Jak vyhrát pomocí fyziky výlet

V první řadě musíte být student s nadšením pro vědu a techniku. Potom musíte napsat dobrou práci na zajímavé téma a zúčastnit se soutěže O nejlepší vědeckotechnický projekt, kterou vyhlašuje ASTRA 2001, vzdělávací projekt Nadace Charty 77, za podpory elektrárenské společnosti ČEZ.

Plasma pro energii i dekoraci

První zastávkou bylo město Lausanne na břehu Ženevského jezera. Zde v Plasma Physics Research Centre na nás čekal velký TOKAMAK, možná předstupeň k elektrárně na termojadernou fúzi. Podpoře mladých tu věnují velkou pozornost, v ústavu pracuje 130 vědců z celého světa a mnoho je mladých doktorandů a stážistů. V plasmatu uvnitř tokamaku dosahují proudů více než milionu ampérů po dobu až dvou sekund. Jeden takový puls spotřebuje naráz tolik energie jako město Lausanne za celý den. Aby zdejší energetická síť nezkolabovala, zásobuje tokamak energií obrovský setrvačník, do něhož se akumuluje energie z elektromotoru, aby se pak naráz v okamžiku zážehu pustila do cívek tokamaku. Kromě experimentů s energetickým využitím plasmatu se ústav věnuje také průmyslovým aplikacím. Zajímavé byly např. plasmaticky nanášené tenké vrstvy diamantu na nářadí, které tak získá neobyčejnou pevnost, nanášení tenkých vrstev křemene na polyetylén - vznikne tak supertenké ohebné sklo, které se dá zmuchlat jako sáček na svačinu, ale přitom neztratí své "skleněné" vlastnosti, kloubní náhrady plasmaticky potažené uhlíkovou vrstvou, do které pacientova kost přímo vroste a stane se její součástí, aplikace pro dekorační účely ve šperkařství.
Vedle odborných fyzikálních informací se studentům dostalo také návodu, jak se ucházet o přijetí do podobného vědeckého zařízení v cizině: klíčem ke všemu jsou osobní kontakty profesorů a odborných pracovníků vysokých škol a ústavů a samozřejmě speciální odborné zaměření uchazeče a jazykové znalosti.

Netradiční mikroskopy

Dalším bodem programu byla návštěva Institutu Laue-Langevin v Grenoblu. Navštívili jsme High-flux reaktor, nejsilnější zdroj neutronů na světě. Reaktor sám je asi velikosti zavařovacího hrnce - 30 cm průměr, 60 cm výška, ale má výkon
58 MW. Výkon je však v tomto případě nepodstatný - důležitý je silný tok neutronů, protože ty se využívají k experimentům. Jediná palivová tyč s 9,5 kg vysoce obohaceného uranu vyhoří za 5 týdnů a každou sekundu vydává 1,5 i 1015 neutronů na cm2. Neutrony se využívají k výzkumům v oblasti struktury látek. Umožní, obrazně řečeno, podívat se do nitra atomu. Aplikovaný výzkum pak slouží např. k přípravě speciálních magnetických materiálů pro ukládání informací, přípravě keramických vysokoteplotních supravodičů, umožní zobrazovat poruchy v materiálech a kontrolovat tak letecké motory, kvalitu svarů, namáhání a opotřebení, zobrazovat strukturu polymerů a biologických membrán. Možná, že nový lék proti obezitě bude založen právě na výsledcích experimentů na High-flux reaktoru - zjištění struktury a mechanismu fungování enzymů štěpících tuk.
Většina nejnovějších poznatků z genetiky, tj. tvary a funkce jednotlivých genů, byla získána právě zde na reaktoru a na dalším zařízení, které je v areálu ústavu, na obrovském synchrotronu. Synchrotron je kruhový urychlovač elementárních částic. Elektrony vyletující ze žhavené elektrody podobně jako v televizní obrazovce, se nejprve urychlí lineárním urychlovačem, pak malým kruhovým (obvod "jen" 300 metrů) a pak se vstřelí do velkého kilometrového okruhu, kde balíček elektronů obíhá rychlostí světla. Z velína, který by si nezadal ani s velínem jaderné elektrárny, se několikrát denně dává příkaz k naplnění okruhu novou dávkou elektronů. Energetiky bude jistě opět zajímat, že každý takový "výstřel" spotřebuje tolik energie jako desetitisícové město za celý den. Pro experimenty se zde využívá intenzivní synchrotronové záření, které vzniká při kruhovém pohybu elektricky nabitých částic.

