„Výkon ELI je srovnatelný s miliardou temelínských reaktorů,“ říká vědec Bedřich Rus

Jestli vyroste v Česku vědecké supercentrum s nejvýkonnějšími lasery na světě, v tuhle chvíli ještě není rozhodnuto. Česká republika je však tomu hodně blízko, a to i díky dosavadním úspěchům a pokrokům v této technologii. K čemu ale vůbec potřebujeme nejvýkonnější lasery na světě? Co by mohli čeští vědci vyzkoumat, pokud by u nás takové zařízení vzniklo? Na podobné otázky odpovídal Bedřich Rus, vedoucí oddělení rentgenových laserů Fyzikálního ústavu Akademie věd, v Interview ČT24 z 23. února. Moderoval František Lutonský.

Laser se pojmenovává zkratkou ELI (Extreme Light Infrastructure). Jde o laser nové generace pro základní aplikovaný výzkum v ultrarelativistickém režimu interakce s hmotou - tak se, tuším, jmenovala i vaše přednáška na toto téma. Zkuste vysvětlit, co to ELI vlastně je?
Jde o laser, který je schopen produkovat neuvěřitelně kratičké pulsy světla tak, že v prostoru je jejich tloušťka asi tisícina milimetru (setina tloušťky lidského vlasu). Výkon, který v takto kratičkém pulsu světla laser dokáže vyprodukovat, je ekvivalentní elektřině, kterou vyprodukují miliardy temelínských reaktorů. Je to ovšem skutečně po kratičkou dobu, takže nejde o žádný zničující instrument, něco, co byste mohli použít na hvězdné války atd.

Takže je to opravdu slaboučký proužek, který vlastně střílí na jediné místo. Soustředíte tento proužek nebo si ho máme představit jako vlas postavený třeba na výšku?
Představte si ukazovátko nebo svítilnu, se kterou budete blikat stále rychleji, budete mačkat knoflík stále po kratší dobu. A představte si, že záblesk světla, který z vaší baterky bude vycházet, bude roven tisícině milimetru. A teď si představte, že baterka je obrovská, světelný výkon je obrovský, a přesto jste schopen vytvářet pulsy, které trvají takto kratičkou dobu.
Vlastně základním smyslem tohoto laseru je vytvářet na omezeném místě v prostoru pro omezený čas zcela neuvěřitelné hustoty zářivé energie, hustoty například elektrického pole apod. Když takovýto puls z vaší svítilny soustředíte na malé místo v prostoru, jste v tomto malém místě schopni vytvářet záblesky třeba rentgenového záření.

Co je tím malým cílovým místem?
Třeba speciální fólie nebo speciální plyn či docela obyčejný pevný terč. Jádro využití těchto laserů je v tom, že soustředěním laseru na malé místo v prostoru jste schopen vytvořit velmi kratičké záblesky přesně dávkovaného záření. Toto záření můžete použít na prosvětlování hmoty, molekul, biologických tkání apod.

Takže už nejde jenom o základní výzkum, ale i o aplikovaný? Je možné nějaké komerční využití třeba právě v medicíně?
Jistě. Celý projekt laserového centra, významného v evropském i světovém měřítku, má hluboký smysl právě proto, že „dýchá oběma plícemi“. Jednak je tam totiž soustředěn velmi zajímavý základní výzkum, kdy můžete simulovat, jak by se chovaly některé částice třeba v blízkosti černé díry nebo jevy, které byly třeba v raném vesmíru.
Ovšem současně (v procentech je to třeba 40:60) můžete tento druh laseru využít pro strašně moc aplikací. Ať už je to medicína nebo zkoumání chemických molekul, zkoumání molekul nových léčiv. Nebo třeba zkoumání některých polovodičů, můžete to použít pro léčení nádorů atd., atd.

Nedávno byl poblíž Ženevy spuštěn obří superurychlovač částic. Snese to nějaké srovnání s tímto nejvýkonnějším laserem?
Ano, tam jde o tunel asi 40 kilometrů v průměru, kde se sráží dva vstřícné proudy částic protonů. V našem případě jde o menší měřítko, ale hustoty energií nebo výkony jsou docela srovnatelné.

