Den fyzika 6800 stop pod zemí, část 1.

Práce vědce se může zdát jako nuda pro šprty, protože probíhá převážně u počítače. Ale co když je ten počítač 2,1 kilometru pod zemským povrchem uvnitř fungujícího niklového dolu, kde rozdíl mezi venkovní a vnitřní teplotou je 70 stupňů?

Kdo četl články o mém kanadském dobrodružství, tak ví, že jsem minulou zimu strávil 6 měsíců pracovně v Sudbury v Severním Ontariu. A kdo trochu googlil, tak určitě přišel na to, že to bylo ve SNOLABu. Svět fyziky funguje velmi zjednodušeně tak, že teoretici přijdou s nějakou hypotézou a je pak na nás, experimentátorech, abychom to potvrdili nebo vyvrátili měřením. A jelikož jsou ty hypotézy čím dál odvážnější, tak i detektory jsou někdy extrém, viz třeba LHC pro Higgsův boson nebo LIGO/plánovaná LISA pro gravitační vlny.

Tak se stalo, že teorie předpovídala určitý tok neutrin ze Slunce, ale detekována byla jen část, zhruba třetina až polovina. Existují totiž tři druhy neutrin, ale Slunce produkuje jen elektronová. Teoretici proto přišli s vysvětlením, že se neutrina během letu mění (oscilují) na jiné druhy a detektory citlivé jen na elektronová neutrina proto vidí jen třetinu z nich. Bylo tedy potřeba postavit detektor citlivý na všechny tři druhy a tak se v devadesátých letech začala stavět Sudbury Neutrino Observatory – SNO. Jako ideální místo byl vybrán jeden z nejhlubších dolů na světě, důl Creighton u města Sudbury, v němž se těží nikl, měď, kobalt, platina, paladium, zlato a teď se prohlubuje kvůli diamantům. Prostě takový bezcenný odpad, co by dali za trochu toho našeho kvalitního uhlí. Co mi říkali kolegové, tak vlastník dolu, brazilská společnost Vale, poskytuje prostory a nezbytný servis za velmi vstřícné částky. Jestli za to mají nějaké úlevy od vlády nebo orgány přimhouří oči, když nějaký horník občas zhučí do šachty, to nevím.

Smysl zahrabání se pod zem je ten, že se odstíní většina nechtěného pozadí z kosmického záření. Zatímco reakce neutrin jsou velmi vzácné a velmi těžce detekovatelné, dopadá na povrch Země asi 15 milionů mionů na m2 za den, které zahltí citlivý detektor falešným signálem. Je to jako snažit se slyšet bzukot komáre při hokejovém zápase. Creighton má navíc hutné skalnaté podloží, takže hloubka 2,1 km odpovídá stínění jako 6 km pod vodou, kam se podobné detektory taky strkají (např. IceCube v antarktickém ledu). Výsledné pozadí je ve SNO na úrovni jen zhruba 0,27 mionu na m2 za den, tedy snížení faktorem 50 milionů.

Druhou podstatnou výhodou této lokace byla dostupnost těžké vody, která sloužila jako detekční médium. Kanaďani totiž vymysleli a provozovali jaderné reaktory CANDU, které jako moderátor a chladivo používají právě těžkou vodu. Ta má deuterium místo vodíku, méně absorbuje neutrony a tím umožňuje použití neobohaceného uranu jako paliva. Co se ale ušetří na uranu, to se utopí právě v těžké vodě, která je složitá na výrobu a tím pádem pekelně drahá, v menších objemech klidně 30.000 Kč za litr. U CANDU elektráren tak těžká voda představuje i pětinu nákladů. V Ontariu pro ty účely byla vybudována továrna na těžkou vodu a ta SNO bezplatně zapůjčila potřebných 1.000 tun těžké vody v tehdejší ceně skoro 6 miliard korun. SNO byla vlastně „jen“ koule o průměru 12 metrů, naplněná onou tisícovkou tun těžké vody a obklopená skoro 10.000 fotonásobiči, které detekovaly různé reakce neutrin s vodou. Každopádně povedlo se, detektor mezi lety 1999 a 2006 detekoval všechny druhy neutrin a ředitel SNO dostal v roce 2015 za potvrzení oscilace neutrin Nobelovu cenu za fyziku.

Už během fungování SNO byl rozpoznán obrovský potenciál této tehdy nejhlubší laboratoře světa a tak se začala rozšiřovat, aby bylo místo pro další experimenty. Zhruba před 10 lety byl tedy dokončen SNOLAB, ke kterému patří ještě budova na povrchu. Ještě bych rád zmínil krátkou odbočku ohledně zajímavé historie Sudbury. Ty obří zásoby kovů tam jsou díky meteoritu, který na nebohé jednobuněčné Kanaďany spadl před asi 2 miliardami let a velikostí odpovídal zhruba tomu, který později smetl dinosaure. Město a okolí Sudbury je tak vlastně jeden z největších kráterů na Zemi. Většina těch těžkých kovů se nachází ve formě sloučenin síry a při zpracování vytěžené horniny dochází k uvolňování velkého množství oxidu siřičitého. Spolu s masivní těžbou dřeva pro hutní průmysl to mělo za následek, že v 50. – 60. letech vypadalo Sudbury jako Norilsk. V okruhu několika desítek kilometrů nebyl jediný strom a povrch skal zčernal kvůli kyselým dešťům. Na druhou stranu odsud během druhé světové války pocházelo až 95% veškerého niklu potřebného pro spojeneckou vojenskou mašinérii.

