Projekt CRREAT zkoumá kosmické záření, výboje v atmosféře a blesky

Srovnávacími měřeními na dvou letech kolem světa, přípravou měření na hoře Milešovka, kalibracemi detektorů záření na urychlovači U-120M v Řeži a urychlovači těžkých nabitých částic HIMAC v Japonsku pokračuje výzkumný projekt CRREAT (Research Center of Cosmic Rays and Radiation Events in the Atmosphere, tedy Výzkumné centrum kosmického záření a radiačních jevů v atmosféře).

Kosmické záření představuje významné zdravotní riziko pro posádky kosmických lodí a letadel, ale také klíčový nástroj základního výzkumu původu a složení vesmíru. Zcela novým směrem výzkumu je atmosférická fyzika vysokých energií, která se zaměřuje na výzkum záblesků gama pozemského původu (TGF).

Projekt CRREAT, podpořený v rámci Operačního programu Výzkum, vývoj a vzdělávání z Evropských strukturálních a investičních fondů, je zaměřen na kosmické záření a fyziku vysokých energií v atmosféře. Vede jej Ústav jaderné fyziky (ÚJF) AV ČR, v.v.i., a sdružuje i výzkumné skupiny z partnerských organizací: Ústavu fyziky atmosféry AV ČR, v.v.i., a Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze. Projekt zahájil své aktivity v prosinci 2016 a potrvá do října 2022, jeho celkový rozpočet činí téměř 150 milionů korun.

Pochopit blesky

Cíle projektu byly diskutovány s Evropskou dozimetrickou skupinou EURADOS a mají její podporu. Hlavní úkoly jsou dva: prohloubit poznatky o souvislostech mezi jevy v atmosféře a ionizujícím zářením a objasnit jevy způsobující variace sekundárního kosmického záření v atmosféře. Tým vědců v projektu řeší dosud nezodpovězené otázky detekce a dozimetrie směsných polí ionizujícího záření kosmického či atmosférického původu, fyziky bouřkových oblaků a nadoblačných procesů, vzniku elektrických výbojů v atmosféře, jejich projevů v elektromagnetickém spektru a vlivu na komunikační a navigační systémy. Zkoumány jsou například krátkodobé nárůsty četnosti ionizujícího záření spojené s blesky (tzv. TGF a TGE efekty), původ blesků a vztah oblačnosti k intenzitě kosmického záření.

Mezinárodní tým

Ředitelem projektu byl dosud prof. Karel Kudela ze Slovenska, kterého od září vystřídal prof. Günther Reitz z Německa. Jeho pověřeným zástupcem je Dr. Ondřej Ploc (oddělení dozimetrie záření ÚJF). Realizační tým se skládá z odborníků na dozimetrii ionizujícího záření, ionizační jevy v atmosféře a nízkoenergetické kosmické záření, atmosférických fyziků, meteorologů a odborníků na zpracování signálu, telemetrii a satelitní navigaci. Poradní výbor projektu (SAC), tvořený renomovanými vědci ze sedmi zemí (Arménie, ČR, Francie, Japonsko, Německo, Rusko a USA), dohlíží na celkový směr projektu a poskytuje mu zpětnou vazbu s ohledem na nejnovější trendy v mezinárodním výzkumu. Počátkem února 2017 se konalo v Řeži a v Praze první zasedání SAC, příští schůzka zaměřená na první výsledky projektu proběhne v ČR na konci roku 2017.

K čemu projekt povede

Získané poznatky přispějí k bezpečnosti letecké dopravy, umožní zpřesnit dozimetrii posádek letadel, některé modely kosmického počasí i modely šíření elektromagnetického signálu atmosférou.

Balóny ve stratosféře

Letos 18. března projekt CRREAT podpořil vypuštění stratosférického balonu Fík 2 z letiště Dlouhá Lhota u Příbrami. Experiment proběhl ve spolupráci ÚJF AV ČR a ČVUT v Praze. V gondole balonu byly umístěny dva typy dozimetrických zařízení: CANDY, tedy nový aktivní elektronický dozimetr pro výzkum kosmického záření ve vyšších atmosférických vrstvách, vyvinutý oddělením dozimetrie záření a vyrobený s použitím 3D tiskárny, a pasivní dozimetry. Pro sledování podmínek, v nichž dozimetry pracovaly, zde bylo zařízení poskytující telemetrické údaje (teplotu, vlhkost, tlak, polohu, trvání expozice) prostřednictvím rádiového modemu, vyvinutého radionavigační skupinou Fakulty elektrotechnické ČVUT pod vedením doc. Pavla Kováře.

Cílem experimentu bylo ověření výpočetních modelů šíření kosmického záření v atmosféře, technologie radiačního testování, její umístění ve stratosféře a komunikace na dálku. Tyto úkoly se podařilo splnit jen zčásti: vzhledem k silnému větru při vypouštění letěl balon téměř vodorovně a gondola se dostala do kontaktu se zemí, což deaktivovalo detektor ionizujícího záření, který proto neměřil. Přesto byl testován rádiový modem a vyhodnocena data z pasivních dozimetrů spolu s telemetrií.

Detektor byl následně v květnu připojen k dalšímu balonu v rámci konference NearSpace 2017 v polské Toruni, s nímž vystoupal až do výšky 33 km.

Úspěch na Veletrhu vědy

Členové týmu CRREAT Dagmar Kyselová, Marek Sommer, Jakub Šlégl a Martin Kákona se zúčastnili Veletrhu vědy v Praze, kde ve stánku ÚJF AV ČR od 8. do 10. června představili široké veřejnosti včetně žáků a středoškolských studentů výskyt výboje v přítomnosti dostatečně vysokého napětí a produkci nosičů náboje ionizací částicemi generovanými radioaktivním rozpadem. Připravený experiment ukázal některé vlastnosti specifického radioaktivního záření. Představili také vybavení, kterého použili v již zmíněných balonových experimentech.

Stánek byl široce navštěvován, objevil se i v pozvánce na veletrh v televizním programu ČT24. Martin Kákona rovněž ve stánku vysvětlil pro Vědecké kladivo – nejoblíbenější český populárně-vědný videokanál v rámci webu na YouTube – jak vzniká blesk.

Další pole spolupráce

Cíle projektu CRREAT jej do značné míry spojují s výzkumem na nejvyšší arménské hoře Aragac, prováděným divizí kosmického záření (CRD) Jerevanského fyzikálního ústavu. Ta v posledních letech zkoumala již zmíněné TGE efekty – intenzivní toky elektronů, gama záření a neutronů z atmosféry. Zvláštní sekce prvního setkání SAC byla proto věnována částicovému detektoru SEVAN (jeho akronym nese jméno největšího arménského jezera), vyvinutému vědci z CRD v rámci programu OSN k Mezinárodnímu heliofyzikálnímu roku 2007, na kterém probíhá výzkum ve východoevropských zemích. Jedním z výstupů výzkumného projektu CRREAT bude také vytvoření informačního uzlu sítě SEVAN. Díky tomu, že k účasti v programu Horizont 2020 je nyní způsobilá i Arménie, otevírá se v projektu CRREAT další pole spolupráce.