Seznam anotací:

1. Přenositelnost charakteristik lomové houževnatosti (ÚFM)
2. Studium vícesložkových slitin na bázi niklu (ÚFM)
3. Teorie výměnných interakcí v kovových feromagnetech (ÚFM)
4. Charakteristiky proudu plazmatu generovaného v hybridním plazmatronu s kombinovanou stabilizací plynem a kapalinou (ÚFP)
5. Nelinearita mechanických vlastností plazmově stříkaných keramických materiálů (ÚFP)
6. Využití polovodičových součástek IGCT v trakčních pohonech (ÚE)
7. Vodní režim půd a jeho vliv na formování povrchového odtoku a dotaci podzemní vody (ÚH)
8. Vliv poměru vazkých a plastických efektů na chování vazkoplastických kapalin (ÚH)
9. Elektronický kontrast zobrazení dopovaných oblastí polovodiče pomalými elektrony (ÚPT)
10. Malá lázňová vývěva (ÚPT)
11. Interferometr s polovodičovým laserem pro absolutní měření délek (ÚPT)
12. Detekce toluenu ve vodě pomocí optických vláknových senzorů (ÚRE)
13. Polární vibrace v biologických systémech (ÚRE)
14. Modelování průběhu základního tónu řeči pomocí lineární predikce (ÚRE)
15. Objasnění souvislosti mezi jevem tvarové paměti, mikroskopickou nestejnorodostí a termodynamickými zákony (ÚTAM)
16. Teoretické a experimentální řešení stochastické stability dynamické odezvy štíhlých soustav vlivem proudu vzduchu; určení typů nestability pomocí obecné matematické formulace (ÚTAM)
17. Vytvoření teoretického modelu železničního mostu s vysokorychlostní vlakovou soupravou (ÚTAM)
18. Kavitační rychlosti ve vodě s rozpuštěnými plyny a mikroskopickými nečistotami (ÚT)
19. Teoretická a experimentální analýza plasmových nástřiků(ÚT a ÚFP)

---

2.1 Přenositelnost charakteristik lomové houževnatosti
 Kozák, V.; Dlouhý, I.; Holzmann, M.; Chlup, Z. Přenositelnost charakteristik odolnosti materiálů vůči křehkému lomu, získaných laboratorním měřením na strojních dílcích, patří mezi klíčové problémy materiálových věd a experimentální lomové mechaniky. Za použití zkušebních těles malých rozměrů byly postupně ověřeny dva postupy hodnocení odolnosti materiálů vůči křehkému lomu, založené na posouzení lokálního chování materiálů v procesní zóně. Prvý z postupů je založen na tzv. lokálních parametrech, Weibulově napětí a parametru rozptylu. Druhý z postupů je založen na exaktním 3D výpočtu napjatosti na čele trhliny metodou konečných prvků a stanovení “constraint” účinku, tj. plastické deformační odezvy materiálu na čele trhliny při různé trojosé napjatosti. Oba postupy poskytly shodný tzv. “toughness scaling” model, diagram korelující kvalifikovaně diskrétní hodnoty, resp. rozptylové charakteristiky lomově mechanických dat pro tělesa různých geometrií a velikostí (resp. laboratorní zkušební tělesa a komponentu). V rámci těchto zjištění byla kvantifikována závislost lokálních lomových parametrů na geometrii defektu, prokázány souvislosti s mikrostrukturou oceli v procesní zóně, resp. s pozorovaným mikromechanismem porušení.

Kozák, V; Dlouhý, I; Holzmann, M; The fracture behaviour and its prediction based on the local approach; Nuclear Eng. and Design , 212,( 2002), Elsevier Science,str. 67-73.
I. Dlouhý, Z. Chlup, V. Kozák: Constraint Effects at Brittle Fracture Initiation in a Cast Ferritic Steel, Engineering Fracture Mechanics, v tisku.

