První výročí založení ústavu

Páté výročí založení ústavu

Ústav technické a experimentální fyziky ČVUT v Praze byl založen 1. 5. 2002 tehdejším rektorem ČVUT prof. Jiřím Witzanym na základě rozhodnutí AS ČVUT z 3. 10. 2001 a vznikl jako experimentální základna ČVUT především pro výzkum v částicové a jaderné fyzice, který je realizován převážně v mezinárodních experimentech. Ústav sídlí v Horské ulici 3a/22 v Praze 2 na Albertově. Jeho ředitelem je od počátku vzniku ústavu Ing. Stanislav Pospíšil, DrSc. Současný vědeckovýzkumný program ústavu je postaven na třech směrech: a) částicová fyzika a vývoj příslušných detekčních systémů; b) neutrinová fyzika, fyzika atomového jádra a astrofyzika; c) aplikovaná experimentální fyzika. V uplynulých deseti letech se počáteční kolektiv ústavu rozrostl z původních 9 zaměstnanců na více než 60 pracovníků, převážně mladých vědců a studentů.

Hlavním projektem na němž se ÚTEF podílí v rámci spolupráce s CERN, je experiment ATLAS na LHC. Pracovníci ÚTEF byli do jeho řešení zapojeni od samého počátku, již ve fázi jeho výstavby. Významným příspěvkem byl jejich podíl zejména na návrhu a výrobě jedné z klíčových částí experimentu, velkého neutronového stínění. To bylo nakonec vyrobeno v České republice a představovalo tak pro náš průmysl zakázku za cca 68 mil. Kč. Pracovníci ÚTEF přispěli i ke stavbě a testování polovodičové části vnitřního detektoru ATLAS SCT FWD. V současnosti se experimentální i teoretičtí fyzici ÚTEF podílejí na provozu experimentu a na analýze dat z něho.

Montáž polyetylenového stínění

Montáž polyetylenového stínění

Část stínícího bloku

Druhým významným počinem kolektivu řešitelů ATLAS z ÚTEF bylo vybudování a provoz sítě pixelových detektorů ATLAS-MPX. Jedná se o polohově citlivé polovodičové detektory záření s vysokou granulací, které jsou rozmístěny na 16 místech detektoru ATLAS jak uvnitř, tak v jeho okolí. Signál z těchto detektorů je možné sledovat online z libovolného místa pomocí vlastní webové aplikace, která umožňuje získávat okamžitou informaci o intenzitě radiačního pole a o jeho složení. Význam uvedeného systému je patrný z faktu, že ač byl vyvinut a instalován dodatečně, prakticky až po dokončení výstavby celého detektoru ATLAS, byl začleněn do jeho základní infrastruktury.

Neutrinová fyzika je studována v experimentech dvojitého rozpadu beta NEMO/SuperNEMO a TGV, jež jsou realizovány v podzemní laboratoři LSM v Modane ve Francii. Odborníky z celého světa přivádí na ČVUT pravidelně od roku 1997 mezinárodní konference MEDEX o problematice výpočtů jaderných maticových elementů pro dvojitý rozpad beta a temnou hmotu.

Na poli studia struktury atomových jader se práce v současnosti soustřeďují na produkci a studium supertěžkých elementů a na sledování exotických procesů při štěpení transuranů. Experimenty jsou realizovány ve spolupráci se SÚJV Dubna a ILL Grenoble. Ve spolupráci se SÚJV Dubna byly také zahájeny první testy detekčních systémů vyvinutých v ÚTEF pro potřeby měření drah relativistických iontů s vysokou přesností na urychlovači Nuklotron.

Významnou oblastí činnosti pracovníků ÚTEF je gama spektroskopie (HPGe detektor umístěný v LSM, 600 cm³), či aplikovaná spektrometrie alfa a její využití ke stanovování radonu, thoronu a jejich dceřiných produktů. Zkušenosti dosažené v tomto oboru využívají pracovníci ÚTEF i v dalších experimentech. Jedním z nich je experiment Picasso v podzemní laboratoři SNO v Kanadě, jehož cílem je detekce neutralina, kandidáta na nositele temné hmoty ve vesmíru.

Dalším projektem ÚTEF, který míří do oblasti astrofyziky a je realizován na zemském povrchu, je projekt CZELTA (CZEch Large-area Time coincidence Array). V něm jsou systémem stanic rozmístěných na středních školách v různých místech České republiky měřeny spršky tvořené vysokoenergetickým zářením, které k nám přichází z kosmu. Tento poměrně složitý experiment je do značné míry řízen a vyhodnocován studenty těch škol, na nichž jsou stanice postaveny a takto neformálním způsobem přispívá k výuce nadaných středoškolských studentů a k prohlubování jejich zájmu o přírodní a technické vědy. Experiment běží v přímé spolupráci se Slezskou univerzitou v Opavě a zrodil se v návaznosti na severoamerický projekt ALTA/NALTA.

