Matematicko‑fyzikální fakulta Univerzity Karlovy ve spolupráci s Akademií věd ČR uvedla do provozu nejvýkonnější český zkapalňovač helia pro vědecké účely o výkonu 57 litrů kapalného helia za hodinu, který může ročně zkapalnit až 70 000 m3 plynného helia. Přístroj využijí vědci i pro opětovné zkapalnění extrémně těkavého vzácného plynu z laboratoří, který takto recyklují.
Díky kapalnému heliu lze v kryogenních laboratořích pomocí supravodivých magnetů vytvářet silná magnetické pole a teploty velmi blízké absolutní nule, při nichž vědci studují vlastnosti látek za podmínek, které nikde jinde ve vesmíru neexistují. Například v největší nízkoteplotní laboratoři na světě CERN se ochlazují tisíce supravodivých magnetů, aby se mohly urychlovat částice. Pomocí chladicích zařízení, v nichž cirkuluje supravodivé helium, se udržuje 23 kilometrů urychlovače LHC na teplotě -271 °C (1,9 Kelvina).
Kryogenní kapalné i plynné helium je současně nástrojem i předmětem základního výzkumu. Využívá se například pro simulace proudění v nitru hvězd či pulsarů a umožňuje tak vědcům zkoumat jevy, které ovlivňují vesmír i náš svět. „Supratekuté helium může za určitých podmínek proudit bez vnitřního tření a jeho vlastnosti se dají vysvětlit pouze pomocí kvantové mechaniky. V supratekutém heliu vznikají kvantované víry a kvantová turbulence, což jsou jevy, které více než 25 let sledujeme,“ vysvětluje profesor Ladislav Skrbek, přední český odborník na fyziku nízkých teplot z Matematicko-fyzikální fakulty UK.
Univerzitní a akademické laboratoře využívající trojský zkapalňovač dosahují obdobné teploty při pro širokou škálu experimentů například chlazení supravodivých magnetů spektrometrů jaderné magnetické rezonance. Ta slouží k určování struktury přírodních a syntetických sloučenin, pro výzkum vlastností kondenzovaných látek, nanočástic či materiálový výzkum.
„Stabilní vysoká magnetická pole jsou pro materiálový výzkum nezbytná. V laboratorních podmínkách je lze generovat pouze s použitím cívek ze supravodivých materiálů, které pro své fungování vyžadují právě teploty kapalného helia,“ uvedl Martin Míšek z Fyzikálního ústavu Akademie věd ČR.
Nový zkapalňovač bude ročně dodávat až 80 000 litrů kapalného helia (značná část se během manipulace a transportu odpaří, recykluje a opětovně zkapalní). V laboratořích MFF UK výzkumníci spotřebují 20 000 litrů, druhým největším odběratelem s 16 000 litry bude Fyzikální ústav Akademie věd ČR. Mezi další akademické ústavy, které využijí kapalné helium, patří Ústav organické chemie a biochemie (cca 3800 litrů), Ústav makromolekulární chemie (800 litrů), Ústav anorganické chemie (400 litrů) a Ústav fyzikální chemie J. Heyrovského (100 litrů). Do pražské Troji si vozí zkapalnit plynné helium rovněž z brněnské výzkumné infrastruktury CEITEC (3000 litrů).
Helium, druhý nejhojnější prvek ve vesmíru, známe již od roku 1868. V počátcích bylo získáváno i z pórů uranových minerálů z Jáchymova. Zásadní přínos pro vědu umožnil až počin nizozemského fyzika a nositele Nobelovy ceny Heike Kamerlingha Onnese. Ten poprvé zkapalnil helium 10. července 1908 na univerzitě v Leidenu, přičemž toto datum je pokládáno za počátek moderní fyziky nízkých teplot.
Zdroj: Tisková zpráva MFF UK
Foto: Tomáš Rubín / MFF UK
