

Na portálu transferu technologií Akademie věd ČR se dočteme, že přístroj slouží k „měření emisivit a absorptivit materiálů za kryogenních teplot“. Přiznám se, že z tohoto popisu mi jde hlava kolem. „Aparaturu jsme pojmenovali Emister, což je akronym od ‚emissivity meter‘. Umí to měřit schopnost povrchu vyzařovat tepelné záření a také schopnost povrchu tepelné záření přijímat,“ snaží se odborné výrazy rozklíčovat Tomáš Králík, jeden z vývojářů nejnovějšího typu aparatury. Potkávám se s ním v jedné z laboratoří na Ústavu přístrojové techniky AV ČR (ÚPT). Říká mi, že Emister je unikátní tím, že přijímání a vyzařování tepelného záření dokáže změřit v obrovském rozptylu teplot – od -269°C až po téměř +50°C. „Jsme schopni změřit jakýkoliv povrch, který se dá umístit do vakua a snese prochlazení na takto nízké teploty,“ dodává.

Pro lepší pochopení funkce přístroje uveďme, že existují tři základní způsoby přenosu tepla:

– vedení – např. když rukou sáhneme na teplý radiátor a cítíme, jak se nám ruka ohřívá

– proudění – příklad najdeme i v kuchyni, kdy voda ohřívaná v hrnci stoupá ode dna vzhůru a cyklicky v něm proudí

– záření – ukázkovou situací je ohřev Země od Slunce, navzdory tomu, že ve vesmíru je téměř dokonalé vakuum a chybí tam tedy částice, které by teplo ze Slunce mohly na Zemi dopravit

„Pokud vyjdu ze stínu na sluníčko a budu mít na sobě černý svetr, bude mi větší horko, než kdybych vyšel v bílém svetru. Je to proto, že černá barva lépe absorbuje, tedy pohlcuje tepelné záření, sluneční paprsky. Přesně to tady měříme, tedy schopnost tepelné záření pohlcovat a vyzařovat. Jenže to neměříme na svetru při pokojové teplotě, ale na speciálních materiálech – na povlacích, nátěrech, keramice a podobně, a to za nízkých teplot,“ přidává se další z vědců Jiří Frolec.

Historie přístroje sahá do druhé poloviny 20. století, kdy se v ÚPT začal rodit obor kryogeniky a magnetické rezonance. Tenkrát právě vznikla potřeba dokázat změřit, jak který materiál přijímá a vyzařuje teplo hluboko pod bodem mrazu. Tato znalost je totiž potřeba pro správnou funkci aparatur, které s velmi nízkými teplotami pracují. Tehdejší vědci proto vyrobili aparaturu, která ale měla mnohem užší teplotní rozsah. Tomáš Králík a jeho kolegové na práci svých předchůdců navázali a před několika lety sestrojili současný přístroj se zmíněným obrovským rozmezím teplot.

Pro výzkum i firmy

Na první pohled vypadá jako malý detektor kovů. Jen se používá „vzhůru nohama“. To, co by u opravdového detektoru kovů byla hlavice vyhledávající kovy, je tady vakuové víko přístroje s elektrickými přívody. Zatímco to, co by u detektoru kovů bylo rukojetí, je tady to hlavní – měřící komora, do níž se vloží zkoumaný vzorek. Měděná komora se uzavře a vloží do vakuového obalu. Ten se ponoří do nádoby s kapalným heliem. Od měřicí komory pak vede dlouhá nerezová trubka k víku na horní teplé části přístroje. Nerez velmi špatně vede teplo. Komora tedy může být v mrazu, dotek s nímž by mohl pro člověka mít vážné zdravotní následky, přesto horní část s víkem má běžnou pokojovou teplotu. A naopak – nerezová ocel nepřivede pokojovou teplotu do tekutého helia a nebude ho tak zbytečně odpařovat.

Díky aparatuře vědci například sestavili a publikovali databázi emisivit a absorptivit. Najdeme v ní téměř šedesát materiálů a k nim údaje, jak při kterých teplotách vyzařují a přijímají teplo. Takto rozsáhlá databáze je světově unikátní. Přístroj ale neslouží jen k čistě vědeckým účelům. Rády ho podle Králíka využívají i firmy, včetně zahraničních: „Kdysi se na nás obrátila jedna německá firma, která vyráběla veliké kryovývěvy pro elektronický průmysl. Na těch kryovývěvách jsou takové rošty, které musí být pokryty velmi absorbujícím povrchem, nějakým hodně černým. Ta firma potřebovala změnit výrobce nátěru a my měli zjistit, jestli nový nátěr je stejně kvalitní jako předchozí.“ Dále vědci měřili i materiál pro superizolace nebo zlaté povrchy určené pro vesmírné mise.

