Ústav technické a experimentální fyziky, ČVUT v Praze

ÚTEF působí od roku 2002 jako experimentální základna ČVUT pro výzkum v částicové a jaderné fyzice. Prošel významnou proměnou – stal se vysokoškolským ústavem, počet zaměstnanců se blíží stovce s výrazným zastoupením pracovníků ze zahraničí (celkem 30 z Německa, Japonska, Slovenska, Ruska, Sýrie, Indie, Pákistánu, Švédska či Holandska) a ročním rozpočtem více než 125 milionů Kč pokrytým z větší části grantovými projekty z EU a ČR. Za zmínku také stojí, že se ústav stal členem Mezinárodní astronautické federace IAF. Z původní budovy na Albertově se ústav přestěhoval do Betlémského paláce.

Experiment Baikal-GVD: instalace senzorů do hlubin jezera.

Odborné zaměření

• Spolupráce s mezinárodními vědeckými organizacemi: CERN (experiment ATLAS – teorie, zpracování dat, ATLAS TPX měření luminosity a radiačního prostředí; experiment MoEDAL – detekce magnetického monopólu; ISOLDE – spolupráce v jaderné fyzice, AEgIS – měření gravitačního zrychlení atomů antihmoty, NP03 – platforma pro vývoj detektorů neutrin), SÚJV (neutrinový experiment Baikal- GVD, supertěžké prvky, jaderné reakce).
• Neutrinová fyzika: 2νββ a 0νββ rozpady (experimenty SuperNEMO, LEGEND, COBRA).
• Hledání temné hmoty: experiment PICO v podzemní laboratoři SNOLAB.
• Detekce vysokoenergetických částic kosmického záření: aplikace pixelových detektorů (ISS, satelity Proba-V, RISESAT a VZLUSAT-1).
• Teorie: (astro)částicová fyzika, slabé interakce, jaderné maticové elementy, kvantová teorie pole.
• Rozvoj detektorových technologií (pixelové detektory, scintilační detektory) a jejich aplikace v zobrazování živé i neživé přírody (rentgenová radiografie a tomografie s velmi vysokým rozlišením na mikronové úrovni).

3D zobrazení lýkožrouta smrkového s rozlišením 2,75 μm získaného v mikro-CT laboratoři ÚTEF.

Výzkumné infrastruktury

• Pracoviště urychlovače nabitých částic Van de Graaff (HV2500, protony s maximální energií 2,5 MeV) spojené s centrální detektorovou laboratoří (HPGe detektory pro koincidenční měření, kalibrační a testovací zařízení detektorů ionizujících částic pro ESA). Jeho součástí je i zdroj rychlých neutronů s energií do 14 MeV.
• Podzemní laboratoř LSM (Francie, spolupracující instituce ÚTEF ČVUT a SÚRO, v. v. i.): laboratoř je umístěna pod vrcholem Mount Fréjus (2934 m, potlačení kosmického záření odpovídá 4800 m vodního ekvivalentu). LSM je nejhlubší podzemní laboratoří v Evropě pokrývající multidisciplinární základní výzkum v (astro) částicové a jaderné fyzice vyžadující extrémně nízkopozaďové radiační prostředí (hledání temné hmoty ve vesmíru, studium neutrin). Aplikovaný výzkum má také široký rozsah, např. citlivá detekce radionuklidů (bezpečnost a lidské zdraví), mikroelektronika (vliv radiace), radiobiologie (výzkum DNA a buněk v prostředí s extrémně nízkou radioaktivitou), medicína (důležitý potenciál dlouhodobého ukládání pupečníkové krve, vajíček či spermií v prostředí garantujícím minimální radiační poškození), archeologie (datování artefaktů) a klimatologie (radionuklidové datování sedimentů pro studium klimatických změn).
• Laboratoř CERN: spoluúčast v rámci konsorcia českých pracovišť.

