Když částice kreslí

/ 26.09.2026 /

Rovněž v roce 2026 se naše hvězdárna ve Ždánicích již tradičně připojila k celorepublikové akci "Noc vědy". Návštěvníci si nejprve vyslechli přednášku mladého vědce a Ebicyklisty Jindřicha Jelínka, MSci. o detektorech Timepix, po které následovalo astronomické pozorování večerní oblohy a připraveny byly rovněž pro všechny drobné upomínkové předměty, které poskytla Česká astronomická společnost.

V přednášce o detektorech řady Timepix jsme nahlédli do fascinujícího světa mikroskopických částic ionizujícího záření. Tento polovodičový detektor obsahuje čtvercovou matici 256x256 pixelů, každý z nich o velikosti 55x55 mikrometrů. V jistém smyslu můžeme říci, že pixelový detektor Timepix zobrazuje částice ionizujícího záření jako kamera.

Když energetická částice vstoupí do detektoru, začne materiál senzoru ionizovat, což zaznamenáme v pixelech pod senzorem. Různé druhy ionizujícího záření vytvářejí v detektoru různé tvary stop. Často i pouhým pohledem dokážeme poznat, která částice právě vletěla do detektoru. Alfa částice (např. z rozpadů atomů plynu radonu) vytvářejí velké kulaté shluky pixelů s vysokoenergetickým středem a oblakem nízkoenergetických pixelů okolo. Elektrony (např. z beta rozpadů radioaktivních prvků) cestují senzorem po klikatících se drahách a vytvářejí tenké pixelové stopy. Miony z přirozeného kosmického záření vytvářejí přímé tenké dráhy o tloušťce 1-2 pixely.

Detektory řady Timepix jsou vyvíjeny mezinárodní vědeckou kolaborací Medipix se sídlem v CERNu. Jejich jedinečná schopnost rozlišit jednotlivé druhy částic byla využita vedle komerčních také v mnoha vědeckých aplikacích. Ve vesmíru na palubě ISS a na palubách automatických družic pomáhají odhalit spektrum částic z kosmického záření a částic zachycených v zemském magnetickém poli. Na palubách lunárních misí Artemis I a Artemis II letěly dozimetry HERA používající detektory Timepix, kde jejich rozpoznávací schopnosti pomáhají přesněji spočítat dávku ionizujícího záření obdrženou astronauty. Detektory Timepix3 rozmístěné v kaverně detektoru ATLAS v CERNu pomáhají spolu s dalšími poznat složení radiačního pole v ATLASu.

Přednáška byla zakončena ukázkou měření přirozeného radioaktivního pozadí s detektorem Timepix2Lite a ukázkou měření dvou radioaktivních zdrojů za školního vzdělávacího setu SESTRA - uranového sklíčka (zdroj převážně beta elektronů) a slabého zdroje izotopu americia-241 (zdroj alfa částic a gama fotonů).

Náš vzácný přednášející, který je vedle Ebicyklisty též několikanásobným juniorským mistrem světa v astronomii (vyhrával celoplanetární astronomické olympiády) a vystudoval fyziku na univerzitě v Cambridgi, se vrátil do naší republiky a u příležitosti celorepublikové akce „Noc vědy“ vystoupil se svou velice zajímavou přednáškou na naší hvězdárně ve Ždánicích.

Přestože byla v rámci „Noci vědy“ konkurence veliká a spousta institucí a hvězdáren po celé naší republice nabízela velice zajímavé programy, našli si lidé cestu i k nám do Ždánic. V úvodu přednášky jsme se proletěli trubicí Velkého hadronového urychlovače v CERNu (LHC).

Kladně nabité protony urychlené na vysoké energie se v detektorech sráží a přitom se vytváří sekundární částice, které se rozlétají z místa srážky na všechny strany.

Trajektorie nově vzniklých částic se v urychlovači snímají detektory v jednotlivých slupkách experimentu. Zde se tyto částice sice nesledují přímo detektory Timepix, ktrým byla věnována přednáška, nicméně detektory Timepix jsou umístěné v těsném okolí zařízení a měří míru radiace během činnosti LHC.

Ústav technické a experimentální fyziky ČVUT, kde pracuje Jindřich Jelínek, spolupracuje úzce s CERNem na vývoji zobrazovacích čipů Timepix (pro fyziku) a Medipix (pro medicínu). V současné době již existují čipy Timepix čtvrté generace a v principu si je lze velmi zjednodušeně představit, jako mlžné komory vybavené fotoaparátem.

Ale začněme od základu. Jindřich Jelínek nám vysvětlil fyzikální princip látek s různou elektrickou vodivostí.

Jak fungují diody, stripové, nebo pixelové detektory...

Timepix a Medipix jsou pixelové hybridní detektory, poměrně složité na výrobu a tudíž i relativně drahé.

V pixelových detektorech Timepix zanechávají různé druhy částic různé stopy, podobně jako v mlžné komoře.

Jindřich Jelínek nám ve své přednášce rovněž ukázal praktické měření s detektorem částic Timepix2Lite.

Takto výrazně se například projevují Alfa částice produkované zdrojem americium 241.

Po přednášce následovalo astronomické pozorování. Od sledování toho nejmenšího jsme se přesunuli ke sledování toho zase úplně největšího. Přestože se občas vyskytovala oblačnost, mohli jsme pohlédnout do tváře Měsíce a dále si zájemci mohli prohlédnout planetu Saturn i několik dvojhvězd a některé objekty hlubokého vesmíru.

Není bez zajímavosti, že rodové kořeny našeho přednášejícího Jindřicha Jelínka se vážou rovněž do regionu Ždánického lesa, stejně jako v případě slavného astronoma Williama Herschela, alias Hirschela, alias Jelínka… Že by snad byli tito pánové také vzdálení příbuzní? Moc Jindřichovi Jelínkovi děkujeme za velice pěknou přednášku.