Nobelova cena za automatické regulátory majáků a osvětlovacích věží

Již od starověku představovaly pobřežní útesy pro lodní dopravu velké nebezpečí. Proto lidé začali konstruovat a budovat majáky, které v noci svým světlem upozorňují námořníky na nebezpečná místa a umožňují jim orientaci v pobřežních vodách. Nalezení správného majáku svědčilo o dobré námořní navigaci, zejména na konci delší plavby. Pokud loď hledaný maják nenašla, neměl její kapitán jistotu, zda může bezpečně pokračovat v plavbě.

Dnešní majáky využívají především elektrickou energii, ale po celá staletí se majáková světla rozsvěcovala zapalováním dřeva, dřevěného uhlí, smoly, velrybího tuku, petroleje atd. Kromě toho byla důležitá i regulace světel majáků tak, aby vydávala určité signály.

Průkopník navigační techniky Nils Gustav Dalén

K významnému zlepšení navigační techniky došlo počátkem minulého století zásluhou švédského inženýra, chemika a vynálezce Nilse Gustava Daléna, kterému byla před sto lety v roce 1912 přiřčena Nobelova cena za fyziku za vyřešení automatické regulace plynových svítidel na majácích a jiných osvětlovacích zařízeních. Nešlo o základní fyzikální objev či teorii otevírající nové oblasti fyziky nebo poskytující klíčové myšlenky iniciující další výzkumné práce, jako v případě objevů A. Einsteina, M. Plancka, P. Curie, W. C. Röntgena, J. J. Thomsona a dalších osobností klasické a moderní fyziky. K méně známým patří jeho jméno zejména u „suchozemců“ – objev je nejčastěji spojován s bezpečností námořní (zaoceánské) plavby. Vynález však přesto našel uplatnění i v jiných oblastech, kde se pracovalo s osvětlovací a signální technikou – železnice jej např. využily pro různé osvětlovací věže a výstražná zařízení. V dnešní době je většina těchto zařízení řízena elektronicky a tak Dalénův vynález představuje spíše jen významný mezník v historii techniky.

V kariéře pomohl Gustav de Laval

Nils Gustaf Dalén se narodil 30. listopadu 1869 v malé švédské vesnici Stenstorp v rodině farmáře. V duchu rodinných tradic začal studovat na zemědělském učilišti chov dojnic. Pro jeho vědeckou budoucnost měla stěžejní význam známost s o 26 let starším slavným vynálezcem Gustavem de Lavalem, který díky své mezinárodní reputaci ovlivnil mnoho jiných mladších techniků. Laval byl autorem 92 patentů z oblasti rovnotlakých turbín, dýz, odstředivek na mléko Alfa Separator, kompresorů, čerpadel aj., průmyslníkem, který založil 37 společností a vizionářem – „všechno dělat jinak”. Dalén mu přinesl do Stockholmu ukázat jeden ze svých nových vynálezů; Laval rozpoznal jeho všestrannost a přirozené technické nadání zejména pro mechaniku a doporučil mu studovat technické vědy. Mladý samouk se pečlivě připravil a byl v roce 1892 přijat na technický institut v Göteborgu. Roku 1896 se stal strojním inženýrem a poté strávil rok ve Švýcarsku na stáži u slovenského fyzika, technika a vynálezce, světově uznávaného zakladatele teorie parních a plynových turbín profesora Aurela Stodoly na Vysoké škole technické v Curychu. Po návratu do vlasti byl nejdříve inženýrem konzultantem, později hlavním inženýrem a posléze od roku 1909 správním ředitelem progresivní společnosti Svenska Aktiebolaget Gasaccumulator (AGA).

Již jako student a mladý inženýr konstruoval různá mechanická zařízení, která nacházela využití zejména v zemědělství na otcově farmě. Sestrojil například jednoduchou mlátičku poháněnou starým kolovrátkem nebo přístroje na pasterizaci mléka a určení obsahu tuku, strojní dojičku, traktor aj. Pod vedením de Lavala se také věnoval konstrukci kompresorů a vakuových čerpadel, horkovzdušných turbín a zlepšování řady jiných technických zařízení. Dělal pokusy i s jednopólovým strojem; zkoušel jeho použití jako generátoru s nízkým napětím ve spojení s parní turbínou.