Detektor NEMO 3

Modul detektoru PICASSO

Pohled do detektoru TGV

Experimentální činnost a příspěvky ÚTEF do fyzikálních projektů vycházejí z vlastního vývoje detekčních systémů, jež využívají především současného pokroku ve vývoji pixelových detektorů s vysokým rozlišením. Tyto aktivity jsou realizovány v těsné spolupráci s CERN, zvláště v rámci programu MEDIPIX. Ten se zrodil v CERN původně s cílem vyvinout detektor s vysokou citlivostí a rozlišovací schopností vhodný pro mamografii, jež by co nejméně zatěžoval vyšetřovanou ženu dávkou záření. V průběhu vývoje se však postupně ukazovala vhodnost tohoto pixelového detektoru i pro řadu dalších aplikací, jako jsou rentgenovské tomografie, hadronové terapie, a po úpravě na neutronově citlivé detektory i pro neutronovou tomografii. Další pokrok ve vývoji měřicích postupů a metodik v ÚTEF přitom postupně navracel detektory MEDIPIX, a zejména jejich nové typy TIMEPIX, zpět do fyzikálního výzkumu jak byl zmíněn výše.

Pro účely komunikace s detekčními zařízeními postavenými na detektorech typu MEDIPIX/TIMEPIX byl v ÚTEF vyvinut USB R/O interface (tzv. FitPix) na bázi protokolu USB 2.0. a uživatelský programový balík Pixelman, napsaný v jazyce JAVA. Interface FitPix je spolu se softwarem Pixelman nyní ve spolupracujících laboratořích (jde cca o 50 partnerů) využíván jako základní vybavení pro čtení dat a řízení detektorů MEDIPIX/TIMEPIX počítačemi se všemi hlavními operačními systémy (Windows, PC, Linux, Mac) či skrze webový prohlížeč.

Pixelové detektory typu Timepix umožňují zobrazování drah částic s vysokým rozlišením (na submikronové úrovni) a s vysokou spolehlivostí. Díky rychlému snímání obrazů přitom dovolují sledovat i poměrně rychlé děje (s frekvencí až 100Hz). Jako součást dlouhodobé spolupráce s ESA jsou detekční systémy Timepix adaptovány pro potřeby měření kosmického záření při meziplanetárních letech. Malé rozměry vlastního detektoru včetně registračního interface přivedly v rámci spolupráce s ESA a s Univerzitou v Houstonu organizaci NASA k myšlence použít tento typ detektoru jako osobní dozimetry pro nejbližší cestu astronautů na ISS.

Timepix

Timepix USB Lite Interface

Tomografie ploštice

Kromě mezinárodních projektů koordinovaných prostřednictvím CERN spolupracuje ÚTEF jak s řadou domácích partnerů mezi něž patří především ÚJF AV ČR, ÚTAM AV ČR, FEL ZČU v Plzni, SU v Opavě a samozřejmě i partneři z fakult ČVUT v Praze tak s mnoha zahraničními vědeckými ústavy a univerzitami, a to jak v rámci EU FP7 (ARDENT, SLHC) tak v přímé spolupráci.

K našim hlavním partnerům patří:

• CERN,
• Comenius University, Bratislava,
• ESA,
• Fraunhofer Institut,
• Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg,
• German Cancer Center,
• ILL Grenoble,
• LAL Orsay,
• MPI München,
• MSU Sundsvall,
• SÚJV Dubna,
• University College London,
• University of Alberta,
• University of Freiburg,
• University of Heidelberg,
• University of Houston,
• University of Montreal,
• University of Wollongong (Austrálie)

Široká mezinárodní spolupráce se promítá i do oboustranné výměny pracovníků. Každoročně uskuteční zaměstnanci ÚTEF značné množství zahraničních služebních cest a naopak ÚTEF navštíví každý rok na 70 zahraničních hostů a studentů, kteří přijíždějí jak na krátkodobější pobyty za účelem přípravy společných projektů a publikací, tak na delší dobu za účelem zaškolení a společných experimentů na zařízeních dostupných v Praze.

ÚTEF se dlouhodobě podílí na organizování série konferencí "IWORID - International Workshop on Radiation Imaging Detectors" (1999-2013). Pořádání 11-tého ročníku této mezinárodní konference "iWoRiD 2009" bylo přitom svěřeno ÚTEF.

Workshop, který je pořádán každoročně, představuje mezinárodní fórum pro problematiku vývoje polohově citlivých detektorů pro zobrazování pomocí ionizujícího záření a pro jejich aplikace. Zahrnuje polovodičové, plynové i scintilační detektory. Tématicky se konference soustřeďuje na otázky přípravy a charakterizace materiálů pro detektory, návrhy pixelové mikroelektroniky k měření fotonů a částic, mikrotechnologie pro hybridní propojování a na systémy čtení a aplikace takových detektorů ve fundamentálním subatomovém a materiálovém výzkumu, vědách o živé přírodě stejně jako pro průmyslové a kosmické aplikace.

Námi pořádané konference se zúčastnilo celkem 171 lidí z celého světa. Bylo zde prezentováno 136 příspěvků, z toho 8 bylo pozvaných, 45 orálních prezentací a 83 posterů (viz conference proceedings).

11^th iWoRiD 2009

Scientific committee

11^th iWoRiD 2009