Aldebaran bulletin

Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie.
Vydavatel: AGA & Štefánikova hvězdárna v Praze
Číslo 7 (vyšlo 17. února, ročník 10 (2012)
© Copyright Aldebaran Group for Astrophysics
Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno.
ISSN: 1214-1674,
Email: bulletin@aldebaran.cz

Hledej

SESAME – nový vědecký komplex na středním východě

Petr Kulhánek

V Jordánsku, na středním východě, roste nové vědecké centrum, jehož ústředním přístrojem bude synchrotronSynchrotron – cyklický urychlovač, který k zakřivování dráhy částic používá proměnné magnetické pole vhodně synchronizované s urychlujícím elektrickým polem. Je dalším vývojovým stupněm cyklotronu, jenž pracuje jen s konstantním magnetickým polem. schopný urychlit elektrony na energii 2,5 GeVElektronvolt – jednotka energie. Jde o energii, kterou získá elektron urychlením v potenciálovém rozdílu jeden volt, 1 eV = 1,6×10−19 J. V jaderné fyzice se používají spíše větší násobky této jednotky, kiloelektronvolt keV (103 eV), megaelektronvolt MeV (106 eV), gigaelektronvolt GeV (109 eV) nebo teraelektronvolt TeV (1012 eV). V těchto jednotkách se také vyjadřuje hmotnost (E=mc2) a teplota (E=kT). Jeden elektronvolt odpovídá teplotě přibližně 11 600 K.. Synchrotronní zářeníSynchrotronní záření – záření generované relativistickými elektrony rotujícími kolem magnetických siločar nebo elektrony kmitajícími v měnícím se magnetickém poli. Jde o záření s výraznou polarizací, ze které je možné určit směr magnetického pole. Záření je polarizováno v rovině dráhy elektronu, soustředěno do úzkého kužele, vyzařováno v původním směru pohybující se částice a má spojité spektrum. vysílané kroužícími elektrony bude využíváno k nejrůznějším výzkumným aplikacím. Organizace vědeckého střediska by měla být analogií organizace Evropského střediska jaderného výzkumu CERNCERN – Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire, Evropské centrum jaderného výzkumu. Komplex urychlovačů a laboratoří na pomezí Švýcarska a Francie založený v roce 1954. Na výzkumu se podílí 22 členských zemí včetně České republiky. K největším objevům patří objev částic slabé interakce, příprava antivodíku a objev kvarkového-gluonového plazmatu. V CERNu byl také vynalezen a poprvé použit Web. V současné době je zde vybudován největší urychlovač světa – Large Hadron Collider, který byl po závadě na jednom z magnetů opětovně spuštěn na konci roku 2009. V roce 2012 byl na LHC objeven Higgsův boson, poslední částice standardního modelu.. V dubnu 2004 se na spolupráci domluvily tyto státy: Bahrajn, Egypt, Irán, Izrael, Jordánsko, Kypr, Pákistán, Palestina a Turecko. Země i přes politické neshody deklarovaly vůli spolupracovat na vědeckých projektech. Projekt excelentního centra SESAME (Synchrotron-light for Experimental Science and Applications in the Middle East) na středním východě je otevřen i dalším zemím.

Logo SESAME

Logo centra SESAME

Cyklotron – slouží k urychlování nabitých částic, které jsou vedeny na kruhové dráze pomocí magnetického pole. Vlastní urychlování probíhá vysokofrekvenčním elektrickým polem v mezeře mezi elektrodami (duanty). Opakovaným průchodem dochází k urychlování. Prvního předchůdce cyklotronu postavil roku 1929 až 1931 americký fyzik Ernest Lawrence z University of California.

Mikrotron – druh cyklotronu, ve kterém se energie elektronů zvyšuje úměrně počtu otoček. Mikrotrony mají fixní frekvenci elektrického pole a fixní velikost magnetického pole. Různě urychlené elektrony se proto nutně nacházejí na různých drahách.

Synchrotron – cyklický urychlovač, který k zakřivování dráhy částic používá proměnné magnetické pole vhodně synchronizované s urychlujícím elektrickým polem. Je dalším vývojovým stupněm cyklotronu, jenž pracuje jen s konstantním magnetickým polem.

Synchrotronní záření – záření generované relativistickými elektrony rotujícími kolem magnetických siločar nebo elektrony kmitajícími v měnícím se magnetickém poli. Jde o záření s výraznou polarizací, ze které je možné určit směr magnetického pole. Záření je polarizováno v rovině dráhy elektronu, soustředěno do úzkého kužele, vyzařováno v původním směru pohybující se částice a má spojité spektrum.