Zářící punčoška do majáků a světelných bójí

Největším jeho úspěchem však bylo řešení spolehlivého a úsporného provozu majáků a světelných bójí osvětlujících velmi členité pobřeží Skandinávie (jen ve Švédsku je jich v provozu téměř tisíc). Prvním krokem bylo v roce 1901 zakoupení francouzských patentových práv na rozpouštění acetylénu v acetonu při atmosférickém tlaku, což byla schůdná cesta ke konstrukci acetylénových bomb bez nebezpečí výbuchu. Jako chemik, zabývající se dlouhodobě využitím plynů v praxi, zjistil, že při vyšších tlacích se acetylen rozpouští mnohem lépe, ale vybuchuje v prostoru nad hladinou acetonu. Zřejmě se nechal inspirovat Alfredem Nobelem a jeho infuzoriovou hlinkou (hydratovaný oxid křemičitý, křemelina) napuštěnou nitroglycerinem; mletou křemelinu naředil azbestem a speciální porézní hmota nazvaná Agamassan byla na světě – po napuštění acetonem bezpečně absorbuje acetylén i za vysokého tlaku. Díky tomuto objevu nacházel acetylén stále širší komerční uplatnění. Velmi jasné bílé acetylénové světlo vycházející ze žárové punčošky přivedlo vynálezce až k myšlence jeho využití k osvětlení pobřeží pomocí majáků a světelných bójí.

Patent pro sluneční ventil

V roce 1907 zkonstruoval Dalén svůj nejznámější vynález – sluneční ventil, kterým zajistil automatické zažehnutí světelných zdrojů za šera a jejich zhasnutí při rozbřesku. Podle dobových zdrojů ušetřil jeho regulátor v porovnání s naplno svítícím majákem až 94 % plynu. Princip slunečního ventilu je založen na tepelné roztažnosti kovových materiálů. Uvnitř skleněné trubice je centrálně umístěna černá kovová tyčinka, která je symetricky obklopena třemi rovnoběžnými tyčinkami z pozlaceného kovu s dokonalým odrazem světla. Za tmy mají tyče (táhla) stejnou teplotu a délku. Naopak za denního světla černá tyč na rozdíl od pozlacených zachycuje světlo a díky vyšší teplotě se prodlouží. Důmyslným mechanickým převodem dochází k regulaci průtoku plynu – přerušení jeho proudění do lampy ve dne a opětnému zažehnutí zápalným mechanismem při soumraku.

Dalén úspěšně vyřešil i další dva problémy: regulaci poměru acetylén‑vzduch a automatickou výměnu propálených žárových punčošek. Celý nápad se slunečním ventilem byl tak překvapivě jednoduchý, že tehdejší významní technici včetně T. A. Edisona silně pochybovali o jeho skutečném fungování. V rámci patentového řízení si příslušný úřad dokonce vynutil praktickou demonstraci zařízení a teprve potom patent definitivně uznal.

Při elektrifikaci majáku Blockhusudden poblíž Stockholmu v roce 1980 firmou AGA technici zjistili, že sluneční ventil zde pracuje nepřetržitě bez nutnosti opravy od roku 1912.

Nobelova cena za automatizaci provozu majáků

V roce 1912 byl Dalén za svoje zásluhy o rozšíření acetylénových majáků a bójí bez trvalé lidské obsluhy oceněn Nobelovou cenou za fyziku, a to zejména za vyřešení úsporné regulace acetylénového světla. Brzy nato vyhrál mezinárodní soutěž na osvětlení celého Panamského průplavu; majáky s jeho osvětlením se rozšířily ze severní Evropy po celém světě (Mexiko, Tichomoří aj.).

V úspěšném roce 1912 však postihla Daléna osobní tragédie: při zkouškách se stlačováním acetylénu došlo k silné explozi a on kromě dalších zranění přišel o zrak. I poté však pokračoval v řízení firmy a v dalších vědeckých experimentech a vynálezech. Celkem získal více než 100 patentů. Zamřel 9. prosince 1937 v ostrovním městě Lidingo, dnes jedné z nejbohatších obcí v zemi, která je součástí městské oblasti Stockholm. Svoji soukromou rezidenci, v níž nyní bydlí kanadský velvyslanec ve Švédsku, si zde postavil současně s novým výrobním závodem v roce 1912.

Slavný vynálezce a laureát Nobelovy ceny se stal také členem Švédské královské akademie věd (1913) a Akademie věd a inženýrství (1919), čestným doktorem na univerzitě v Lundu, nositelem medaile Mezinárodní acetylénové společnosti a po téměř 20 let byl i členem městské rady v sídle svého závodu.