---

2.2 Studium vícesložkových slitin na bázi niklu
Brož, P., Buršík, J., Svoboda, M., Kroupa, A., Havránková, J. Slitiny niklu s různým obsahem hliníku, chrómu a řady dalších prvků – tzv. superslitiny – se používají pro extrémně namáhané strojní části vysokoteplotních zařízení. Zhotovují se sléváním i z více jak deseti prvků, existuje proto celá řada superslitin, lišících se chemickým složením. Optimální chemické složení slitin, které by vyhovovalo neustále rostoucím požadavkům na jejich vlastnosti, nelze nalézt metodou “pokusů a omylů”. Jejich vlastnosti je však možno předpovědět ze znalosti tzv. fázového složení, které se ve slitině vytvoří během výroby komponent. Fázové složení ale dosud nedokážeme z termodynamických výpočtů stanovit dostatečně přesně. Hlavní potíž je ve vstupních termodynamických datech.
Pracovníci ÚFM připravili řadu slitin Ni-Al-Cr-Co a Ni-Al-Cr-W různého složení, dobře modelujících superslitiny používané v praxi, a pomocí analytické elektronové mikroskopie získali potřebné informace o jednotlivých fázích. Ty použili pro zpřesnění dosud známých termodynamických dat. Získané poznatky přispívají k dalšímu vývoji niklových superslitin.

---

2.3 Teorie výměnných interakcí v kovových feromagnetech
Turek, I., Kudrnovský, J., Drchal, V., Bruno, P., Blügel, S., Bihlmayer, G., Weinberger, P. Existující moderní teorie elektronové struktury kovových feromagnetů je založena na formalismu funkcionálu hustoty, který se výborně osvědčil při stanovení vlastností základního magnetického stavu při teplotě absolutní nuly, ale zcela selhává při popisu chování při konečných teplotách. Tento nedostatek se podařilo úspěšně překonat využitím klasického Heisenbergova modelu, který předpokládá jednoduchou párovou interakci mezi lokálními magnetickými momenty. Hodnoty párových výměnných interakcí v tomto modelu jsou přitom odvozeny z výsledků výpočtů elektronové struktury při nulové teplotě. Použití známých metod statistické fyziky pak vede ke kvantitativnímu popisu excitovaných stavů (magnonová spektra) i magnetických fázových diagramů (Curieova/Néelova teplota). Teorie byla úspěšně aplikována jak na tranzitivní 3d kovy (Fe, Co, Ni) včetně jejich povrchů a tenkých vrstev, tak i na materiály kvalitativně odlišné: kovy vzácných zemin (Gd, Eu) a zředěné magnetické polovodiče (GaAs dopovaný Mn). Vyvinuté počítačové programy mohou být využity k výběru materiálů vhodných pro spinovou elektroniku.

Turek, I., Kudrnovský, J., Drchal, V., Bruno, P., Blügel, S.: Ab initio theory of exchange interactions in itinerant magnets, vyjde v phys. stat. solidi (a);
Turek, I., Blügel, S., Bihlmayer, G., Weinberger, P.: Exchange interactions at surfaces of Fe, Co, and Gd, vyjde v Czech. J. Phys.

---

2.4 Charakteristiky proudu plazmatu generovaného v hybridním plazmatronu s kombinovanou stabilizací plynem a kapalinou
M. Hrabovský, M. Konrád, V. Kopecký, V. Sember, V. Březina V Ústavu fyziky plazmatu je studován unikátní zdroj termického plazmatu – hybridní plazmatron. Pracovníci ústavu využili kombinace principu vodní stabilizace výboje s klasickým principem stabilizace v proudícím plynu a vytvořili nový typ generátoru plazmatu, který poskytuje plazma s extrémními vlastnostmi, nedosažitelnými v běžně používaných systémech. Jeho předností je široký rozsah fyzikálních vlastností plazmatu, zejména teploty, rychlosti proudění a jeho složení. Měření prokázala, že přidání atomárního plynu s nízkou tepelnou kapacitou do vodou stabilizovaného oblouku vede k podstatnému zvýšení jak kinetické energie, tak toku hybnosti v proudu plazmatu, přičemž vysoká teplota a hustota energie, charakteristické pro vodou stabilizované plazmové generátory, jsou zachovány. Rychlosti plazmatu dosahují hodnot 8 000 m/s, maximální teploty se blíží k 30 000 K. Proud plazmatu o těchto vlastnostech je vhodný pro aplikace v plazmových technologiích, jako je rozklad škodlivých látek a odpadů, vysokou výkonnost hybridní plazmatron již prokázal při plazmových nástřicích.
Na základě teoretického modelování procesů v plazmatronu kombinovaného s experimentálním výzkumem se tak podařilo vytvořit zařízení s unikátními fyzikálními charakteristikami a vysvětlit a popsat procesy, které jeho vlastnosti ovlivňují.

