Česká laserová centra lámou světové rekordy. Lasery chtějí využít i v kosmu

Sídlí na dohled od sebe v Dolních Břežanech, kde na společné akci oslavily i desetileté výročí. Stejně tak obě centra - HiLASE i ELI Beamlines, patří k absolutní špičce ve svém oboru, což prokázaly mimo jiné překonáním světových rekordů. Každé centrum se ale soustředí na něco jiného a vzniklo za jiných okolností. Jak se to stalo, že během deseti let v malé obci u Prahy vznikla dvě střediska takového významu, Seznam Zprávám přiblížil vedoucí oddělení pokročilých laserů Martin Smrž.

Laserová centra ELI Beamlines a HiLASE se v první řadě liší svými cíli. Pro první z jmenovaných center to je práce s lasery zejména s vysokým špičkovým výkonem vhodných k využití hlavně pro základní vědecký výzkum. Pro HiLASE zase zdokonalovaní laserů s vysokým středním výkonem hodících se především pro průmyslové aplikace.

ELI Beamlines se teď mimo jiné může pyšnit například již v infoboxu zmiňovaným laserovým systémem L3-HALPS nebo ještě podstatně výkonnějším L4, o kterém Seznam Zprávy natáčely už při jeho zavádění do provozu při dvěma lety. Velkou chloubou HiLASE je zase laserový systém BIVOJ příznačně pojmenovaný po bájném silákovi, který se společně se systémem PERLA už daří aplikovat v průmyslu.

V médiích během let proběhla řada zpráv o tom, že to či ono zařízení je nejvýkonnější na světě, což je podle Smrže způsobeno tím, že neexistuje jednotný parametr výkonnosti, ale vždycky záleží na vícero veličinách. Jde o to, jak dlouhý je pulz, jakou má energii a kolikrát za časovou jednotku ho zařízení dokáže vystřelit.

„Takže titul nejvýkonnější si nárokují různá zařízení z různých hledisek,“ řekl Smrž. Třeba BIVOJ z HiLASE je podle něj nepřekonaný v tom, že má vysoký střední výkon, což znamená, že střílí desetkrát za vteřinu pulzy o energii téměř 150 joulů. Jiné lasery mají zase o hodně vyšší energii v jednom pulzu, ale vystřelí třeba jen jednou za den. Letos se laseru BIVOJ povedlo přepsat svůj vlastní rekord z roku 2016, kdy dosahoval o 30 % nižších výsledků. Podle Smrže je to výsledkem postupného vylepšování kvality jeho součástí až na takovou úroveň, aby mohl jet na plný výkon, ke kterému byl navržen.

„Byly tam technologické bariéry týkající se třeba odolnosti povrchu zrcadel v laseru a podobně, které nedovolovaly energii zvýšit,“ řekl Smrž s tím, že podobné problémy řeší na podobných zařízeních s podobnými možnosti bez úspěchu i mnozí další na světě. „Takže je za tím určitě i šikovnost a dobré nápady našich lidí. Mnoho myšlenek, které tam z toho vzešly, je unikátních a originálních,“ pochvaloval si Smrž.

Vysoký střední výkon z laseru BIVOJ dělá nástroj dobře využitelný v průmyslu. Za nejčastější využití Smrž označil „vyklepávání materiálu“. „Je to technologie, kdy my tím laserem ostřelujeme povrch materiálu. Dokážeme tak v něm vytvořit zbytkové mechanické napětí, které působí proti vzniku mikrotrhlin a prodlužuje životnost cyklicky namáhaných součástek,“ přiblížil vědec technologii. Konkrétně se jedná o součástky využívané v letectví nebo jaderném strojírenství, nově i při výrobě nástrojů. HiLASE centrum navíc založilo firmu Hi-Beams se Šumperským partnerem, firmou SHM, která se zabývá aplikací PVD povlaků na obráběcí a tvářecí nástroje. Šéf HiLASE Tomáš Mocek na oslavě 10. výročí k tomu ale dodal, že jedním z cílů je začít pracovat i na součástkách pro vesmírná zařízení.

Výhledy do budoucna jsou velkým tématem jak v HiLASE tak v ELI Beamlines. Obě centra plánují rozšíření areálu a z proslovů na oslavě 10letého výročí bylo cítit přesvědčení, že další světové úspěchy, jsou samozřejmostí.

Například šéfka AV ČR Eva Zažímalová tam dosavadní působení obou center označila za „slibný začátek“ a podobné smýšlení má i Smrž z HilASE. „Před 10 lety jsme seděli v kanceláři budovy Fyzikálního ústavu a tady v Dolních Břežanech byl areál JZD. Byl to brownfield, kde stál rozpadlý kravín a prasečák. Za těch 10 let jsme dokázali vybudovat dvě laserová centra a vyvinout mnoho laserů. Teprve v posledních letech máme lasery, které skutečně snesou označení průmyslový laser, čili, že mohou běžet někde v provozu a nejen v laboratoři,“ řekl Smrž s tím, že v budoucnu očekávají mnohem rozšířenější využití laserů v komerčním prostředí, což pracovišti pomůže uhradit část výdajů a českému průmyslu dá konkurenční výhodu proti ostatním zemím.

Už teď je ale Česko podle Smrže v laserových technologiích na světové úrovni. Jediné, s čím u nás není úplně spokojený, je podpora českých univerzit. Z nich totiž odejdou v oboru laserových technologií ročně jen jednotky absolventů. I proto jsou vědecké týmy laserových center už od začátku doplňovány odborníky ze zahraničí. Drtivá většina souvisejících projektů je rovněž financována z evropských fondů.

Na výroční akci HiLASE a ELI Beamlines opakovaně zaznělo, že jde o největší projekt v historii české vědy, co ale vlastně umožnilo jeho vznik?

Předsedkyně Akademie věd ČR Eva Zažímalová na akci i zmínila, že na začátku měla z projektu spíš obavy než očekávání, protože Česko nemělo s projektem takového rozsahu zkušenosti. Jak ale uvedl Smrž, česká věda měla naopak poměrně bohaté zkušenosti s lasery jako takovými, což bylo pro úspěch obou projektů klíčové.

Okolnosti, které později přispěly k vybudování laserových center v Dolních Břežanech lze podle něj vypozorovat už v době před víc jak půlstoletím. „První laser postavil Theodore H. Maiman v roce 1960 a už krátce potom byl postaven první laser tady v Československu,“ řekl Smrž a dodal, že se pak etablovala i výuka laserových technologií na českých univerzitách.

Zlom ale podle něj přišel až koncem 90. let, kdy bylo vybudováno společné badatelské centrum PALS Ústavu fyziky plazmatu a Fyzikálního ústavu AV ČR. „To byl takový první velký laserový systém, který tu byl provozován,“ řekl Smrž s tím, že právě to otevřelo současnému stavu věcí cestu. Po roce 2000 se totiž díky pokrokům v laserových technologiích zvyšovala poptávka po vybudování velkého laserového centra v Evropě a Česko bylo jedním z horkých kandidátů.

„V té době začali mí předchůdci na Fyzikálním ústavu velmi intenzivně jednat a lobovat za to, aby tohle centrum vzniklo právě v České republice. Nahrávala jim k tomu právě ta zmiňovaná dlouhá tradice a úspěchy s centrem PALS,“ uvedl Smrž a dodal, že velkou roli hrálo i to, že Česko mohlo jako nová země v EU snáze čerpat peníze ze strukturálních fondů.

Zájem EU vybudovat centrum, které prokáže použitelnost ultrakrátkých laserových pulsů o vysoké energii na různé vědecké aplikace, jako je třeba laserem iniciovaná jaderná fúze (o které jsme mimochodem v souvislosti s centrem v Dolních Břežanech už psali *pozn. red), se tak přetavil v rozhodnutí vybudovat ELI Beamlines v České republice.

Takové rozhodnutí ale nějakou dobu trvalo a vláda s Fyzikálním ústavem AV ČR vymýšlely, jak stavbu ELI v Česku co nejvíc podpořit. Právě díky tomu později vzniklo centrum HiLASE. To mělo podle Smrže původně vyvíjet lasery pro ELI, a přitáhnout tak na Česko pozornost Evropy. Nakonec to dopadlo pro Česko sice šťastně, ale zároveň úplně jinak.

„HiLASE mělo začít s vývojem laserů už dřív, nicméně jak to tak bývá, projekt byl schválen až s poměrně velkým zpožděním - v podstatě ve stejné době, kdy EU už rozhodla o budování ELI v Česku,“ řekl Smrž, podle kterého tak došlo k tomu, že najednou už nebylo potřeba, aby HiLASE vyvíjelo lasery pro ELI Beamlines a začala se tak pro něj hledat nová pracovní náplň. „Tu jsme ale našli velmi snadno. Začali jsme se orientovat na vývoj špičkových laserových systémů pro průmyslové aplikace. To znamená jít víc tím směrem transferu technologií a podpory českého průmyslu tak, aby dokázal tyto aplikace využít a těžit z konkurenční výhody,“ řekl Smrž.

Malá obec Dolní Břežany byla jako ideální místo obou center zvolena čistě z praktických důvodů. Jednak centrum kvůli možnosti čerpání z evropských fondů nesměla být na území hlavního města Prahy, zároveň ale bylo potřeba, aby byla dobře dostupná z letiště. Kromě toho ke stavbě bylo potřeba hodně místa, které poskytl rozpadající areál bývalého zemědělského objektu. Svou roli sehrál i vstřícný přístup starosty Věslava Michalika.