1. Na jakém tématu/projektu jste v poslední době pracoval? Jaké jsou nejzajímavější výsledky, kterých jste dosáhl?
2. Co vám na práci v SÚJV nejvíce vyhovuje?
3. Prospívá pobyt v SÚJV vaší vědecké kariéře? Spojujete s Ústavem své další působení ve vědě?

Poslední rok a půl pracuji na vybudování kryogenní infrastruktury pro experiment MPD (Multi-Purpose Detector), což je víceúčelový detektor a současně klíčový element megaprojektu NICA (Nuclotron-based Ion Collider fAсility) budovaného v SÚJV Dubna.

Na úvod pár slov o tom, proč jsem na sklonku kariéry přijel do SÚJV. Po ukončení studia na ČVUT v Praze v oboru energetické stroje a zařízení v roce 1977 jsem strávil několik let v SÚJV Dubna v oddělení velmi nízkých teplot, kde jsem pod vedením Borise Stěpanoviče Něganova postavil svůj první rozpouštěcí refrigerator ³He-⁴He, na kterém jsem dosáhl minimální teploty 5 mK, tedy teploty blízké absolutní nule. V této aktivitě  jsem pokračoval ve Fyzikálním ústavu v Řeži u Prahy, kde jsem postavil další podobný refrigerátor. Následovalo testování supravodivých magnetů pro urychlovač HERA v DESY v Hamburgu, kde jsem byl požádán kryogeniky z CERNu, abych se podílel na testování supravodivých magnetů pro LHC a budování nové kryogenní infrastruktury v testovací hale SM18.

Po dovršení důchodového věku 65 let byl můj pracovní poměr podle pravidel CERNu ukončen. Protože jsem v té době ještě nechtěl zakončit svou aktivitu v kryogenice, požádal jsem o možnost pracovního pobytu v SÚJV Dubna, kde jsem před lety začínal. Svou kariéru tak začátkem roku 2022 ukončím na stejném místě, kde jsem  ji započal. Zatímco během svého prvního pobytu jsem se v Dubně mnohému přiučil, především od B. S. Něganova, během současného pobytu se snažím předat to, čemu jsem se naučil v CERNu, zdejším mladým inženýrům. Kromě odborných znalostí a zkušeností s velkými projekty je to také organizace práce.

Něž se pustím do popisu mé konkrétní práce pro experiment MPD, rád bych alespoň krátce vysvětlil, čeho se kryogenika týká a proč je dnes pro urychlovače částic a detektory téměř nezbytná.

Aby se částice pohybovaly po požadované dráze urychlovače a aby bylo možné detekovat trajektorie částic prolétávajících detektorem, je zapotřebí magnetické pole. Toto pole je možné získat buď klasickými elektromagnety, nebo supravodivými magnety. Předností supravodivých magnetů je jejich kompaktnost a nulové ztráty energie. Jejich nevýhodou je potřeba cívku ze supravodivého materiálu ochladit do teplot okolo -270^oC. Nicméně přednosti supravodivých magnetů jsou takové, že se jim dává u urychlovačů přednost. A právě pro ochlazování supravodičů je zapotřebí kryogenika, jejímž základním kamenem je kapalné helium. Helium je zkapalňováno a rozvádí se tepelně izolovaným potrubím do rozdělovacích boxů k magnetům. Tento celek včetně ohřívačů, vakuové techniky automatizace atd. se nazývá kryogenní infrastruktura.

Diagram Procesu a Instrumentace kryogenní infrastruktury MPD. Archiv autora.

Principiální při návrhu takové infrastruktury je Diagram Procesů a Instrumentace (Process & Instrumentation diagram, P&I), který zahrnuje všechny důležité informace o projektu – funkční princip, názvosloví veškerých elementů (sensory, ventily atd.) či hlavní parametry jednotlivých zařízení (výkon ohřívačů, průměry potrubí a ventilů atd.), jak je vidět na přiloženém obrázku.

