Oficiální časopis Akademie věd ČR

 


Z monitoringu tisku

 

Akademický bulletin 2010–2015

Plakat_obalky_web.jpg



Stopy AB v jiných titulech

Stopa AB v dalších médiích a knižních titulech

Abicko  > archiv  > 2006  > říjen  > Věda a výzkum

ELEKTRICKÉ VÝBOJE V KAPALINÁCH

Obrázek k článku Obrázek k článku Obrázek k článku 

Spojení vody a elektřiny v nás vyvolává pocit hazardu se životem, přesto existují situace, kdy voda a elektřina mohou spolupracovat ku prospěchu. V Oddělení impulzních plazmových systémů Ústavu fyziky plazmatu AV ČR skupina doc. Pavla Šunky již mnoho let intenzivně studuje elektrické výboje ve vodě. Zabývá se jejich generací, fyzikálním popisem i možnými fyzikálními a chemickými účinky.

Pracovníci ÚFP AV ČR studují výboje generované v různých prostorových konfiguracích elektrod, například mezi hroty, mezi hrotem a plochou, a především výboje generované světově unikátní elektrodou vyvinutou v ústavu. Tou je kovový válec pokrytý plazmaticky nanesenou porézní keramikou. Zatímco u elektrody bez keramické vrstvy je elektrické pole pro zformování výboje zpravidla nedostatečné, u elektrody pokryté keramickou vrstvou "hoří" výboje za vhodných podmínek z mnoha pórů keramiky po celém povrchu elektrody. Je samozřejmé, že toto unikátní řešení bylo patentováno a je středem zájmu i v zahraničí.

Vedle celé řady zásadních vědeckých výsledků publikovaných v předních světových časopisech se ukázalo, že výboje ve vodě mohou být i základem některých velice užitečných aplikací.

Jednou z nich je čištění vody od malé koncentrace chemických či mikrobiologických nečistot. Ukázalo se, že výboji v kapalinách lze plazmochemicky rozložit na stabilní a přitom neškodné látky sloučeniny tak nebezpečné, jako jsou fenoly či polychromované bifenyly. Pokud následuje po výbojích biologická etapa čištění, s rozloženými látkami si pak lehce poradí bakterie. Elektrické výboje generující rázovou vlnu mohou narušit buněčnou strukturu nepříjemných sinic ve vodě. Podobně výboje ve vodě eliminují mikrobiální znečištění, kdy jediná vhodná série elektrických výbojů může snížit mikrobiální znečištění až o pět řádů. To vše zaujalo např. pracovníky Florida State University, kteří by rádi vyčistili až 40 000 litrů vody denně, a proto již několik let Oddělení impulzních plazmových systémů ÚFP AV ČR úzce spolupracuje s prof. B. Lockem a jeho týmem na Floridě.

Před řadou let dr. J. Beneš z I. lékařské fakulty UK konzultoval s Ústavem fyziky plazmatu AV ČR možnosti magnetického pole, tehdy velmi módního směru léčení. Výsledkem následující spolupráce bylo ale cosi jiného – zařízení nazvané litotryptor, neboli drtič kamenů, který je určen především k neinvazivní likvidaci ledvinových kamenů. Jeho srdcem je generátor rázové vlny, který ji vybudí přesně definovaným výbojem ve vodě v jednom ohnisku semieliptického reflektoru mimo tělo pacienta – energie rázové vlny se pak soustředí v druhém ohnisku elipsoidu, které je v těle pacienta nastaveno na povrch ledvinového kamene. Jelikož lidský organizmus tvoří z velké části voda, rázová vlna při přechodu z generátoru do těla pacienta ztrácí minimum energie a řada opakovaných výbojů, synchronizovaných pro jistotu se srdečním rytmem pacienta, pak kámen rozdrtí na prach, který se vyloučí z těla přirozenými cestami.

Výzkum a vývoj se uskutečnil v těsné součinnosti s I. LF UK – zařízení je dnes umístěno v půldruhé desítce nemocnic v ČR a SR a pomohlo od nepříjemných potíží více než 100 000 pacientů. Je dobré si uvědomit, že se jedná v podstatě o ambulantní léčbu, která je oproti operativnímu zákroku a následné rekonvalescenci lacinější, šetrnější a u lidí, kteří z nejrůznějších důvodů nemohou operaci pod narkózou podstoupit, nenahraditelná.