Mám si představovat nějakou obrovskou místnost plnou obrovských strojů? Co si mám vlastně představit pod nejvýkonnějším laserem?
Ještě bych něco dodal k výkonu laseru. Laser pulsy světla, které trvají krátkou dobu a jsou soustředěny na velmi malé místo v prostoru, vytváří takovou hustotu záření, jako kdyby slunce všechnu svou zářivou energii vyzařovalo z prostoru jedné kachličky v koupelně. To dává tušit, že pomocí takovéhoto druhu záření můžete vytvářet celou řadu velmi nových, specifických jevů.
Zajímavé na tom je, že v případě tohoto laseru často nemusí jít o mamutí zařízení. Výkon slunce vyzařující energii ne z jedné kachličky, ale z plochy několika metrů, můžete vytvořit pomocí laseru, který se vejde do větší místnosti. Zajímavé je, že pomocí tohoto laseru můžete vytvářet sekundární zdroje částic nebo záblesk velmi speciálního rentgenového záření, kterým můžete prosvítit určitou molekulu, zjistit její trojrozměrnou strukturu a složení. Z toho už se pak dá usoudit, jaká ta molekula je, a použít to třeba na léčení nebo pro vývoj nových léků atd.

Někoho možná napadne otázka zneužití takového laseru?
Zneužít lze v podstatě všechno. Ovšem v tomto případě to jde velmi těžko. Zneužití takovéhoto zařízení si moc představit neumím. Není to laser na sestřelování letadel, ani to není laser, který by měl letální účinky.

Výsledky účinku pulsu, bavíme se o obrovských energiích a výkonech, se zkoumají pomocí nějakých detektorů. Co je potřeba k analýze?
Proces funguje tak, že laserový puls soustředíte do nějakého vhodného prostředí. Ve vhodném prostředí vytvoříte zdroj sekundárního záření, který necháte dopadat na hmotu. Pak to funguje tak, že změříte vlastnosti tohoto sekundárního záření nebo změříte vlastnosti hmoty, která jím byla ozářena. Detektorů je obrovské množství. Jde o klasické detektory světla, detektory částic nebo třeba i mikroskop, který změří účinky záření na hmotu. Může jít také o zkoumání vlivů změn na DNA apod.

Pulsů, záblesků jste schopni vypustit nekonečně mnoho? Nebo je to nějak limitováno?
Teoreticky nekonečně. Laser, který by mohl být umístěn u nás, by byl schopen vydávat tyto krátké světelné pulsy asi desetkrát za vteřinu. Pak je to omezeno jen tím, že „vás to přestane bavit, protože není co zkoumat“.

Mohlo by to přispět k odhalení nových zdrojů energie?
Jedno z možného použití tohoto laseru je zkoumání některých technologií a fyzikálních jevů, které souvisejí s termonukleární reakcí. V současné době se ve světě rozběhlo několik projektů, jejichž cílem je zapálit v laboratoři termojadernou fúzi. A právě jeden z velmi slibných přístupů je zapálit ji pomocí laseru.
Pokud všechno půjde podle plánu, v horizontu dvou až tří let bychom se ve zprávách v České televizi měli dozvědět, že se to podařilo v americké laboratoři v Kalifornii. A laser, který by mohl stát v České republice, by výrazně mohl napomoci tomu, jak zkoumat úsporné metody zapálení termonukleární reakce pomocí laseru.

Jde de facto o nasimulování nebo napodobení podmínek, které jsou uvnitř slunce nebo uvnitř jiných hvězd?
Slunce vytváří svoji energii tím, že pomocí gravitační energie je stlačen vodík na velmi vysoké hustoty a teploty, jádra vodíku se samovolně slučují a přeměňují se na helium. Metody, které se to snaží napodobit v laboratoři, se pokouší stlačit vodík na střední hustotu a vysoce ho ohřát. Nebo ho stlačit na velmi vysokou hustotu a ohřát ho potom pomocí ultrakrátkého laserového pulsu. A to je právě technika, kterou by bylo možné zkoumat pomocí laseru ELI.

To je asi mnohem lepší z hlediska užití atomové energie do budoucna. Dokážete si vůbec představit, že bychom za 20 let už získávali jadernou energii jenom fúzí?
Za 20 let je to možná optimismus, i když kdo ví. Jak už jsem řekl, do dvou až tří let se očekává, že se pomocí laseru ve Spojených státech podaří zapálit termojadernou reakci.
Ovšem ve Spojených státech (a málo se o tom ví) existuje další zajímavý projekt LIFE. Ten spočívá v tom, že se pomocí laseru zapaluje termonukleární reakce, která produkuje částice, neutrony, které způsobí vyhoření vyhořelého jaderného paliva z jaderných elektráren. Pokud se to povede dokázat v laboratoři a dovede do nějakého stádia využitelnosti, bude to velká revoluce v získávání energií. Tento projekt, pokud bude termojaderná fúze úspěšná, má ve Spojených státech velkou prioritu.