                        

 Interakce proudu plazmatu se vzduchem  zobrazená laserovou diagnostikou

Hrabovský, M.: Generation of thermal plasmas in liquid and hybrid DC arc torches. - Pure and Appl. Chem. 74: 429-433 (2002).
Kavka, T., Hrabovský, M.: Development of plasma properties along thermal plasma jet generated by hybrid water-argon torch. - Czech J. Phys. 52: D637-642 (2002).
Hrabovský, M.: Generation of thermal plasma jets in liquid-stabilized and hybrid gas-liquid plasma torches. - Power Beams&Materials Processing, Allied Publ. Priv. Ltd., Mumbai 2002, 29-39.

---

2.5 Nelinearita mechanických vlastností plazmově stříkaných keramických materiálů
J. Dubský, F. Kroupa, J. Matějíček

Experimentální a teoretický výzkum chování mikrotrhlin a napětí v plazmových nástřicích se soustředil na nelinearitu elasticity keramických nástřiků při rostoucí deformaci, na odpovídající změny Youngových modulů a na souvislost se zbytkovými pnutími.
Teoretický rozbor ukázal, že při stoupající tlakové deformaci dochází k postupnému plnému elastickému uzavírání mikrotrhlin a tedy k efektivnímu poklesu hustoty mikrotrhlin a růstu Youngových modulů [1,2]. Naopak, při stoupající tahové deformaci se hustota mikrotrhlin zvětšuje neelastickými procesy a Youngovy moduly dále klesají.
Nelineární závislosti napětí v keramických nástřicích Al₂O₃ a Cr₂O₃ na stoupající deformaci byla měřena v průběhu ohybových zkoušek s nástřikem na tlakové nebo tahové straně metodou neutronové difrakce uvnitř vrstvy a metodou rentgenové difrakce na povrchu vrstvy [3,4]. Gradienty zbytkových pnutí ve směru tloušťky nástřiku, určené pomocí neutronové difrakce [5] nebo sledováním průhybu vzorku během nanášení [6], pomohly vysvětlit rozdílné chování na povrchu a uvnitř. Naměřené závislosti a odpovídající změny Youngových modulů byly vysvětleny uzavíráním mikrotrhlin nebo jejich rozevíráním a tvorbou dalších. Odstranění pórů a mikrotrhlin v nástřicích pomocí impregnace fosforečnanem hlinitým se podařilo zvýšit modul pružnosti až devětkrát a potvrdit i touto metodou vliv mikrotrhlin.

    

Závislost síly (F-u ) potřebné ke čtyřbodovému ohybu vzorku plazmového nástřiku oxidem chromitým a zároveň deformace krystalové mřížky (∆d_i/d₀-n ) vyvolané napětím vzniklým na povrchu vzorku při tlakové deformaci.

Kroupa, F., Dubský, J.: Pressure dependence of Young’s moduli of thermal sprayed materials. - Scripta Mater. 40: 1249-1254 (1999)
Kroupa, F., Plešek, J.: Nonlinear elastic behavior in compression of thermally sprayed materials. - Materials Science and Engineering A 328: 1-7 (2002)
Dubský, J., Matějíček, J., Prask, H. J., Gnäupel-Herold, T.: Residual and applied stresses in plasma sprayed Cr₂O₃ coatings. - Materials Science Forum 404-4: 419-424 (2002)
Dubský, J., Matějíček, J.,: Stresses and Young's moduli in thermally sprayed coatings. - Proc. Inter. Thermal Spray Conference, Essen, March 2002, ISBN 3-87155-783 -8, DVS-Verlag GmbH, Ed. E.Lugscheider, p.606
Matějíček, J., Sampath, S., Gnäupel-Herold, T., Prask, H. J.: Residual stress in sprayed Ni+5%Al coatings determined by neutron diffraction. - Applied Physics A, 2003, in press
Sampath, S., Matějíček, J.: Method and apparatus for determining process-induced stresses and modulus of coatings by in-situ measurement. - U.S. Patent 6478875, filed Mar 3 2000, issued Nov 12 2002

---

2.6 Využití polovodičových součástek IGCT v trakčních pohonech
Bartoš, S., Doležel, I., Jehlička, Vl., Kokeš, P., Semerád, R., Škramlík, J., Valouch, V., Večerka, T. (ÚE AV ČR)
Bureš, J., Kalčík, K., Laňka, J., Trojan, M., Venhoda, E., Zůna, J. (Polovodiče, a.s.)
Grantový projekt GAČR, registrační číslo 102/00/1246, řešený v letech 2000 – 2002

