Jakub Bulička z Fyzikálního ústavu AV ČR získal třetí místo v kategorii nejlepší diplomová práce v prestižní soutěži Cena Wernera von Siemense, každoročním ocenění, které vyzdvihuje nejlepší studentské vědecké práce v Česku. Jeho diplomovou práci vedl Libor Juha a Jakub Bulička ji úspěšně obhájil na Fakultě jaderné a fyzikálně inženýrské ČVUT v Praze.
Jak student, tak jeho vedoucí působí v Oddělení radiační a chemické fyziky Fyzikálního ústavu, které se zabývá především tím, jak intenzivní laserové záření vytváří takové plazma, v němž by se mohlo zažehnout fúzní palivo, a zároveň zkoumá, jaké materiály by mohly obstát v budoucích fúzních reaktorech. Právě do druhé z oblastí patří oceněná práce.
Kde se bere energie
Inerciální fúzní reaktor vyrábí energii podobně jako Slunce: pomocí silných laserů stlačí a zahřeje malou kapsuli s palivem na extrémně vysoké tlaky a teploty, čímž spustí termojadernou reakci, při níž se uvolní obrovské množství energie. Právě to je na fúzi tak lákavé: paliva je dostatek, reakce neprodukuje skleníkové plyny a nevzniká při ní dlouhodobě radioaktivní odpad.
Jenže energie uvolněná při reakci musí někam odejít. Putuje ve formě neutronů, alfa částic a dalších produktů, které se rozletí do okolí a s velkou silou narážejí na vnitřní stěny komory i na optické prvky reaktoru. Při každém spuštění reaktoru jsou tyto části vystaveny extrémní zátěži a musí ji vydržet znovu a znovu, po celou dobu provozu.
Než tedy fúzní energie přejde z experimentálních zařízení do rozvodné sítě, je třeba odpovědět na zásadní otázku: jaké materiály mohou takové podmínky vydržet?
Simulace v laboratoři
Student se rozhodl tyto podmínky napodobit v laboratoři. Vystavoval různé materiály působení energetickému záření, konkrétně fotonům extrémního ultrafialového laserového záření, a sledoval, jak se z radiačně poškozovaného povrchu uvolňuje stále více iontů. Z naměřených iontových signálů pak stanovil prahy poškození testovaných materiálů.
„Jakubova práce je výjimečná i proto, že velká část výzkumu proběhla v zahraničí na Colorado State University,“ říká vedoucí práce. Výsledky práce dokonce přinesly překvapivá zjištění. Jako nejodolnější materiál nebyl potvrzen wolfram, který je dnes pro vnitřní stěny reaktorů první volbou, ale určité druhy keramik na bázi nitridu boritého. Ty prokázaly výrazně vyšší odolnost vůči záření a mohou být použity pro budoucí návrhy reaktorů.
Oceněné výsledky byly získány spoluprací hned několika výzkumných institucí: vedle Fyzikálního ústavu AV ČR a Colorado State University se na něm podíleli pracovníci Ústavu fyziky plazmatu AV ČR a evropského výzkumného centra European XFEL v Schenefeldu v Německu, které provozuje jeden z nejvýkonnějších rentgenových laserů na volných elektronech na světě. Kromě zmíněné Colorado State University ve Fort Collins se na výuce a vědecké výchově studenta významně podílely Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská ČVUT a Matematicko-fyzikální fakulta Univerzity Karlovy.
Videomedailon k ocenění Jakuba Buličky můžete zhlédnout zde.
Foto: Kurt Neubauer / Ceny Wernera von Siemense
