Výzkum na zkoušené Ukrajině

V životě někdy nastanou havárie, pohromy nebo dokonce katastrofy. Často bezprecedentní jevy nahánějí hrůzu, avšak vědecky založeného člověka vybízejí, aby prozkoumal jejich příčiny i důsledky pro bezprostřední účastníky i budoucí generace a rovněž pro životní prostředí. Poznání neobyčejného, sledování jednotlivých částí ekosystému, jak se s takovou událostí vypořádají, přináší cenné poznatky, které mohou pomoci při řešení analogických událostí.  Víme tak, že ať se stane cokoli, život a jeho vývoj se nezastaví. Ačkoli je Ukrajina v těchto dnech těžce zkoušenou zemí, výzkum pokračuje i na východě země, jak dosvědčuje spolupráce s charkovským Fyzikálně-technickým ústavem nízkých teplot. Věřme, že také Ukrajina nalezne cestu, jak se se současnou pohromou vypořádat.

Foto: Karel Švec, Archiv autora
Jiří Gabriel a Tomáš Větrovský při odběru vzorků půdy

Černobylská oblast – jedinečná laboratoř

Neformální spolupráce Mikrobiologického ústavu AV ČR s Botanickým ústavem Národní akademie věd Ukrajiny (NAVU) v Kyjevě se datuje od mykologického kongresu v Šanghaji v roce 2005; seznámili jsme se zde s dr. Annou A. Grodzinskou, s níž si od té doby vyměňujeme informace a reprinty prací. V poslední době jsme spolupráci formalizovali cestou dvoustranného projektu mezi AV ČR a NAVU zaměřeného na obsahy kovů a radionuklidů v houbách a vliv radioaktivního záření na mikroorganismy v půdě vůbec. Získáme tím možnost využít jedinečného kontaktu s Kyjevem a můžeme navštívit černobylskou oblast zhruba jeden poločas rozpadu radiocesia od jaderné katastrofy v dubnu 1986, kdy bylo okolí elektrárny bez života a mikroorganismy (nejen) jej kolonizovaly úplně znovu. Na podzim 2013 jsme s Mgr. Tomášem Větrovským a Bc. Karlem Švecem poprvé navštívili pracoviště na Ukrajině.

Foto: Archiv MBÚ AV ČR
Houbám se v zamořené oblasti daří.

Foto: Archiv MBÚ AV ČR

Botanický ústav M. G. Cholodného je situován v bývalém paláci nedaleko centra Kyjeva. Oč rozpačitější dojem na nás stavba dělala zvenku, o to vřelejšího přijetí se námdostalo uvnitř. Při vzpomínkách na dlouholetou spolupráci bývalých mykologických pracovišť Mikrobiologického ústavu ČSAV s kyjevskými partnery došlo na nejedno téma, které by stálo za společný výzkum i dnes. Bohužel ukrajinská strana má, zejména nyní, v podstatě minimální finanční možnosti. Zážitkem pro mne byla i téměř hodinová přednáška o dlouholetém studiu obsahu kovů v houbách v České republice a jejich vlivu na fyziologii kultur hub, kterou jsem na žádost hostitelů přednesl až na občasné anglické
vsuvky v ruském jazyce.

Kromě Botanického ústavu jsme navštívili i spřátelené pracoviště – Národní botanickou zahradu Mykoly M. Hryška NAVU, která rozlohou (120 hektarů) a počtem druhů rostlin (více než 13 000) patří mezi největší na světě. Na dřívější kontakty s českými pracovišti zavzpomínali ředitelka prof. Natalija Zajmenková i vedoucí oddělení nových rostlinných kultur dr. Džamal B. Rachmetov.

Foto: Tomáš Větrovský, Archiv autora
Olga F. Seňuková seznamuje Karla Švece v Pripjati s průběhem havárie černobylského reaktoru.

Cílem cesty ale byly odběry vzorků půdy ze stále ještě radioaktivně zamořených oblastí. Vyřizování příslušných povolení sice trvalo déle, ale nakonec se podařilo úředního šimla z valné části uspokojit a vzorky s velkou pomocí dr. Olgy F. Seňukové z Ústavu pro studium bezpečnosti jaderných elektráren NAVU během návštěvy okolí černobylské elektrárny odebrat. V současnosti analyzujeme mikrobní společenstva přítomná ve vzorcích v závislosti na míře radioaktivního zamoření. Naše původní představy o spolupráci v letošním roce zatím bohužel narážejí na stávající realitu, do které spíš než múzy zasahují zbraně. Přesto se domnívám, že Ukrajina má a bude mít co nabídnout nejen vědcům druhé vědní oblasti.

Spolupráce v oblasti fyziky kvantových kapalin

Spolupráce mezi Fyzikálně-technickým ústavem nízkých teplot B. I. Verkina Národní akademie věd Ukrajiny (FTÚNT NAVU), Fyzikálním ústavem AV ČR a Ústavem jaderné fyziky AV ČR v oblasti fyziky nízkých teplot má více než 40letou tradici.