Část kryogenní infrastruktury MPD na plošine magnetu. Foto: archiv autora.Tento diagram pro detektor MPD, spolu s tepelnými a hydraulickými výpočty, je již hotový. Návrh sofistikovaného názvosloví na základě mezinárodních standardů je připravený ke schválení. Dalším klíčovým dokumentem projektu je Seznam přístrojového vybavení, který je založený na P&I diagramu. V tomto seznamu, který se v současné době vytváří, jsou uvedeny především měřicí přístroje a sensory se svým jménem (tag number), a veškerými požadovanými parametry.

Dalším důležitým dokumentem je Funkční Specifikace, která se vytváří na základě dvou předešlých dokumentů. Pro urychlení procesu bude finální forma tohoto dokumentu vypracována až po objednání všech požadovaných zařízení pro kompletní infrastrukturu. Pro každé zařízení je třeba vypracovat Technickou Specifikaci spolu s výpočty a principiálními schématy a objednat jej u kompetentní firmy, která zvítězí ve výběrovém řízení. Zjednodušeně lze říci, že proces od vypracování Technické Specifikace až po instalaci a testování představuje pro každé zařízení infrastruktury jeden rok.

Většina zařízení kryogenní infrastruktury MPD je již objednaná. Nyní pracujeme na Technických Specifikací pro veškeré zbývající potrubí, plošinu pro umístění zásobníku pro kapalný dusík a kontrolní systém pro automatický a bezpečný provoz UNICOS na bázi Siemens.

Za nejzajímavější výsledky mohu považovat skutečnost, že s velmi malou skupinkou mladých lidí, kteří navíc doposud neměli dostatečnou zkušenost s velkými projekty, se podařilo v krátké době definovat, navrhnout a objednat většinu zařízení pro kryogenní infrastrukturu MPD.

Na práci v SÚJV mi nejvíce vyhovuje možnost pracovat na tak výjimečném a zajímavém projektu jako je experiment MPD. Je to velký a komplexní projekt vyžadující plné nasazení a zkušenost z jiných podobných projektů. V případě potřeby je možné se obrátit na některou z mezinárodních laboratoří, jako například CERN, a využít její zkušenosti.
Cluster D v CERNu. Courtesy CERN.

Nad rámec ankety bych ještě rád napsal pár slov o CERNu, v jehož kryogenní skupině jsem pracoval 27 let a získal tam zkušenost při vedení velkých projektů jak v technické, tak i organizační oblasti.

Mým posledním projektem byla kryogenní infrastruktura pro testování velkých supravodivých magnetů o hmotnosti do 15 000 kg a energii 10 MJ ve vertikální poloze při teplotě 1.9 K (-271^oC) napájený proudem do 30 000 A. Tato velmi nízká teplota vyžaduje náročnou infrastrukturu a čerpací zařízení (odčerpáváním par kapalného helia se snižuje teplota, při tlaku 0.023 bar je rovnovážná teplota 1.9 K), zato umožňuje výrazné zvýšení magnetického pole magnetu.

Z důvodu lepších parametrů je magnet vyroben ze supravodivého materiálu Nb₃Sn, který je křehký. Proto je třeba zajistit jeho pozvolné ochlazování a nahřívání (1^oC/h), což vyžaduje speciální zařízení pro směšování teplého a chladného plynného helia cirkulujícího magnetem. Po úspěšném spuštění prvního zařízené (HFM) bylo realizováno druhé (Cluster D), principiálně stejné, pouze rozměry kryostatu jsou odlišné. Zatímco první zařízení bylo navrženo pro magnety krátké s velkým průměrem (D = 1.5 m, L = 2.5 m), druhé nabízí možnost testovat magnety dlouhé, menšího průměru (D = 0.8 m, L = 5.5 m). Obě zařízení úspěšně otestovala už několik magnetů. Bylo dosaženo rekordní magnetické pole 15 T. Kromě budování kryogenních zařízení jsem seznamoval oficiální návštěvy z České republiky s experimenty v testovací hale SM18 a s urychlovačem LHC v tunelu.