Foto: Daniel Mrázek Tomáš Králík (vlevo) a Jiří Frolec s unikátní kryoaparaturou Foto: Daniel Mrázek

Nečekané zjištění: vědci změří i prach

To už byl jen krůček k tomu, aby se o dovednostech brněnských vědců dozvěděla Evropská kosmická agentura (ESA). Na konci loňského roku je požádala, zda by nezměřili materiál pro sondu JUICE, která by měla zkoumat planetu Jupiter a jeho měsíce. „Bylo nám potěšením spolupracovat se členy týmu Kryogeniky z ÚPT AV ČR Brno. Jejich jedinečné výsledky přispívají k úspěšnému splnění náročné meziplanetární mise JUICE,“ prohlásili tenkrát Bruno Bras a Mauricio Portaluppi z Evropského centra pro kosmický výzkum a technologie (ESTEC), hlavního technologického vývojového a testovacího centra ESA.

O tom, že ESA byla s výsledky měření spokojená, svědčí i to, že do Brna poslala další materiály, které by se jednou měly dostat do vesmíru – pakliže budou svými vlastnostmi vyhovovat. A Jiří Frolec s úsměvem prozrazuje, že odborníci z ESA přiměli vědce z ÚPT i k něčemu, co by se dalo nazvat „zátěžovou zkouškou“: „Poslali nám simulátor měsíčního prachu. Naši aparaturu se snažíme udržovat v maximální čistotě a vnitřek aparatury zbavujeme jakéhokoliv prachu. No a tady naopak jsme si ten prach nasypali na speciální nosič ve tvaru mističky.“

Tomáš Králík mističku pohotově ukazuje. Vypadá jako drobné kruhové zrcátko s lehce vystouplými okraji. „Do této misky nasypeme miligramová množství měsíčního prachu,“ popisuje Králík. Toto měření podle něj souvisí s připravovanou misí na Měsíc. ESA zkoumá tepelně-radiační vlastnosti materiálů, které se v misi využijí. Jenže co když se zapráší? „Prach na Měsíci je po přistání velký problém a nikdo neví, co s vlastnostmi materiálů udělá. Takže se nás odborníci z ESA zeptali, jestli nevíme, jak emisivitu a absorptivitu měsíčního prachu změřit. Napsali jsme jim, že nevíme, ale že to zkusíme. Za týden přišla lahvička s měsíčním simulantem, za další týden jsme měli vyrobené tyto mističky a zkusili jsme to,“ vypráví Králík.

Pokus by úspěšný, aparatura měřila. Ale jak Tomáš Králík upozorňuje, bez problémů to nebylo: „Vlivem elektrostatických sil se nám ten prach přestěhoval tam, kam neměl. Ale s tím jsme si poradili,“ usmívá se. Výsledkem není jen to, že vědci zjistí, jaké tepelně-radiační vlastnosti bude mít materiál pošpiněný měsíčním prachem, ale i to, že to vůbec dokážou změřit. Dosud totiž pracovali jen s pevným materiálem, teď už ví, že si poradí i s materiálem sypkým, což rozšiřuje portfolio využití.

Nová generace na obzoru

Tomáš Králík a Jiří Frolec se teď chtějí zaměřit na prohloubení spolupráce mezi ÚPT a ESA a zároveň už plánují další generaci Emisteru. Ta by měla zejména nabídnout jednodušší ovládání. Že by ale aparaturu uvedli na trh, vědci zatím nepředpokládají. K provozu aparatury je nutné mít přístup ke kapalnému heliu, což není zrovna jednoduché. ÚPT je jedním z mála vědeckých pracovišť na světě, které potřebným heliovým hospodářstvím disponuje.

 

Více se o unikátní kryoaparatuře dozvíte v naší zvukové reportáži.

Nejnovější články

Aktuality
Jednejte s cizinci bez problémů. Ve svém jazyce

TAP2U je aplikace, která spojuje ty, kteří jsou...

Nápad vzešel z potřeby dorozumět se v rámci...

Expertní pohled
Jak dosáhnout stability cen energií v Česku?

Začátkem třetí dekády tohoto století bude Česká republika...

Komunitní sítě umožňují subjektům nakupovat nebo dodávat elektřinu...

Na trhu je mnoho menších i větších firem,...

Současný vývoj velkoobchodních cen elektřiny a jejich strmý...

Česko má největší poměr výroby elektřiny z uhlí...

Energetická koncepce založená na decentralizaci, zvýšené flexibilitě, inteligenci...

Analýzy ze Spořky
Kam se ztratila schopnost stavět rychle a efektivně?

Empire State Building byl nakonec dokončen před stanovaným...

Na druhé straně, aktéři, kteří se staví proti...

A kdeže jsme tedy ztratili tu rychlost a...

Nejnovější Aktuality

Aktuality
Jednejte s cizinci bez problémů. Ve svém jazyce

TAP2U je aplikace, která spojuje ty, kteří jsou...

Nápad vzešel z potřeby dorozumět se v rámci...

Věda a výzkum
Akademici s firmami budou řešit transformaci energetiky

„Hlavním cílem projektu je vytvoření komplexní strategie, která...

„Vodík je strategická surovina nejen pro oblast energetiky,...

Aktuality
Zapomeňte konečně na papírové normy!

Nový e-shop Agentury ČAS totiž umožňuje – vůbec...

Koupit si potřebnou technickou normu by skutečně mělo...

E-shop je dalším krokem České agentury pro standardizaci...