Foto: Archiv FZÚ AV ČR
 Budovu Fyzikálně-technického ústavu nízkých teplot

FTÚNT vznikl v roce 1960 v Charkově. Ústav se zabývá základním a aplikovaným výzkumem v experimentální a teoretické fyzice i matematice. Hlavními oblastmi jsou fyzika kvantových kapalin a krystalů, molekulární fyzika, fyzika pevných látek, supravodivost, akustika, magnetismus, nanofyzika a nanotechnologie, biofyzika včetně nanobiofyziky, matematická fyzika, analýza a geometrie, fyzikální a technické problémy materiálů, výzkum vlastností nanostrukturovaných objektů při nízkých a ultranízkých teplotách. Ústav také vydává dva vědecké časopisy, které patří na seznam významných recenzovaných časopisů a publikací: Fyzika nízkých teplot (znovu jej pod titulem Low Temperature Physics vydává Americký institut fyziky v angličtině) a Časopis matematické fyziky, analýzy a geometrie.

V důsledku oboustranného zájmu a dobrých vztahů s oddělením Fyziky kvantových kapalin a krystalů pracovaly naše laboratoře v posledních letech společně na výzkumu vlastností čistých kapalných izotopů ³He a ⁴He a supratekutých směsí těchto izotopů za pomoci oscilujících předmětů (vidliček).

Nutno podotknout, že zkapalněné helium je kvantová kapalina, která má mnohé jedinečné vlastnosti. Například, zůstává bez zvýšeného tlaku, až do teploty absolutní nuly (~ –273 °C) v kapalném skupenství, je tedy tzv. supratekutá, viskozitou a entropií rovnou nule. Když se teplota kapaliny zvýší, její část se vrací do normálního stavu (normálové složky), stejně jako u klasických kapalin, ale část zůstává v supratekutém (bezviskózním) stavu. Nedostatek viskozity vede k extrémně vysokému přenosu tepla v supratekutém heliu, k „supratepelné vodivosti“, k níž dochází v důsledku proudění v kapalině. Další zvláštností helia je existence doplňkového akustického módu (vln druhého zvuku), slabě tlumené oscilace teploty a entropie v supratekutém stavu helia, vyplývající z kolísání normální a supratekuté složky v protifázi.

Foto: Archiv FZÚ AV ČR
Rezonátor druhého zvuku pro výzkum abnormální elektrické odezvy v supratekutém heliu

Skupina dr. Olexije Rybalka z oddělení Fyziky kvantových kapalin a krystalů nečekaně objevila v roce 2004 během generování vln druhého zvuku v supratekutém heliu abnormální elektrickou odezvu, respektive elektrický potenciál na deskách kondenzátoru přijímače, který se objevuje v rezonanci s vlnou druhého zvuku. Jev vyvolal zájem a inicioval teoretické studie, v nichž se vědci pokusili pozorovaný fenomén vysvětlit, avšak doposud žádný z navrhovaných teoretických modelů neposkytl náležitý popis.

Ukrajinská strana před několika lety navrhla nový projekt spolupráce ve výzkumu elektrického potenciálu helia, protože FZÚ má mnoho zkušeností s výzkumem vln druhého zvuku v supratekutém heliu. Pozorovaný účinek je ve své podstatě neobvyklý, jelikož helium má velmi vysokou ionizační energii atomů. Kromě toho samotný měřitelný potenciál je extrémně malý, pohybuje se v řádu desítek nanovoltů, což činí měření poměrně náročným. Navrhli jsme proto použít metody výzkumu generace vln druhého zvuku a detekce signálu, které jsou odlišné od těch původních. Před rokem získal projekt podporu v rámci bilaterálních projektů vědecké spolupráce mezi AV ČR a NAVU. V současnosti se realizují experimenty, abychom zajistili podmínky výskytu elektrického potenciálu helia na dvou nezávislých experimentálních zařízeních u nás i na Ukrajině. Výzkum se uskutečňuje v atmosféře důvěrné spolupráce a kontinuální výměny nových nápadů. Jelikož ukrajinský tým vědců, který se zabývá teoretickým výzkumem v oblasti kvantových kapalin, projevuje o téma trvalý zájem, počítáme s jejich účastí na výzkumu tak neobvyklého jevu i do budoucna; rovněž doufáme, že se do projektu zapojí odborníci z dalších zemí.

Co říci na závěr? Události, které se odehrávají na Ukrajině, zasahují do společenského života včetně vědy. Navzdory tomu se vědecká činnost na území Ukrajiny nezastavila; v Doněcké a Luhanské oblasti, kde se odehrávají střety mezi ukrajinskou armádou a dobrovolnickými prapory s proruskými separatisty, pozastavila svou činnost dokonce jen část vědeckých institucí. Ukrajinští kolegové hledí do budoucna s optimismem a věří, že když boje ustanou, obnoví vědecké práce v plné míře i v oblastech postižených konfliktem.

ROBERT ZIKA,
Kancelář Akademie věd ČR,
JIŘÍ GABRIEL,
Mikrobiologický ústav AV ČR, v. v. i.,
TYMOFIY CHAGOVETS,
Fyzikální ústav AV ČR, v. v. i.