Mikrotron a utajená atomová laboratoř v Praze

Žižkovským tunelem spojujícím Žižkov s Karlínem procházel již kdekdo. Ale málo kdo ví, co skála Vítkova pod sebou ukrývá. Kolem laboratoře jaderné fyziky kolují různé, často nepravdivé zvěsti o jaderném reaktoru, který může zničit celou Prahu nebo o vývoji a přípravě na jadernou válku. Žádný reaktor ale v laboratoři není. Pod Vítkovem se nachází laboratoř spadající pod jadernou a fyzikálně inženýrskou Fakultu University Karlovy v Praze (FJFI ČVUT). Byla založena profesorem Čestmírem Šimáně a stavba byla realizována v letech 1976-1980. Dodnes je na stejném místě v bývalém protiatomovém krytu pod vrcholem Vítkova. Vědci zde pracují s Mikrotronem, tedy urychlovačem nabitých elektronů.

Elektron je nejmenší částí atomového jádra, která je záporně nabitá elektrickým nábojem. Mikrotron MT25 uvolňuje z jader atomů elektrony. Krystal, který se používá jako zdroj atomů, je upevněn v dutinovém rezonátoru a  rozžhaven do rudého žáru za pomocí mikrovln o vysoké frekvenci. Celé žhavení probíhá ve vakuu s podtlakem 10 na -4, aby letící elektrony nezbrzďoval kyslík a aby krystal neshořel. Mikrovlny udělí elektronům, ve valenčních vrstvách žhavého krystalu, počáteční energii. V těle komory se nachází pólové elektromagnety a proto elektron vykoná kruhový pohyb uvnitř kruhové komory mikrotronu. Frekvence mikrovln je načasována tak, aby délka kružnice, kterou oběhne elektron, byla násobkem vlnové délky přicházejícího magnetického záření. Díky tomu, je elektronům při každém následujícím oběhu dána další energie, a kružnici, po které elektron obíhá, se zvětší poloměr. Tedy přesune se na další orbitu (“oběžnou dráhu”). Rychlost elektronu se ve vakuové komoře blíží rychlosti světla.

Mikrotron MT25 má několik vnitřních průměrů drah a volitelnou možnost, po které bude svazek elektronů vyveden na cíl. Jsou odstupňovány po 1Megaelektrovoltu (dále MeV) od 6 MeV do 25 MeV. Svazek je poté v určitou chvíli vyveden skrz další elektromagnety, a nasměrován na určitý cíl. Na něj je veden přes clonu. Tou je materiál s vysokým protonovým číslem, do kterého svazek narazí a elektrony jsou zbrzděny nebo zastaveny úplně (např. wolfram). Zastavení, je ale na principu toho, že elektron ze svazku narazí do jiného jádra ve cloně a svou rychlostí vyrazí elektron. Toto prázdné místo musí být nahrazeno jiným elektronem za vzniku fotonového gama záření, které je většinou vysoce radioaktivní. Jiné materiály (např. olovo či ochuzený uran) mají vlastnost gama záření fotonů přeměnit na proud neutronů. Tímto poměrně jednoduchým způsobem se dá tedy získat proud jak elektronů tak gama a neutronové záření.

Mikrotron se využívá ke krátkodobé analýze prvků v ozařovaném předmětu. Ta je provozována díky fotonovému záření. Za totalitního režimu se tato metoda často využívala k ozařování prvků hornin z různých lokalit a zjišťování poměru zlata v hornině. Výhodou ozařování je že ozařovaný předmět není nijak poničen, což může být velmi užitečné při analýze různých historických nálezech či vzácných prvků, předmětů a apod. Používá se také k ozařování potravinářských nebo chirurgických předmětů ke sterilizaci, v potravinářství také pro delší trvanlivost, jelikož jsou zabity bakterie v potravině. Tím je ale také rapidně snížena kvalita potraviny a může nést stopy radioaktivity. Poměrně nedávno se metoda začala používat také na výrobu biokompatibilních kloubních náhrad. Ozářením se z želatiny z vepřového sádla, díky změně atomární struktury, stane hmota, ideální na náhradu kloubů, kterou lidský organismus dokáže přijmout.

Dnes je mikrotron řízen Davidem Chvátilem, prakticky jediným člověkem, který ho dokáže udržet v chodu. V laboratoři s ním pracují jeho 4 kolegové, všichni vysokoškolsky vzdělaní na ČVUT. Kromě nich sem někdy chodí měřit studenti fyzikální fakulty v rámci svých prací.