Zahlavi

FOTO: Zrcadla pro kosmickou sondu nebo technologie pro odolnější kloubní náhrady

19. 02. 2020

Předsedkyně Akademie věd ČR Eva Zažímalová zahájila druhé kolo návštěv pracovišť AV ČR. Další zastávkou se 14. února 2020 stala dvě pracoviště Ústavu fyziky plazmatu AV ČR – výzkumné centrum TOPTEC v Turnově a laboratoř plazmových technologií v areálu Výzkumného a zkušebního leteckého ústavu v pražských Letňanech.

Plazma tvoří až 99 % viditelné hmoty vesmíru. Na Zemi se vyskytuje zřídka, nabízí ale mimořádné vlastnosti a jeho využití je široké – od výroby pokročilých materiálů přes lékařské aplikace, chemii, optiku až po prakticky nevyčerpatelný bezpečný zdroj energie. Výzkum plazmatu je téma pro vědce v Ústavu fyziky plazmatu AV ČR.

Plazma tvoří až 99 % viditelné hmoty vesmíru. Na Zemi se vyskytuje zřídka, nabízí ale mimořádné vlastnosti a jeho využití je široké – od výroby pokročilých materiálů přes lékařské aplikace, chemii, optiku až po prakticky nevyčerpatelný bezpečný zdroj energie. Výzkum plazmatu je téma pro vědce v Ústavu fyziky plazmatu AV ČR.

Předsedkyně Akademie věd ČR Eva Zažímalová (na snímku uprostřed společně s ředitelem Ústavu fyziky plazmatu AV ČR Radomírem Pánkem vpravo) navštívila 14. února 2020 v rámci svých cest po pracovištích Regionální centrum speciální optiky a optometrických systémů TOPTEC. V Turnově jej o roku 2012 provozuje Ústav fyziky plazmatu AV ČR.

Předsedkyně Akademie věd ČR Eva Zažímalová (na snímku uprostřed společně s ředitelem Ústavu fyziky plazmatu AV ČR Radomírem Pánkem vpravo) navštívila 14. února 2020 v rámci svých cest po pracovištích Regionální centrum speciální optiky a optometrických systémů TOPTEC. V Turnově jej o roku 2012 provozuje Ústav fyziky plazmatu AV ČR.

Výzkumné a vývojové pracoviště TOPTEC se zaměřuje na ultrapřesnou a speciální optiku a je vybaveno nejmodernější technikou. Ředitel centra Vít Lédl vysvětluje, že jeho umístění v Turnově není náhodné: „Již před staletími se ve zdejším regionu obráběly drahé kameny. Později zde vyrostly generace optiků, za Rakouska-Uherska zde vznikla první fabrika na brýlová skla.“

Výzkumné a vývojové pracoviště TOPTEC se zaměřuje na ultrapřesnou a speciální optiku a je vybaveno nejmodernější technikou. Ředitel centra Vít Lédl vysvětluje, že jeho umístění v Turnově není náhodné: „Již před staletími se ve zdejším regionu obráběly drahé kameny. Později zde vyrostly generace optiků, za Rakouska-Uherska zde vznikla první fabrika na brýlová skla.“

Centrum TOPTEC vzniklo z legendární Vývojové optické dílny AV ČR, a i když jde o mladé pracoviště, vybudovalo si skvělou reputaci. Spolupracuje se zahraničními institucemi a společnostmi jako European Space Agency či firmami Airbus, Siemens nebo Eltodo. S ředitelem TOPTEC Vítem Lédlem diskutuje místopředseda Akademie věd ČR Jan Řídký.

Centrum TOPTEC vzniklo z legendární Vývojové optické dílny AV ČR, a i když jde o mladé pracoviště, vybudovalo si skvělou reputaci. Spolupracuje se zahraničními institucemi a společnostmi jako European Space Agency či firmami Airbus, Siemens nebo Eltodo. S ředitelem TOPTEC Vítem Lédlem diskutuje místopředseda Akademie věd ČR Jan Řídký.

Centrum TOPTEC patří mezi špičková zařízení Ústavu fyziky plazmatu AV ČR na evropské úrovni. Pracuje na projektech základního i aplikovaného výzkumu pro veřejné instituce i soukromé společnosti. Například pro sondu Solar Orbiter, kterou Evropská kosmická agentura v únoru 2020 vypustila ke Slunci, vyvinulo a vyrobilo dvě hlavní zobrazovací zrcadla teleskopu-koronografu METIS.

