V Košiciach skvapalňujú hélium od roku 1969
Priznám, že na príležitosť napísať tento príspevok som čakal dlho. Už pred rokmi som sa totiž povedal, že nesmiem zabudnúť spomenúť na tejto strane sté výročie prvého skvapalnenia hélia. Možno si kladiete otázku, prečo je pre mňa toto výročie také významné. Nuž jednoducho preto, lebo prakticky celý môj profesionálny život som pracoval v nízkoteplotnom laboratóriu Prírodovedeckej fakulty Univerzity P.J.Šafárika, a to v tíme, ktorý má na starosti obsluhu skvapalňovača hélia a zabezpečuje dodávky kvapalného hélia pre fyzikálne experimenty pri veľmi nízkych teplotách.
Hélium objavili na Slnku
Poďme ale pekne po poriadku. Hélium, ako možno viete, bolo objavené spektrálnou analýzou slnečného žiarenia (Slnko sa grécky nazýva hélios) v roku 1868 a jeho výskyt na Zemi zistil W.Ramsay až v roku 1895. Hélium patrí spolu s neónom, argónom, kryptónom, xenónom a radónom do skupiny vzácnych či inertných plynov. Istú dobu boli tieto plyny považované za tzv. permanentné, čiže neskvapalniteľné, pretože ich bod varu leží na teplotnej stupnici veľmi nízko. S rozvojom techniky sa však postupne darilo všetky tieto plyny skvapalniť. Najdlhšie odolávalo hélium, pretože jeho bod varu je najnižší.
Onnes kontra Dewar
Súboj o to, kto prvý skvapalní hélium, sa odohral medzi dvomi zručnými experimentálnymi fyzikmi. Prvým z nich bol Kamerlingh Onnes z univerzity v holandskom Leidene, druhým bol Škót James Dewar, ktorý sa v roku 1887 stal riaditeľom prestížnej Royal Institution v Londýne. Mimochodom, keď si dnes kúpite klasickú termosku, tak vedzte, že jej vynálezcom je práve Dewar. Po tom, čo sa v roku 1898 Dewarovi podarilo skvapalniť vodík, odolával skvapalneniu už len jeden plyn, hélium. Nebudem zachádzať do technických podrobností, ale len stručne skonštatujem, že zo súboja o prvé skvapalnenie hélia vyšiel víťazne Kamerlingh Onnes. Večer 10 júla 1908 sa Onnesovmu tímu podarilo po prvý raz skvapalniť hélium, pričom získali prvých 60 mililitrov kvapalného hélia. Hélium odolávalo skvapalneniu preto, lebo jeho bod varu je len 4,2 K, čiže len 4,2 stupňa nad absolútnou nulou (v našej dobre známej Celziovej teplotnej stupnici to predstavuje teplotu približne mínus 269 stupňov).
15-ročný monopol
O náročnosti procesu skvapalňovania hélia najlepšie svedčí skutočnosť, že K. Onnes mal plných 15 rokov monopol na prípravu kvapalného hélia. Druhým mužom, ktorému sa podarilo hélium skvapalniť, bol v roku 1923 John McLennan v univerzity v Toronte. Až skvapalnenie hélia otvorilo cestu k intenzívnemu rozvoju fyziky nízkych a veľmi nízkych teplôt. Samotný Kamerlingh Onnes si okrem prvého skvapalnenia hélia pripísal na svoje konto ešte jedno prvenstvo. Pri meraní odporu ortuti pri nízkych teplotách objavil K. Onnes v roku 1911mimoriadne významný jav supravodivosti, čiže vymiznutie elektrického odporu (elektrický prúd preteká supravodičom bez akéhokoľvek odporu).
Nobelova cena
Za objav supravodivosti dostal K. Onnes v roku 1913 Nobelovu cenu za fyziku. Možno spomenúť, že jav supravodivosti sa teoretikom podarilo vysvetliť až v roku 1957, teda 47 rokov po jeho objave. Ďalším významným objavom v oblasti fyziky nízkych teplôt bol objav supratekutosti hélia. Supratekutosť je stav, pri ktorom kvapalina nemá žiadnu viskozitu a bez odporu preteká i tými najtenšími kapilárami. Skvapalňovače hélia, ktoré dnes komerčne vyrába len niekoľko firiem na svete, patria medzi základné experimentálne vybavenie každého nízkoteplotného laboratória.
V Košiciach od roku 1969
V košickom nízkoteplotnom laboratóriu, ktoré je spoločným laboratóriom Prírodovedeckej fakulty Univerzity P.J. Šafárika a Ústavu experimentálnej fyziky SAV, bol prvý skvapalňovač hélia uvedený do činnosti v roku 1969. Išlo o skvapalňovač ZH-4, ktorý bol výrobkom děčínskej firmy Ferox a ktorého výkon bol štyri litre kvapalného hélia za hodinu. Po desiatich rokoch činnosti bol tento skvapalňovač v roku 1979 nahradený modernejším skvapalňovačom CTi-1400 americkej výroby. Tento skvapalňovač mal po inštalovaní druhého kompresora nominálny výkon 22 litrov kvapalného hélia za hodinu. Tento skvapalňovač dobre slúžil vyše štvrť storočia, ale rastúcim požiadavkám na dodávky kvapalného hélia jednotlivým vedeckým tímom, pracujúcim v oblasti fyziky nízkych teplôt, napokon nestačil.
Už tretí skvapalňovač
V polovici júna 2006 bol v košickom nízkoteplotnom laboratóriu uvedený do činnosti v poradí už tretí skavaplňovač hélia. Ide opäť o americký skvapalňovač typu CPS 1410, ktorého nominálny výkon (pri predchladzovaní kvapalným dusíkom) je 50 litrov kvapalného hélia za hodinu. V súčasnosti je tento skvapalňovač jediným pravidelne fungujúcim skvapalňovačom hélia na celom Slovensku.. Z malého košického nízkoteplotného laboratória sa postupne stalo Centrum fyziky veľmi nízkych teplôt, ktoré má štatút Centra excelentnosti Slovenskej akadémie vied i Centra excelentnosti Univerzity P.J. Šafárika.
Stredoeurópsky rekord
Spomenuté centrum patrí medzi približne tucet nízkoteplotných laboratórií na celom svete, ktoré disponujú tzv. jadrovým demagnetizačným refrigerátorom. Pomocou tohto unikátneho zariadenia dosiahli košickí nízkoteplotní fyzici teplotu len 50 mikrokelvinov, čo je 50 milióntin stupňa nad absolútnou nulou. Pre zaujímavosť možno spomenúť, že ide o najnižšiu teplotu, aká sa kedy dosiahla v laboratóriách v stredoeurópskom regióne. Som rád, že som k vynikajúcim výsledkom mojich dnes už bývalých kolegov aspoň trochu prispel.
Najdôležitejšie správy z východu Slovenska čítajte na Korzar.sme.sk.