Trocha historie

Historie vědeckého centra SESAME na středním východě kupodivu začíná v Německu v roce 1979, kdy bylo rozhodnuto o výstavbě obřího synchrotronuSynchrotron – cyklický urychlovač, který k zakřivování dráhy částic používá proměnné magnetické pole vhodně synchronizované s urychlujícím elektrickým polem. Je dalším vývojovým stupněm cyklotronu, jenž pracuje jen s konstantním magnetickým polem. v blízkosti Berlína, který dostal název BESSY (Berlin Electron Storage Ring Society for Synchrotron Radiation). Synchrotron byl dostaven v prosinci 1981 a náklady na výstavbu činily v přepočtu na dnešní měnu 1,7 miliardy Kč. Elektrony zde byly urychleny až na energii 0,8 GeVElektronvolt – jednotka energie. Jde o energii, kterou získá elektron urychlením v potenciálovém rozdílu jeden volt, 1 eV = 1,6×10−19 J. V jaderné fyzice se používají spíše větší násobky této jednotky, kiloelektronvolt keV (103 eV), megaelektronvolt MeV (106 eV), gigaelektronvolt GeV (109 eV) nebo teraelektronvolt TeV (1012 eV). V těchto jednotkách se také vyjadřuje hmotnost (E=mc2) a teplota (E=kT). Jeden elektronvolt odpovídá teplotě přibližně 11 600 K.. K vědeckým aplikacím bylo využíváno zejména synchrotronní zářeníSynchrotronní záření – záření generované relativistickými elektrony rotujícími kolem magnetických siločar nebo elektrony kmitajícími v měnícím se magnetickém poli. Jde o záření s výraznou polarizací, ze které je možné určit směr magnetického pole. Záření je polarizováno v rovině dráhy elektronu, soustředěno do úzkého kužele, vyzařováno v původním směru pohybující se částice a má spojité spektrum.. V roce 1999 bylo rozhodnuto synchrotron BESSY I nahradit novým, výkonnějším synchrotronem BESSY II. Celý synchrotron byl nabídnut k využití Jordánsku.  V roce 2002 byl synchrotron BESSY I rozebrán a ve 13 kontejnerech naložen na kontejnerovou loď Conti Harmoni, na níž se vydal na cestu z Německa do Jordánska. Jordánsko se rozhodlo synchrotron kompletně modernizovat a doplnit předstupni tak, aby nominální dosažitelná energie byla až 2,5 GeV a zařízení tak mohlo konkurovat nejlepším synchrotronům světa tohoto typu (například SPEAR 3 ve Stanfordu). Samotné Jordánsko poskytlo novou budovu v Allanu, 30 km severozápadně od hlavního města Ammánu. Všechny zúčastněné země se finančně podílejí na výstavbě a provozu nového centra, včetně potřebné přestavby synchrotronu.

Conti Harmoni, 2002

13 kontejnerů s naloženým synchrotronem BESSY I opouští na jaře 2002 Hamburg
na palubě lodi Conti Harmoni. Zdroj: Ralph Lange.

Poloha vědeckého centra SESAME

Cíl cesty: Budoucí vědecké centrum SESAME v Jordánsku. Zdroj Google Maps.

Jak bude vypadat přestavený synchrotron SESAME?

SynchrotronSynchrotron – cyklický urychlovač, který k zakřivování dráhy částic používá proměnné magnetické pole vhodně synchronizované s urychlujícím elektrickým polem. Je dalším vývojovým stupněm cyklotronu, jenž pracuje jen s konstantním magnetickým polem. SESAME bude mít obvod 133,2 m a elektronyElektron – první objevená elementární částice. Je stabilní. Hmotnost má 9,1×10−31 kg a elektrický náboj 1,6×10−19 C. Elektron objevil sir Joseph John Thomson v roce 1897. Existenci antičástice k elektronu (pozitron) teoreticky předpověděl Paul Dirac v roce 1928 a objevil Carl Anderson v roce 1932. urychlené v několika předchozích stupních by měly dosáhnout finální energii 2,5 GeVElektronvolt – jednotka energie. Jde o energii, kterou získá elektron urychlením v potenciálovém rozdílu jeden volt, 1 eV = 1,6×10−19 J. V jaderné fyzice se používají spíše větší násobky této jednotky, kiloelektronvolt keV (103 eV), megaelektronvolt MeV (106 eV), gigaelektronvolt GeV (109 eV) nebo teraelektronvolt TeV (1012 eV). V těchto jednotkách se také vyjadřuje hmotnost (E=mc2) a teplota (E=kT). Jeden elektronvolt odpovídá teplotě přibližně 11 600 K.. Synchrotronní zářeníSynchrotronní záření – záření generované relativistickými elektrony rotujícími kolem magnetických siločar nebo elektrony kmitajícími v měnícím se magnetickém poli. Jde o záření s výraznou polarizací, ze které je možné určit směr magnetického pole. Záření je polarizováno v rovině dráhy elektronu, soustředěno do úzkého kužele, vyzařováno v původním směru pohybující se částice a má spojité spektrum. bude mít využitelné spektrum od infračerveného až po tvrdý rentgenový obor. Záření ze synchrotronu je namířeno do svazků, které putují k různým experimentům. Zejména krátkovlnné záření lze využít pro různé moderní zobrazovací techniky (viz AB 32/2008). Za základní obory výzkumu byly zvoleny: biologie, archeologie, medicína, materiálové vědy, fyzika, chemie a vědecký výzkum živých organismů. Autoři projektu předpokládají, že špičkové vědecké centrum na středním východě pomůže překonat bariéry mezi vědci různých náboženských vyznání a národností a zamezí odlivu mozků z tohoto regionu do Evropy, Ameriky a Asie.