Centrum TOPTEC patří mezi špičková zařízení Ústavu fyziky plazmatu AV ČR na evropské úrovni. Pracuje na projektech základního i aplikovaného výzkumu pro veřejné instituce i soukromé společnosti. Například pro sondu Solar Orbiter, kterou Evropská kosmická agentura v únoru 2020 vypustila ke Slunci, vyvinulo a vyrobilo dvě hlavní zobrazovací zrcadla teleskopu-koronografu METIS.

V centru TOPTEC používají různé typy CNC zařízení – například tento ultra přesný CNC 350 FG od firmy Nanotech. Používá se pro výrobu tzv. free-form čoček. Frézovací stroje umějí vyrobit komplexní povrchy s velkou přesností.

V centru TOPTEC používají různé typy CNC zařízení – například tento ultra přesný CNC 350 FG od firmy Nanotech. Používá se pro výrobu tzv. free-form čoček. Frézovací stroje umějí vyrobit komplexní povrchy s velkou přesností.

Zařízení CNC 350 FG pracuje s přesností až tři nanometry. Odborníci ale musejí při takové přesnosti zajistit stálou teplotu okolí a použitých materiálů. Proces obrábění může trvat několik desítek minut či hodin podle toho, jaké přesnosti a velikosti obráběné formy chtějí dosáhnout.

Zařízení CNC 350 FG pracuje s přesností až tři nanometry. Odborníci ale musejí při takové přesnosti zajistit stálou teplotu okolí a použitých materiálů. Proces obrábění může trvat několik desítek minut či hodin podle toho, jaké přesnosti a velikosti obráběné formy chtějí dosáhnout.

Výzkum a vývoj ultrapřesné a speciální optiky, ale také spolupráce s organizacemi u nás i v zahraničí či výchova nové generace špičkových odborníků pro optický průmysl – to vše patří mezi aktivity TOPTEC.

Výzkum a vývoj ultrapřesné a speciální optiky, ale také spolupráce s organizacemi u nás i v zahraničí či výchova nové generace špičkových odborníků pro optický průmysl – to vše patří mezi aktivity TOPTEC.

Sedmiosý CNC leštící stroj Zeeko IRP100, na kterém se vyvíjejí procesy pro leštění freeform optických prvků z keramických a optických materiálů. Ty se využívají v soustavách výkonových laserů nebo umožňují miniaturizovat spektroskopické přístroje pro letecký a kosmický průzkum Země.

Sedmiosý CNC leštící stroj Zeeko IRP100, na kterém se vyvíjejí procesy pro leštění freeform optických prvků z keramických a optických materiálů. Ty se využívají v soustavách výkonových laserů nebo umožňují miniaturizovat spektroskopické přístroje pro letecký a kosmický průzkum Země.

Předseda Vědecké rady AV ČR Antonín Fejfar nahlíží do komory stroje leštícího iontovým svazkem (Opteg IBF400). „S jeho pomocí odprašujeme lokální defekty ve tvaru optické plochy svazkem urychlených iontů argonu. Úběr lze řídit až na úroveň atomových vrstev. Lze tak dosáhnout tvarové přesnosti v řádu jednotek nm, což je nutné pro vybrané optické prvky astronomických a metrologických přístrojů,“ vysvětluje Jan Václavík z TOPTEC.

Předseda Vědecké rady AV ČR Antonín Fejfar nahlíží do komory stroje leštícího iontovým svazkem (Opteg IBF400). „S jeho pomocí odprašujeme lokální defekty ve tvaru optické plochy svazkem urychlených iontů argonu. Úběr lze řídit až na úroveň atomových vrstev. Lze tak dosáhnout tvarové přesnosti v řádu jednotek nm, což je nutné pro vybrané optické prvky astronomických a metrologických přístrojů,“ vysvětluje Jan Václavík z TOPTEC.

I v tak špičkově vybaveném zařízení mají své místo klasické výrobní procesy. „Pracují zde kolegové, kteří mají zkušenosti a vědí, jak různé povrchy dobře vyleštit. Právě kombinace tradičních metod a moderních přístupů umožnila vyrobit zobrazovací zrcadla pro Solar Orbiter,“ vyzdvihuje ředitel TOPTEC Vít Lédl.

I v tak špičkově vybaveném zařízení mají své místo klasické výrobní procesy. „Pracují zde kolegové, kteří mají zkušenosti a vědí, jak různé povrchy dobře vyleštit. Právě kombinace tradičních metod a moderních přístupů umožnila vyrobit zobrazovací zrcadla pro Solar Orbiter,“ vyzdvihuje ředitel TOPTEC Vít Lédl.