Všechno zvládnul robot

Je jen málo takových míst na světě, kde se přepracovává jaderný odpad. Závod v La Hague v Normandii zpracovává ročně 800 tun použitého jaderného paliva z 58 domácích reaktorů a 800 tun použitého paliva ze zahraničních jaderných elektráren, zejména z Německa, Belgie, Švýcarska a Japonska. Projížděli jsme rozlehlým areálem kolem obřích přepravních kontejnerů spočívajících na tahačích s 9 nápravami a 62 koly, kolem hal, v nichž v modře světélkujících bazénech chladnou palivové články a hal, pod jejichž masivní podlahou čekají kapsle se zeskelněnými radioaktivními zbytky, až si je jejich majitelé odvezou. Pak jsme se převlékli do bílých kombinéz a vešli nejprve do prostorů, kde se přijímají kontejnery s použitým palivem, kontrolují, otevírají a obsah se pomocí manipulátorů přesouvá do bazénů, a pak i k horkým komorám, kde je možné za 80 cm silným olovnatým sklem sledovat roboty a manipulátory, které štípou palivové kazety na kousky, rozpouštějí je v kyselině dusičné, separují štěpné produkty a v kalcinační peci připravují k zatavení do skla. Byl to zážitek, který všichni účastníci hodnotili z celého zájezdu nejvýše. V celém obrovském závodě bylo vidět jen velmi málo pracovníků - všechno zde řídí automaty. Když se jeden manipulátor porouchá, jiný ho opraví.

Uhlí je v Německu na 300 let

Na zpáteční cestě jsme navštívili moderní uhelnou elektrárnu Niederaussem u Kolína nad Rýnem. Obrovská elektrárna má 9 bloků s celkovým výkonem 2840 MW. Ve stejném areálu se staví dva další moderní hnědouhelné bloky s výkonem 1200 MW za 2,4 miliardy německých marek. Kotel nového bloku je vyšší než věž kolínského chrámu, bude zavěšený, protože jinak by se tak vysoká konstrukce zhroutila vlastní vahou. Nová chladicí věž bude mít výšku 200 metrů. Celá elektrárna stojí takřka ve městě, na dohled jsou další dvě. Kromě standardní prohlídky elektrárny nás ještě vzali na projížďku povrchovým dolem. Dlouhé minuty jsme projížděli kolem obrovské haldy uhlí, aby nás průvodce omráčil sdělením, že to je zásoba na jediný den. Seznámili jsme se zblízka s kráčejícím velkorypadlem, které neúnavně chrlí uhlí na sedmikilometrový pás vedoucí až k elektrárně, pokropilo nás skrápěcí zařízení, které neustále vytváří vodní clonu proti uhelnému prachu, a pak jsme projeli výstavní ves-ničku na rekultivované ploše, do níž se stěhují obyvatelé vesnic, které padnou za oběť dolu. 30 000 už jich takto přestěhovali, do roku 2020 jich přesídlí ještě 13 000. Obyvatelé z okolí elektrárny prý ani moc neprotestují, jsou rádi, že mají práci.
Edita

Zapřažená voda

V Alpách u italských hranic stojí francouzská největší přečerpávací vodní elektrárna Grand Maison. V naší skupině byl i "expert na vodu", Radek Nedělka, který uspěl v soutěži s prací "Malá vod-ní elektrárna Skalka". Ovšem Grand Maison není malý. Má 1800 MW instalovaného výkonu, horní nádrž zadržuje 140 milionů m3 vody, dolní 14 milionů m3. Sedmikilometrový tunel uvnitř hory vede vodu na 4 Peltonovy turbíny, 8 čerpacích turbin ji pak čerpá zpět, 1000 metrů do kopce.
Jinak pracuje voda v Bretani, v ústí řeky La Rance (na obrázku), kde je přílivová elektrárna. Využívá až 13m rozdílu mezi hladinou moře za přílivu a za odlivu. Už ve středověku zde pracovaly přílivem poháněné mlýny. Elektrárna je umístěna v 750 m dlouhé přehradě, skládá se z 24 horizontálních Kaplanových turbín a má instalovaný výkon 240 MW.

TIP PRO VÁS

Další ročník soutěže O nejlepší vědeckotechnický projekt a výlet pro ty nejlepší čeká třeba právě na vás.