Výsledkem velmi úzké spolupráce odborníků z obou pracovišť je pulzní měnič pro napájení stejnosměrných trakčních motorů trolejbusů a napěťový střídač pro napájení střídavých (asynchronních) trakčních motorů trolejbusů. V obou případech je přínos nového řešení založen na využití výkonové spínací polovodičové součástce IGCT; jde v principu o zdokonalený vypínací tyristor GTO, kde řádově vyšší strmost řídicího vypínacího pulzu přibližuje součástku k ideálnímu spínači. Především totiž odpadá nutnost používat tzv. odlehčovací obvody pro vypínání, které jsou pro funkci vypínacího tyristoru GTO zcela nezbytné. V důsledku toho jsou – oproti řešení s GTO – pulzní měniče a střídače na bázi součástky IGCT jednodušší, tedy menší a méně hmotné, a jejich spínací frekvence je přibližně dvojnásobná (cca 2 kHz).
Potvrzením vhodnosti součástek IGCT pro práci v obtížných podmínkách elektrické trakce je jejich bezporuchový chod v pulzních měničích v pěti trolejbusech z dodávky závodu Škoda Ostrov, s.r.o. Už řadu měsíců probíhá jejich pravidelný provoz s cestujícími, a to na jednom voze v Hradci Králové a na čtyřech vozech v Brně. Použití součástky IGCT zde umožnilo zvýšit spínací frekvenci na dvojnásobek (1600 Hz), a tím výrazně zmenšit vyhlazovací tlumivku, která je zapojena v sérii se stejnosměrným motorem. U takto upraveného vozu jsme v Hradci Králové také provedli zevrubná měření jeho elektromagnetického rušivého vyzařování (EMI); výsledky leží spolehlivě pod hodnotami, které připouštějí evropské normy.
Pokud jde o napěťový střídač se součástkami IGCT, odzkoušeli jsme jej na zkušebně Ústavu pro elektrotechniku a je připraven pro instalaci do vozidla s asynchronními trakčními motory. Zde je třeba uvést, že pro stavbu výkonových napěťových střídačů považujeme součástku IGCT za výhodnější než je dosud rozšířenější součástka IGBT. Je tomu tak především proto, že součástka IGCT je z principu robustnější (mechanicky i elektricky), a tudíž spolehlivější.
Základním přínosem našeho úspěšně vyřešeného grantového projektu je využití výhod součástky IGCT v oblasti relativně nízkých výkonů (řádově 100 kW), což je zřejmě světový primát. Velmi významnou skutečností je, že v souvislosti s plněním úloh uvedeného grantového projektu zvládla a.s. Polovodiče v Praze 4 náročný vývoj součástek IGCT a stala se tak jejich třetím světovým výrobcem (po švýcarské firmě ABB – Semiconductors, AG. a japonské Mitsubishi). Další využití součástky IGCT je nasměrováno také do oblasti drážních příměstských jednotek.

Bartoš S., Doležel I., Jehlička Vl., Škramlík J., Valouch V.: ”Electromagnetic Emissions from IGCT-Based Chopper for Trolleybus”, EMC EUROPE 2002 – International Symposium on Electromagnetic Compatibility, Sept. 9-13, 2002 – Sorrento, Italy. Vol. II, pp.1205 – 1209.
Bartoš S., Jehlička Vl., Škramlík J., Valouch V., Večerka T., Bureš J., Kalčík K., Venhoda E.: ”Converters Based on IGCTs in Light Traction Drives”, konference IECON – 2002, Sevilla, Nov. 2002; příspěvek označen SF-001012.pdf na CD-ROM (http:\\ inecon02.us.es).

---

2.7 Vodní režim půd a jeho vliv na formování povrchového odtoku a dotaci podzemní vody
M. Tesař, M. Šír Terénní sledování, experimentální výzkum, vyhodnocování a modelování vodního režimu půd prováděného na třech horských povodích ve vybraných pramenných oblastech České republiky (Šumava, Jizerské hory a Krkonoše) bylo přednostně zaměřeno na identifikaci a kvantifikaci jevů, jež jsou projevem diskontinuálních nehomogenit transportních procesů v nenasycené zóně. V případě dešťové srážky může za specifických podmínek stavu půdní vlhkosti dojít k výtoku značného objemu vody, která svým objemem převyšuje vydatnost příčinné srážky. Tento jev významně přispívá k formování povodní, zejména z malých povodí. V laboratorním měřítku byla aplikována metoda inverzního modelování pro potřeby získání vstupních dat pro modely použité pro numerickou simulaci proudění v pórovitém prostředí s preferenčními cestami.