Když přijdete za politiky, aby se do projektu zapojili a řeknete jim, že se můžete podílet na vyřešení problému vyhořelého jaderného paliva, protože je pravděpodobnost spolupráce se Spojenými státy, je to pro vás jako koordinátora, který má tady projekt ELI na starosti, dobrý argument?
Může to být jeden z argumentů. Hlavní argument je však ten, že jsme zemí, která měla lidi jako František Křižík nebo Emil Kolben. Ti ve své době dělali absolutně špičkové věci - zavedli jedno z prvních osvětlení na evropském kontinentu. A teď je tady neopakovatelná možnost vybudovat něco, co bude ideálním způsobem sdružovat vědu, která přitáhne nejlepší talenty. Bude to zařízení, které bude dodávat podněty v high-tech průmyslu, bude přitahovat firmy, které budou na takovém zařízení budovat inovace. Do takového stavu bychom měli dospět a snad se dočkáme nových Kolbenů a Křižíků.

U nás už ale vlastně máme výkonné výzkumné lasery?
To je jedna z výhod, kterou Česká republika v kandidatuře má. V České republice funguje od roku 2000 velmi úspěšně třetí nejsilnější laser v Evropě pro vědecký výzkum. Tento laser byl částečně zkonstruován v Německu, u nás jsme ho trošku vylepšili, rozšířili jeho experimentální možnosti. Udělali jsme takovou nadstavbu, která umožňuje dělat pokusy, které dříve nebyly možné.
Tento laser přitáhl překvapivě mnoho výzkumníků z Anglie, Německa, Spojených států, Itálie, Francie atd. a stal se jedním z nejúspěšnějších laserových pracovišť tohoto druhu v Evropě vůbec. To je docela významné při předložení kandidatury. Česká republika díky tomu není totiž jen tak někdo, kdo si usmyslel něco postavit a zapíchnout na to národní vlaječku. Znamená to, že máme zkušenosti a jsme bráni jako někdo, kdo ví, co chce.

Kolik vážných kandidátů vlastně je?
Nejvážnější kandidát je Česká republika. Jinak kandidátů je celkem pět: Velká Británie, Francie, Česká republika, Maďarsko a Rumunsko.

A proč ne Británie nebo Francie? Ve Francii se o tom také bude rozhodovat.
Na to je složitá odpověď. S našimi britským kolegy máme výbornou spolupráci a Velká Británie by měla zájem na vývoji laserových technologií v partnerství s námi. Byla by také ochotná podpořit nás v kandidatuře za předpokladu, že budeme laserové technologie vyvíjet s nimi.
Co se týká Rumunska, jde spíše o nějaké přidružené zařízení stejně jako v případě Maďarska. V případě Francie je to do jisté míry ovlivněno touhou po slávě. Jeden z návrhů proto je, že Česká republika by nečekala na to, jestli se toho Francie vzdá ve prospěch České republiky, ale nabídlo by se jakési partnerství. V takovém případě by byl laser u nás vybudován dřív a byl by orientován hlavně na průmyslové aplikace. A ve Francii by byl později vybudován laser, který by doplňoval některé vědecké aplikace.

Takže se už teď počítá s tím, že se postaví ještě výkonnější laser?
Ne, tak to není. Jde o specializaci. Jde o to, že tyto lasery mají takové možnosti a potenciál, že sdružit všechny možné aplikace do jednoho mamutího centra by nebylo úplně nejrozumnější řešení. Nemusí být totiž rozumné, abychom v České republice dělali všechno od zkoumání struktury proteinů až po veškeré experimenty z kvantové elektrodynamiky a fyziky černých děr apod.

Až si někdo pustí z archivu toto Interview třeba za 20 let, nebude se divit, o čem ti dva pánové vlastně mluví, že nic takového nevzniklo?
I tato varianta může nastat. Může nastat vždycky všechno, člověk si je jistý jenom tím, že umře. Česká republika musí vystupovat sebevědomým a konstruktivním způsobem. Rádi bychom tady totiž vybudovali něco, s čím máme zkušenosti, co bychom dělali dobře a co by pomohlo rozvoji výzkumu a technologiím v tomto odvětví i našim evropským partnerům. To je prostě vzájemně výhodná spolupráce (v manažerské hantýrce win-win situation). Když to budeme dostatečně prosazovat korektním a sebevědomým způsobem, tak by za těch 20 let lidé měli spíš říct, že to znají…

…z Dolních Břežan. Nebo kde vlastně to místo bude?
V okolí Prahy.Toto zařízení bylo financováno ze strukturálních fondů, což znamená, že nemůže být v Praze. Nicméně protože jde o mezinárodní výzkumné centrum, je třeba blízké letiště, dobrý přístup pomocí dálniční sítě apod. Logickým kandidátem proto je Středočeský kraj, vhodným místem jsou například Dolní Břežany nebo případně Hodkovice.

(redakčně kráceno)