Jan Kretba z TOPTEC předvádí funkci vyvíjeného přístroje (v pozadí) pro velmi přesné měření tvaru optických ploch, které lze se současnými přístroji jen obtížně měřit v požadovaných přesnostech. Mezi tyto plochy patří např. asférické plochy s vysokým zakřivením plochy a free-form plochy. Skupina metrologie využívá principů vícevlnné interference a holografie, které zkoumá již téměř 15 let.

Jan Kretba z TOPTEC předvádí funkci vyvíjeného přístroje (v pozadí) pro velmi přesné měření tvaru optických ploch, které lze se současnými přístroji jen obtížně měřit v požadovaných přesnostech. Mezi tyto plochy patří např. asférické plochy s vysokým zakřivením plochy a free-form plochy. Skupina metrologie využívá principů vícevlnné interference a holografie, které zkoumá již téměř 15 let.

Broušení a leštění je důležitou součástí vědecké práce v TOPTEC. David Vápenka a Iva Ulrychová ze skupiny tenkých vrstev připravují vzorky materiálů pro depozici vzorků vysokoodrazivého zrcadla na krystalickém substrátu.

Broušení a leštění je důležitou součástí vědecké práce v TOPTEC. David Vápenka a Iva Ulrychová ze skupiny tenkých vrstev připravují vzorky materiálů pro depozici vzorků vysokoodrazivého zrcadla na krystalickém substrátu.

„Zatímco obecné zákonitosti fotosyntézy již vědci dobře prozkoumali, procesy na samém počátku, po absorpci světla, zůstávaly dlouho mimo možnosti vědy,“ říká vedoucí skupiny výpočetní spektroskopie a zobrazování Karel Žídek. Na snímku s předsedkyní Akademie věd ČR Evou Zažímalovou. Dále zleva předseda Vědecké rady AV ČR Antonín Fejfar a členové Akademické rady AV ČR Pavel Krejčí a Lenka Vostrá.

„Zatímco obecné zákonitosti fotosyntézy již vědci dobře prozkoumali, procesy na samém počátku, po absorpci světla, zůstávaly dlouho mimo možnosti vědy,“ říká vedoucí skupiny výpočetní spektroskopie a zobrazování Karel Žídek. Na snímku s předsedkyní Akademie věd ČR Evou Zažímalovou. Dále zleva předseda Vědecké rady AV ČR Antonín Fejfar a členové Akademické rady AV ČR Pavel Krejčí a Lenka Vostrá.

Nové poznatky v oblasti studia fotosyntézy umožnil rozvoj laserových technologií, které odborníci využívají ke svým výzkumům. Vedoucí skupiny Karel Žídek za svou práci v oblasti tzv. ultrarychlé femtosekundové spektroskopie obdržel v roce 2017 Prémii Otto Wichterleho.

Nové poznatky v oblasti studia fotosyntézy umožnil rozvoj laserových technologií, které odborníci využívají ke svým výzkumům. Vedoucí skupiny Karel Žídek za svou práci v oblasti tzv. ultrarychlé femtosekundové spektroskopie obdržel v roce 2017 Prémii Otto Wichterleho.

Návštěva laboratoří TOPTEC v Turnově je u konce. Delegace Evy Zažímalové (uprostřed), kterou doprovázeli vrcholní představitelé Ústavu fyziky plazmatu AV ČR, pokračuje exkurzí v laboratoři plazmových technologií.

Laboratoř plazmového stříkání vznikla v roce 2012 přesunutím stříkacího pracoviště z pražské Chuchle do budovy v průmyslovém areálu v Letňanech. Právě tady se vědci věnují výzkumu, který patří mezi perspektivní směry.

K vylepšení struktury ochranných vrstev používají v Ústavu fyziky plazmatu AV ČR i tzv. plazmové stříkání roztoků. „Do plazmatu se nevpravuje předem připravená sloučenina, ale jednotlivé chemické látky, které spolu za vysokých teplot reagují. Přímo během nanesení materiálu na podložku na konkrétní podklad tak vzniká požadovaný materiál s jedinečnými vlastnostmi,“ říká Radek Mušálek.

Pod vedením Radka Mušálka z oddělení materiálového inženýrství (vpravo) hledají vědci cestu k takřka nesmrtelným materiálům a kvalitním kloubním náhradám.

Technologie plazmového vstřikování, za kterou Radek Mušálek s kolegy získal v roce 2019 hlavní cenu v soutěži Ceny Wernera von Siemense, umožňuje vytvořit na materiálech odolné ochranné vrstvy: „Do plazmatu se přidává prášek, který se roztaví a nanese na součástku – třeba letadlového motoru. Ochranný povrch má přitom o to lepší vlastnosti, čím menší prášek je,“ vysvětluje Radek Mušálek.

Text: Luděk Svoboda, foto: Jana Plavec, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR

Přečtěte si také