Laboratoře a společná pracoviště s institucemi v ČR

Detektor Timepix na družici RISESAT.

Ústav buduje svoje experimentální pracoviště (laboratoř progresivních detektorových technologií, elektronická laboratoř, čisté prostory, laboratoř pro rentgenografii, tomografii a neutronografii s vysokým rozlišením) a společná pracoviště (laboratoř elektronové mikroskopie s FD ČVUT; laboratoř citlivých radonových měření se SÚRO, v. v. i.; specializovaná laboratoř experimentálního zobrazování s 3. LF UK a FBMI ČVUT; experimentální laboratoř MRI s IKEM).

Pedagogické aktivity

• Ústav má program podpory studentů vysokých a středních škol, který zahrnuje tyto aktivity:
• Vedení odborných prací studentů fakult ČVUT, univerzit v ČR i zahraničí (touto formou již prošlo ústavem 31 diplomantů a 33 doktorandů).
• Spolupráce s IAESTE (2–6 zahraničních studentů ročně).
• Organizace letní odborné praxe v SÚJV pro studenty českých VŠ.
• Spolupráce s organizátory Fyzikální olympiády, kdy nabízíme vítězům pobyt v SÚJV (v roce 2019 se akce zúčastnilo 17 studentů a 6 pedagogů) či odbornou letní stáž v ÚTEF (v roce 2020 nabídku přijalo 6 vítězů).
• Spolupráce s IEEE (tři pracovníci ÚTEF působili jako lektoři na XXI. letní škole experimentální jaderné fyziky v São Paulu a na IEEE NPSS Instrumentation School konané online formou v Jakartě a Dakaru).
• Spoluúčast na organizaci letní školy Pontecorvo neutrino summer school (SÚJV, Slovensko, ČR, Rumunsko).

CT sken hlavy chameleona třírohého (Trioceros jacksonii) získaný ve společné laboratoři ÚTEF, 3. LF UK a FBMI ČVUT.

Detektor PICO v podzemní laboratoři SNOLAB (Kanada).

Významné projekty

Hlavním projektem ústavu jsou Inženýrské aplikace fyziky mikrosvěta podpořené v rámci programu OPVVV Excelentní výzkum (celkem 200 mil. Kč). Projekt pokrývá většinu výzkumných aktivit ústavu a je řešen ve spolupráci se spoluřešiteli z univerzit a ústavů v ČR (ČVUT: ÚTEF, FBMI, FD, CIIRC; 3. LF UK; FEL ZČU; SÚRO; ÚTAM AV ČR). Také všechny výše uvedené výzkumné infrastruktury patří mezi významné projekty, které ústav řeší. Ucelenou oblast tvoří projekty zaměřené na vesmír:

• SATRAM (Space Application of Timepix Radiation Monitor na satelitu PROBA-V na orbitě 820 km, v činnosti od r. 2013). Online vizualizace měření je možné zhlédnout na satram.utef.cvut.cz.
• Detektor Timepix jako součást miniaturního X-ray teleskopu (satelit VZLUSAT-1 na orbitě 510 km, v činnosti od r. 2017, sestaven konsorciem českých institucí).
• Detektor RISEPix (satelit RISESAT na orbitě 500 km, v činnosti od r. 2019, JAXA, Japonsko).
• MIRAM (Miniaturised Radiation Monitor, ESA). V rámci projektu vyvinuté zařízení je natolik úspěšné, že bylo agenturou ESA vybráno pro družici GOMX-5 s plánovaným startem r. 2022.
• Penetrating Particle ANalyser (PAN, H2020), jehož cílem je vývoj částicového detektoru pro vesmírné mise. Na projektu se podílejí University of Geneva (Švýcarsko) a Istituto Nazionale Di Fisica Nucleare (Itálie).
• RADMONSSA (RAdiation Detection and MONitoring Space Suit for Astronauts).