SESAME v číslech
poloha 32,109987 v.d. 35,736679 s.š.
obvod 133,2 m
energie před přestavbou 0,8 GeV
energie po přestavbě 2,5 GeV
obor záření od IR po tvrdé RTG
spuštění do provozu 2015

Nová budova synchrotronu

Nová budova synchrotronu v Jordánsku, 30 km od Ammánu.

Přestavba synchrotronu

Fotografie ze stavby synchrotronu v nové budově. Nalevo je pan Salameh,
starosta blízkého města Salt, napravo Herman Wiick,
odborník ze stanfordského střediska SLACSLAC – Stanford Linear Accelerator Center, středisko s několika urychlovači, nejznámějším je přes 3 kilometry dlouhý lineární urychlovač patřící Stanfordově univerzitě v Kalifornii, podle něhož je centrum SLAC pojmenováno. Urychlovač je v provozu od roku 1962. V současnosti je středisko přejmenováno na „SLAC National Accelerator Laboratory“ a je jednou z deseti národních laboratoří Spojených států..

Závěr

Cíle vědeckého centra SESAME jsou skutečně ambiciózní, politikové dokonce hovoří o posílení míru na středním východě. Velké naděje jsou vkládány v to, že špičkoví vědci zůstanou na špičkovém zařízení v regionu a nebudou utíkat do jiných zemí. Osobně mne to poněkud připomíná propagandu let dávno minulých a příliš nevěřím zastavení migrace vědecké komunity z této oblasti, ani tomu, že by zajímavé vědecké zařízení semknulo rozhádané národy natolik, aby zamezilo náboženským a jiným konfliktům. Také srovnání s evropským střediskem CERNCERN – Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire, Evropské centrum jaderného výzkumu. Komplex urychlovačů a laboratoří na pomezí Švýcarska a Francie založený v roce 1954. Na výzkumu se podílí 22 členských zemí včetně České republiky. K největším objevům patří objev částic slabé interakce, příprava antivodíku a objev kvarkového-gluonového plazmatu. V CERNu byl také vynalezen a poprvé použit Web. V současné době je zde vybudován největší urychlovač světa – Large Hadron Collider, který byl po závadě na jednom z magnetů opětovně spuštěn na konci roku 2009. V roce 2012 byl na LHC objeven Higgsův boson, poslední částice standardního modelu., které se v materiálech často cituje, není vůbec adekvátní. CERN je celé vědecké městečko s mnoha urychlovači, SESAME je jedna jediná budova se synchrotronem o obvodu 133 metrů (obvod LHCLHC – Large Hadron Collider. Urychlovač protonů na nominální energie 14 TeV. LHC byl vybudován ve středisku jaderného výzkumu CERN v tunelu po urychlovači LEP II, který má obvod 27 km. Do zkušebního provozu byl uveden v září 2008, ale zanedlouho došlo k poruše na jednom z magnetů. Urychlovač byl opětovně spuštěn v listopadu 2009. Od března 2010 probíhal fyzikální program na energii 7 TeV. V roce 2012 byl na urychlovači objeven Higgsův boson. Provoz na energiích blízkých nominální probíhá od roku 2015. v CERN je 27 kilometrů). Nicméně pokud se přestavba bývalého německého synchrotronu BESSY I podaří, získají na středním východě zařízení, které jim umožní provádět výzkum, jenž v této oblasti zatím nebyl možný.

Svazek elektronů v mikrotronu

Svazek elektronů v mikrotronu urychlený ve středisku SESAME v listopadu 2011
na energii 22,5 MeV. Elektrony oběhly v mikrotronu 42 otoček.

Odkazy

Valid HTML 5 Valid CSS!

Aldebaran Homepage