INCO, předchůdce Vale, se problém znečištění snažil v 70. letech vyřešit stavbou Superstacku, dominanty Sudbury, 381 metrů vysokého komínu, druhého nejvyššího na světě a druhou nejvyšší volně stojící stavbou Kanady po CN Tower v Torontu. Zajímavé je, že na pohled to až takový kolos není, protože okolo není žádná vysoká stavba, s kterou by se Superstack poměřil. Cílem bylo odvést zplodiny do výšky a mimo město, černé skály a studená jezera prý ale způsobují silné vertikální vzdušné proudy, které strhávají bordel k zemi, takže opravdu pomohla až změna technologie a filtry. Superstack se bude letos bourat, tak pokud jste poblíž, je poslední šance jej vidět. Na konci 70. let se spustila masivní operace na obnovu přírody, kyselá půda se sypala vápnem, vyčistila se jezera a vysadily se desítky milionů stromů. Píšu to proto, že jsme tam často chodili do přírody a ta je tam nádherná, nikdy bych neřekl, že to před 40 lety byla měsíční krajina, opravdu klobouk dolů.

Dost mi to připomíná příběh jiného místa, kde jsem pracovně byl, amerického Richlandu ve státě Washington (neplést s D.C. na opačné straně USA). Ten byl totiž domovem Hanford Site, jaderného komplexu vybudovaného během druhé světové války jako součást projektu Manhattan. Vyrábělo se tam plutonium, použité pro první jadernou bombu Trinity i pro Fat Mana. Během studené války tam bylo hned 9 jaderných reaktorů, které vyprodukovaly většinu plutonia, zhruba 57 tun, pro americké atomovky. A jelikož se nebezpečí radiace podceňovalo úplně stejně jako v Rusku, včetně zamlčování průserů vlastnímu obyvatelstvu, tak bylo a je okolí dost zaneřáděné radioaktivitou. Přišlo vám šokující, jak má Černobyl otevřený okruh chlazení do jezera vedle elektrárny? No tak Hanford ke stejnému účelu používal řeku Columbia, navíc je tam skladiště s víc jak 200 tisíci kubíky vysoce radioaktivního odpadu, kde většina nádob teče, prostě prvotřídní prasárna, kterou byste asi mimo CCCP nečekali. Jde o nejvíc radioaktivitou zasrané místo v USA, taková americká skoro-Pripjať. A i tady právě běží miliardové projekty na vyčištění, tak snad se zadaří.

Ale zpět k SNOLABu. Jelikož se Kanaďani soudí s každým stejně rádi jako Amíci, je před vstupem do dolu nutné absolvovat bezpečnostní školeníčko. A jelikož stát má nějaké regule pro doly a Vale má svoje vlastní regule pro svoje doly a SNOLAB má navrch ty nejregulovatější regule pro laborku, musel jsem během 14 dní absolvovat asi 12 školení. Chceš vylézt na malý žebřík? Školení. Vede ten žebřík na lešení? Školení. Musíte vlézt do stísněného prostoru? Školení. Největší pakárna byla, že jsem se vlastně vůbec nic nenaučil, většina těch školení bylo něco si přečíst nebo vysedět prezentaci a podepsat. Nejhorší bylo školení pro práci ve výškách, které trvalo 7 hodin a celé bylo u stolu, až na konci jsme si jednou nasadili postroj. Jen jediné školení bylo dostatečně interaktivní, vypínání a zapínání důlních strojů a jejich tagování, tedy zamykání ovládacích prvků přístrojů, na kterých pracujete, a věšení visaček. Samozřejmě k důlním strojům a elektrickým přepínačům se vědci v dole nesmí ani přiblížit, takže to bylo dokonale k hovnu, ale to jediné bylo aspoň trochu zajímavé. Cílem tedy není vás proškolit, ale získat váš podpis na papír, kterým se bude firma ohánět u soudu až spadnete do jámy, protože naprosto netušíte, jak a k čemu postroj připnout.

Jelikož školení stojí nemalé peníze a platí pro všechny doly, tak Vale prý rádo bere studenty ze SNOLABu na různé brigády. K přeškolení na jiný jejich důl totiž stačí projet dementní prezentaci, kde se akorát dozvíte, kde parkovat a kde jsou šatny. Asi to nebude špatná brigáda, protože horníci mají výrazně víc peněz než vědci. Následuje úplně poslední a jediné smysluplné školení, kde si bezpečák konečně vezme skupinu nových lidí do dolu a ukáže jim celou cestu do laborky, všechny únikové východy, procedury v případě požáru atd. Jak se ukázalo, udělal jsem školení rovnou na Tier 2, mohl jsem tedy cestu od klece do laborky absolvovat sám bez doprovodu, což není úplně běžné a stejně se to za celou dobu nepřihodilo. Kolečko školení je pak zakončeno vydáním haldy průkazek, které je nutné mít neustále u sebe, a setu tří malých visaček s vaším jménem, fotkou a telefonem. Visačky slouží k registraci vaší přítomnosti na 3 různých místech cestou do laboratoře a dávají všem vědět, že jste v podzemí.

Je nesmírně důležité správně visačky věšet cestou dolů a hlavně je pak sbírat cestou nahoru. To nejhorší, co by se totiž mohlo stát je, že kvůli vaší zapomenuté visačce umírají záchranáři v hořícím dole, zatímco vy doma spíte v posteli. Proto je na visačce i telefon, který je nutné mít zapnutý a nahlas nonstop, protože bezpečák nástěnky kontroluje a při nejasnostech hned volá. Nakonec ještě vyfasujete skříňku a hornické hadry na povrchu a krabici a laboratorní hadry v podzemí a jste konečně připraveni pracovat. Ale jelikož jsem se zase rozepsal o věcech okolo, tak o práci v laborce holt až příště.

06.09.2020 Redguy

Související články: