Když urychlovač kreslí uhlíkem do skla

Týmu vědců a techniků Ústavu jaderné fyziky AV ČR se podařilo experimentálně ověřit možnost měnit strukturu a fyzikální vlastnosti skla pomocí iontů uhlíku urychlených na řežském urychlovači Tandetron. Tým pomocí implantace iontů uhlíku vytvořil ve skle pravidelnou optickou strukturu, a to mikrokanálky (odborně vlnovody), které dokáží vést optický signál přesně určených vlnových délek. Vytvořené kanálky mají hloubku pouhých dvou tisícin milimetru a šířku tisícinu milimetru.

Experiment v rámci základního výzkumu otevírá cestu např. k další miniaturizaci optických komponent či obecně k využití dostupných křemičitých skel. Důležitost výsledku potvrdila jeho publikace v prestižním časopise Optics & Laser Technology. Na experimentu spolupracovali vědci a vědkyně z Univerzity Jana Evangelisty Purkyně a Vysoké školy chemicko-technologické.

Pro vytvoření mikrokanálků bylo použito „bombardování“ skla urychlenými ionty přes masku (šablonu), což je jedna z možností, jak ionty do materiálu lokalizovaně implantovat. Ionty uhlíku byly využity proto, že je to právě tento prvek, který dokáže měnit lom světla a tedy korigovat, jaká vlnová délka optického signálu vytvořeným kanálkem bude vedena a která ne. Uhlík je zároveň natolik lehký prvek, že naruší strukturu skla jen tak, jak je v danou chvíli potřeba.

Experimentu předcházely složité výpočty opřené o rozsáhlou rešerši fyzikálních vlastností různých typů skel po interakci s ionty; před pokusem proběhla řada simulací, které například ověřovaly, jak silná musí být maska, aby „bombardování“ odolala.

Důležitou roli v experimentu hrál tým operátorů urychlovače: ti museli vytvořit konstantní svazek iontů a udržet jeho energii; pro „bombardování“ byly použity ionty o energiích od 0,8 do 1,6 MeV po jednotlivých krocích, aby vznikl žádaný profil vlnovodu. Operátoři zároveň dbali na kvalitu vakua v experimentálních komorách, aby vzorky nebyly kontaminovány nečistotami.

Tandetron použitý při experimentu se nachází v „urychlovačové věži“ na samotném konci řežského areálu. Kromě něj je v této nápadně stříbrné budově instalován kanadský cyklotron TR-24 a švýcarský urychlovačový hmotnostní spektrometr MILEA hojně využívaný například pro radiouhlíkové datování nejrůznějších objektů.  Kromě těchto tří zařízení UJF disponuje ještě cyklotronem U-120M a Mikrotronem. Cyklotron U-120M se využívá např. pro vývoj nových radiofarmak pro medicínu. Mikrotron pak – stejně jako Tandetron – se využívá k pokročilému studiu materiálů.

Foto: Členka experimentálního týmu Romana Mikšová z Laboratoře Tandetronu (c) David Šebek

Přečtěte si také

• Roman Garba představil svůj výzkum v Rakousku a ve Velké Británii
• Náš výzkum zpřesňování měření obsahu stříbra v houbách podpořen Strategií AV21
• Byli jsme u inaugurace nového vědeckého ředitele FAIR a GSI
• Naše experimenty pro Mezinárodní kosmickou stanici ISS míří do ESA
• V červnu pořádáme další „Den s teoretickou jadernou fyzikou“
• Časopis Science zveřejnil rekordní měření hmotnosti neutrina s podílem ÚJF
• ÚJF se podílel na výzkumu moderních bateriových technologií
• Dr. Andrej Kugler představil aktuální stav projektu FAIR-CZ
• Připojili jsme se k prvnímu ročníku akce Radioaktivní den
• Doc. Milan Štefánik je novým vedoucím Oddělení urychlovačů