Rázové vlny, vyvolané speciálními elektrickými výboji ve vodě, mohou nalézt řadu dalších uplatnění i mimo ekologii či lékařství, jak ukázal zájem a spolupráce se světoznámou firmou Caterpillar z USA.

V posledních letech je úsilí doc. Šunky a jeho týmu zaměřeno na využití rázové vlny pro neinvazivní likvidaci nádorů. Tento úkol je mnohem obtížnější, neboť zatímco mezi kamenem a tkání je jasné mechanické rozhraní, mezi nemocnou a zdravou tkání takové rozhraní chybí. Z fyzikálních principů je jasné, že energie rázové vlny se disipuje především na rozhraní. Proto byla nejprve spočítána a poté vyvinuta speciální válcová elektroda s porézním pokrytím, speciálně tvarovaný reflektor a zdroj. Zařízení s těmito prvky dokáže prvním výbojem vyvinout dostatečně vysoký tlak, který v definovaném místě vytvoří množinu malých kavit, na jejichž rozhraní disipuje následující hlavní rázová vlna. V současné době lze takto zničit jistý objem buněk nebo zamezit jejich dalšímu růstu. Společně s osvědčeným týmem lékařů z 1. LF UK se testují "in vivo" pokusná zvířata, zkoumají se imunologické reakce organismu apod. Výzkum trvá již několik roků, a přesto nelze tvrdit, že praktické využití je na dosah. Zkušenosti s drtiči ledvinových kamenů ukazují, že uplyne ještě řada let, než přístrojem s modifikovanou rázovou vlnou budou vybavena onkologická oddělení nemocnic. "Jsme na startu maratonu," říká doc. Pavel Šunka, který letos 24. června oslavil své sedmdesáté narozeniny.

Pavel Šunka, absolvent Fakulty elektrotechnické ČVUT, nastoupil v roce 1960 do Ústavu vakuové elektrotechniky ČSAV, dnes Ústavu fyziky plazmatu AV ČR. Jako nejbližší spolupracovník dr. M. Seidla se podílel na vzniku mezinárodně uznávané tak zvané "Pražské svazkové školy". Později se stal v oddělení zabývajícím se studiem vzájemného působení nehomogenního plazmatu a elektronového svazku vedoucím. Původně nerelativistický elektronový svazek v zařízeních ELMAN I a ELMAN II povýšil pod jeho vedením na relativistický a vybudované experimentální zařízení REBEX (Relativistic Electron Beam EXperiment) fungovalo za velkého zájmu odborné komunity prakticky až do poloviny devadesátých let. Jeho týmu se na zařízení REBEX podařil rekordní přenos energie elektronového svazku do nehomogenního plazmatu a řada výsledků je dodnes citována v odborné literatuře. Obrovské zkušenosti se superrychlým spínáním vysokých napětí pomocí jiskřišť využil doc. Pavel Šunka později při konstrukci generátoru rázové vlny pro již zmíněný litotryptor. V letech 1990–1998, v době celospolečenské ekonomické a politické transformace, byl ředitelem Ústavu fyziky plazmatu. Lékařská tematika ho však zaujala natolik, že vysokoteplotní plazma přenechal mladším a sám se dnes plně věnuje studiu elektrických výbojů ve vodě, generaci rázových vln a jejich působení na onkologickou tkáň. V krátké době se zařadil mezi světovou špičku ve fyzice výbojů.

K jeho vědecké činnosti patři i činnost pedagogická. Habilitoval se v roce 1992 na Přírodovědecké fakultě MU v Brně a je členem oborové rady postgraduálního studia na FEL ČVUT v Praze. Přednášel studentům v kurzu Fyzika a technika jaderného slučování na FJFI ČVUT, Fyziku plazmatu na MU v Brně apod.

V roce 1982 získal za soubor prací o novém způsobu ohřevu plazmatu silnoproudými relativistickými elektronovými svazky cenu ČSAV a v roce 1986 stříbrnou plaketu ČSAV Za zásluhy o rozvoj ve fyzikálních vědách. V roce 1999 mu byla udělena Medaile Ernsta Macha za zásluhy ve fyzikálních vědách.

Milan Řípa,
Ústav fyziky plazmatu AV ČR