Tesař, M., Šír, M., Syrovátka, O. (2002): Monitoring hydrologického cyklu v pramenných oblastech. In: X. Posterový den s mezinárodní účastí: Transport vody, chemikálií a energie v systému půda – rostlina – atmosféra, November 28, 2002, Bratislava, Slovakia, 447 – 456.
Tesař, M., Šír, M. (2002): Temporal variation of the soil moisture in small catchment: monitoring and modelling. In: Proccedings of Abstracts of the 4^th International Symposium on Ecosystem Behaviour, August 17 – 21, 2002, Reading, UK, p. 228.
Eliáš, V., Tesař, M., Šír, M., Syrovátka, O.: Stabilita a extremalizace hydrologického cyklu pramenných oblastí. Kapitola v monografii Povodně: prognózy, vodní toky a krajina, Eds. Patera, A., Váška, J., Zezulák, J. a Eliáš, V., ČVUT FSv Praha a ČVVS Praha, 2002, ISBN 80-01-02561-6, s. 363 – 390.

---

2.8 Vliv poměru vazkých a plastických efektů na chování vazkoplastických kapalin
J.David, P.Filip Teorie vazkoplastických látek je podstatným způsobem spjata s pojmem meze toku, kdy pro smyková napětí pod touto hodnotou nejsou pozorovány žádné vnější deformační změny na studované kapalině. Existence a definice meze toku je v posledních zhruba dvou desetiletích intensivně diskutována. Diskuse je těsně spjata s mírou vlivu jednotlivých efektů – jak vazkých tak plastických – na průběh tokové křivky charakterizující základní reologické vlastnosti daného materiálu.
Bylo prokázáno, že určení převládajících efektů ve zkoumaném intervalu rychlosti smykové deformace je klíčovým bodem k analýze celého problému. Bylo odvozeno jak stanovit vzájemný vliv vazké a plastické složky a pomocí tohoto rozboru přetransformovat dosud užívané základní vazkoplastické modely do nových souřadnic. Souřadné osy v těchto transformovaných grafech přitom představují již poměrnou velikost vazké a plastické části smykového napětí. Z experimentálních dat naměřených pro vybraný materiál je pomocí této transformace možné bezprostředně určit, zda u daného materiálu ve zkoumaných podmínkách dominují vazké či plastické efekty.

J.David, P.Filip - On the Relative Role of Viscous and Plastic Effects in Viscoplastic Fluids. Proc. Polymer Processing Society PPS-18 Meeting, 16-20 June, 2002, Ed. J.Covas, Guimaraes, Portugal, CD-ROM.
J.David, P.Filip - Mutual contribution of viscous and plastic effects in viscoplastic fluids. Proc.11^th Int. Conf. Transport and Sedimentation of Solid Particles, Eds.: J.Sobota and R.Verhoven, 9-12 Sep. 2002, Ghent, Belgium, pp.135-142.

---

2.9 Elektronický kontrast zobrazení dopovaných oblastí polovodiče pomalými elektrony
Ilona Müllerová, Luděk Frank Pro potřeby výzkumu a vývoje polovodičových struktur a diagnostiky polovodičových součástek, včetně případné mezioperační kontroly při jejich výrobě, je nezbytná metoda zobrazování dopovaných oblastí s vysokým kontrastem i rozlišením obrazu. Poněvadž rozměry nejmenších detailů se již přibližují hranici 100 nm, musí být dosahováno rozlišení obrazu v jednotkách nm. Od poloviny devadesátých let jsou publikovány první úspěšné pokusy se získáváním elektronického kontrastu dopovaných oblastí v zobrazení sekundárními elektrony v rastrovacím elektronovém mikroskopu (REM). Vytvořeny byly i modely kontrastního mechanismu pro čistý krystal polovodiče.
Studovali jsme zobrazení oblastí s vodivostí p-typu na křemíkovém substrátu n-typu, a to s preparátem v elektrickém poli katodové čočky, která zajišťuje vysoké rozlišení obrazu v celé škále energií elektronů v REM. Tento režim zobrazení jsme v minulých letech vypracovali a odzkoušeli. Zjistili jsme, že díky vysoce účinnému sběru signálu v tomto režimu a přítomnosti elektrického pole nastává několikanásobné zvýšení kontrastu obrazu oproti standardnímu zobrazení v REM. Dále jsme ověřili, že úroveň kontrastu závisí na vakuových podmínkách při pozorování. Z hlediska aplikací je velmi příznivé, že v běžném vakuu je kontrast výrazně vyšší než ve vakuu ultravysokém. Uvedené jevy jsme podrobně prostudovali a sestavili jsme i model kontrastního mechanismu pro reálné krystaly, ukazující cestu k praktickému nasazení metody.

