Fyzika a klasická energetika

Článků v rubrice: 217

Kvantová exotika v českých laboratořích

Mezinárodní tým vědců v Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR pracuje na zdánlivě nenápadném projektu. Zkoumá srážky molekul s volnými elektrony, při nichž dochází k různým kvantovým exotickým efektům. Díky unikátním laboratořím je v Česku dokážeme studovat nejspíš nejlépe na světě.  Elektronové srážky však ukazují, jak může mít čistě základní výzkum nečekané aplikace v praxi. Na jejich výsledky teď navazuje praktický výzkum, který směřuje k nahrazení skleníkových plynů SF6 používaných ve vysokonapěťových izolacích. Ty nalezneme téměř ve všech elektrárnách a rozvodnách na světě a v současnosti za ně neexistuje náhrada.

Fotogalerie (1)
Trochoidální elektronový spektrometr, který slouží k výzkumu nízkoenergetických elektronových srážek (zdroj ÚFCH JH)

Komár létá moc rychle

Výzkum se zaměřuje na popis tzv. rezonancí, tj. shluků molekul s elektrony, které vznikají při střetech molekul s elektrony ve vysokém vakuu, při tlaku řádově miliardkrát nižším, než má naše atmosféra. K vytvoření těchto krátce žijících komplexů je zapotřebí nízká rychlost, pohybující se v jednotkách elektronvoltů (jen pro srovnání: elektrony ve dříve používaných televizních obrazovkách mají energii okolo dvaceti tisíc elektronvoltů, energie letícího komára je přibližně bilion elektronvoltů).  „Rád používám srovnání mírně přitažená za vlasy, např. že máme k chemii podobný přístup, jako mají lidé v CERNu přístup k částicové fyzice: srážíme navzájem různé věci. Jenže my to děláme při mnohem nižších energiích,“ vysvětluje Juraj Fedor, který v Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR působí v rámci Fellowship J. E. Purkyně (finanční podpora Akademie věd ČR pro nadané zahraniční vědce).

Elektron přilepený k molekule

Při těchto rychlostech se elektron na krátký čas přilepí k molekule, čímž vznikne komplex nazývaný rezonance. Na nich dokážou vědci velmi detailně sledovat ultrarychlou dynamiku pohybu atomů v molekulách i exotické kvantové efekty, při nichž se částice chovají jinak než v převážné většině běžných chemických reakcí. Mezinárodní tým vedený Jurajem Fedorem popsal nově objevený druh takového komplexu: rezonanci se smíšenou symetrií. Výsledky výzkumu již publikoval ve spolupráci s Ústavem teoretické fyziky MFF UK v prestižním Physical Review Letters. „Domníváme se, že právě tato rezonance hraje úlohu v tom, jak vede dopad elektronu k rozpadu velkého množství různých molekul,“ uvádí Fedor, který dříve působil na univerzitě ve švýcarském Friburgu. Švýcarská univerzita Praze zapůjčila část experimentální infrastruktury, se kterou tým pracuje.

Co se děje v izolačních plynech

K velkému množství srážek molekul s volnými elektrony dochází mimo jiné v takzvaných izolačních plynech. Ty dokážou přerušit elektrický výboj a používají se proto jako bezpečnostní náplň v elektrických izolacích a rozvaděčích vysokého napětí. Po desetiletí se používá fluorid sírový (SF6), který je však zároveň velmi silným skleníkovým plynem (pokud by se zařízení poškodilo a plyn unikl do ovzduší). „Vzhledem k současné environmentální politice je velký administrativní tlak na jeho zákaz. Jediný důvod, proč není zakázaný už nyní, je, že za něj neexistuje náhrada,“ doplňuje Fedor.

Právě na nalezení náhrady za tento plyn nyní pracuje jeho skupina v rámci projektu Technologické agentury ČR ve spolupráci s vývojovým střediskem firmy Eaton v Roztokách. Výsledkem této spolupráce by měl být funkční prototyp vysokonapěťového spínače. „Tyto spínače se používají prakticky v každé elektrárně či rozvodně na světě,“ popisuje Fedor důležitost projektu. I díky vědcům z Ústavu Jaroslava Heyrovského tak můžeme doufat, že náhradu najdou a možné emise skleníkových plynů se v této oblasti lidské činnosti podaří eliminovat.

Poznámka:

Juraj Fedor působí v Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského od roku 2015 v rámci programu Fellowship J. E. Purkyně, jehož cílem je přilákat do České republiky významné a zkušené vědce. Dříve působil na univerzitě ve Friburgu ve Švýcarsku. Jeho skupina je složena z dalších tří až čtyř zahraničních vědců. Ústav fyzikální chemie J. Heyrovského se obecně soustřeďuje zejména na výzkum struktury a reaktivity látek na atomární a molekulární úrovni. Výsledky své práce nabízí k využití v medicíně, průmyslu, vzdělání a potažmo i běžném životě.

Poznámka k obrázku: Trochoidální spektrometr separuje částice pomocí vzájemně kolmých elektrických a magnetických polí tak, aby sledovaly dráhu trochoidy (cyklické křivky – kotálnice, tvořené bodem jedné křivky, valící se po druhé křivce).

(red)
Poslat odkaz na článek

Opište prosím text z obrázku

Nejnovější články

Jak jste na tom s informační gramotností?

Jak se studenti druhého stupně základních škol orientují ve světě technologií, které nás obklopují? Jak zvládají aplikovanou matematiku? To ukáže jubilejní 10. ročník informační soutěže IT-SLOT, které se pravidelně účastní tisíce žáků 8. a 9. tříd základních škol z celé České republiky.

Cyklické změny teploty na Zemi

Paleoklimatologové hledají stopy vývoje teplot na Zemi v horninách a fosíliích. Dlouhodobé ochlazování začalo asi před 50 miliony lety, kdy byla průměrná globální teplota 14 °C. Tenkrát ještě nebyla na Zemi trvalá ledová pokrývka a hladina mořské vody byla o více než 70 m vyšší než dnes.

Záhadný lidský mikrobiom

Nedávný výzkum ukazuje, že naše tělo je domovem mikrobů, se kterými se věda předtím nesetkávala. Možná, že se kvůli nim bude i přepisovat strom života. Navíc může mít tato mikrobiální „temná hmota“ i vliv na zdraví.

MAAE zveřejnila nové odhady vývoje jaderné energetiky do roku 2050

MAAE zveřejnila 10. září své nejnovější projekce trendů v energetice, elektřině a jaderné energii do roku 2050. Výroční zpráva nabízí smíšený odhad budoucího příspěvku jaderné energie k celosvětové výrobě elektřiny v závislosti na tom, jak se budou potenciálně ...

Vyřeší největší problém větrných elektráren pojišťovny?

Závislost na počasí je největším problémem větrných elektráren nejen z hlediska jejich vlivu na stabilitu elektrizační soustavy, ale také z pohledu celkové i provozní ekonomiky. Když vítr nefouká, elektrárna nejen že nevyrábí, což dělá problémy v přenosové síti, ale ani nevydělává.

Nejnovější video

Bez jaderné energie se ve vesmíru daleko nedostaneme

Krátké výstižné video z dílny Mezinárodní agentury pro atomovou energii ve Vídni ukazuje využití jaderné energie a jaderných technologií při výzkumu vesmíru. Ne každý ví, že jádro pohání vesmírné sondy už po desetiletí. Zopakujme si to. (Film je v angličtině.)

close
detail