Mezinárodní spolupráce

Aktivity ústavu probíhají na základě reciproční mezinárodní spolupráce. V oblasti fundamentálních experimentů v (astro)částicové a neutrinové fyzice zahrnuje především aktivity v CERN, SÚJV, podzemních laboratořích LSM a SNOLAB. Vývoj a aplikace polovodičových pixelových detektorů se uskutečňují v rámci mezinárodní spolupráce Medipix, aktivity zaměřené na družice a vesmírné mise v součinnosti s Evropskou kosmickou agenturou (ESA) a Japonskou kosmickou agenturou (JAXA). ÚTEF se teprve jako čtvrtá organizace z České republiky stal v roce 2020 členem Mezinárodní astronautické federace IAF. Cílem členství je intenzivní zapojení do vesmírného výzkumu a vývoje. Roku 2020 bylo podepsáno memorandum o vědecké spolupráci mezi ÚTEF a tchajwanskou Národní vesmírnou agenturou (NSPO). Naše zařízení (detektor radiace) prošlo předběžným výběrem pro umístění na tchajwanský satelit, který bude obíhat kolem Měsíce.

Ocenění

Pracovníci ústavu se prosazují v mezinárodních či domácích hodnoceních. Jako příklady z loňského roku je možné uvést:

Cena Albertus pro učitele fyziky a informatiky: laureátem ceny se stal Vladimír Vícha, který se kromě své práce učitele fyziky na Gymnáziu Pardubice dlouhodobě věnuje v ÚTEF aktivitám spojeným s experimenty v oblasti kosmického záření a v ústavu vyvíjeným pixelovým detektorům.

Náš spolupracovník Fedor Šimkovic vyhrál v kategorii „Výjimečná osobnost slovenské vědy 2020“ ocenění ESET Science Award, sponzorované slovenskou firmou ESET. Se svým mezinárodním týmem deseti spolupracovníků dosáhl i dalšího ocenění (druhá cena v soutěži „JINR PRIZES FOR 2020“ za teoretický výzkum v oblasti neutrin). V kolektivu byli i další pracovníci ČVUT, Andrej Babič (ÚTEF, doktorand FJFI) a Adam Smetana (ÚTEF).

Disertační práce našeho kolegy Jana Dudáka s názvem „Energy Sensitive X-ray radiography and Tomography Optimized for Small Animal Imaging“ získala ocenění Prize for the best doctoral thesis za rok 2020, vyhlašované odbornou skupinou Engineering in Medicine and Biology (EMB) Československé sekce IEEE.

Stanislav Pospíšil, zakladatel ústavu, obdržel cenu „2020 IEEE Glenn F. Knoll Radiation Instrumentation Outstanding Achievement Award“ za příspěvek k vývoji pixelových detektorů ionizujícího záření a za rozvoj jejich aplikací v medicíně, částicové fyzice a ve vesmíru. Cenu uděluje IEEE Nuclear and Plasma Sciences Society.

Komerční spolupráce

Ústav dlouhodobě spolupracuje s komerčními partnery, z nichž je možné vybrat následující:

• ATEKO, a. s.: společný vývoj technologie pro extrémně účinné odstraňování radonu ze vzduchu a dalších plynů umožnil firmě získat významné zakázky v podzemních laboratořích ve světě.
• NUVIA, a. s.: vývoj scintilačních detektorů, který vyústil ve společné patenty a významné dodávky pro LSM a CERN.
• ADVACAM, s. r. o.: komerční aplikace technologií pixelových detektorů. Založením spin-off firmy, která se významně prosazuje na mezinárodní úrovni, se ústavu podařilo realizovat přenos vědeckých poznatků a technologií ze základního výzkumu do praxe. To ústavu vedle celospolečenského prospěchu přináší i příjmy ve formě licenčních poplatků za smluvně poskytnuté know-how.
• RICE (ZčU): výzkumné centrum v rámci licenční smlouvy dodává na trh readout pro pixelové detektory.