Müllerová, I., Frank, L., El-Gomati, M.M.: SLEEM imaging of doping patterns in semiconductors, in Proc. 5th Multinational Congress on Electron Microscopy MCEM (ed. L. Dini, M. Catalano), Princeton, Rinton Press: 317-318 (2001).
Müllerová, I., El-Gomati, M.M., Frank, L.: Imaging of the boron doping in silicon using low energy SEM. Ultramicroscopy 93: 223-243 (2002).
Frank, L., Müllerová, I., El-Gomati, M.M.: SEM visualization of doping in semiconductors, in Proceedings of the Fifteenth International Congress on Electron Microscopy, Vol. 1, edited by R. Cross, J. Engelbrecht, M. Witcomb, and P. Richards. Onderstepoort: Microscopy Society of Southern Africa: 39-40 (2002). 

---

2.10 Malá lázňová vývěva
Pavel Hanzelka, Jan Dupák, Tomáš Králík, Věra Musilová

Mnohé technologické procesy a fyzikální experimenty vyžadují velmi vysoké vakuum v řádu 10^-5 Pa (tj. cca desetimiliardtina atmosférického tlaku) a nižší, které se dosahuje různými typy vývěv. Principem činnosti kryovývěv je kondenzace plynů na chladném povrchu, tzv. kryopanelu, doplněná sorpcí na studeném sorbentu. Potřebných nízkých teplot se nyní často dosahuje mechanickým chladicím zařízením. Nevýhodami jsou vysoká cena, složitost a vibrace.
Pracovníci ÚPT zkonstruovali kryovývěvu “lázňového typu”, jejíž kryopanel je udržován na teplotě 4,2 K kapalným heliem. Pro dosažení minimálních ztrát helia odpařováním využili svých bohatých zkušeností a výpočetních postupů v oboru kryogeniky. Vstupní trakt vývěvy umožňuje průchod molekul čerpaných plynů ke kryopanelu a současně je odcloněn před tepelným zářením z okolního prostoru. Optimální konfiguraci speciálních clon nalezli numerickou simulací pronikání jednak molekul, jednak tepelného záření vakuovým prostorem až ke kryopanelu. Při konstrukci využili speciální technologie vyvinuté v ústavu.
Provoz zkonstruované vývěvy je spolehlivý a bez vibrací, zásoba chladicí kapaliny - helia - o objemu 3 litry se doplňuje až po 1 měsíci. Nízkému odparu helia napomáhá vestavěná nádoba s nesrovnatelně levnějším kapalným dusíkem, která chrání helium před teplem z okolí. Dusík se dolévá po 6 dnech. Vývěva má tvar zaoblené válcové nádoby o objemu 13 litrů. Lázňové vývěvy popsané v odborné literatuře mají větší rozměry i spotřebu zkapalněných plynů.
Na předběžně odplyněné aparatuře se s touto vývěvou dosáhlo tlaku 1,5 x 10^-7 Pa. Její využití lze očekávat především v oboru elektronově optických přístrojů, kde se uplatní provoz vývěvy bez vibrací a rušivých magnetických a elektrických polí. Spolehlivost ji předurčuje pro dlouhodobé čerpací procesy.

Hanzelka, P., Dupák, J., Musilová, V.: Small helium bath cryopump for electron optical devices. Cryogenics 42: 39-44 (2002).

---

2.11 Interferometr s polovodičovým laserem pro absolutní měření délek
Ondřej Číp, Josef Lazar, Břetislav Mikel, František Petrů Interferometry na bázi He-Ne laserů patří k nejpřesnějším měřícím přístrojům pro určení změny délky. Jsou založeny na plynulém (inkrementálním) sledování interferenční fáze mezi měřícím a referenčním svazkem. Pokud povaha určované geometrické veličiny neumožňuje plynulý posuv měřícího zrcadla, průběžná informace o aktuální fázi není k dispozici a klasické interferometry ztrácí svou použitelnost.
Vyvinuli jsme interferometr, který umožňuje určit neměnný (absolutní) rozdíl vzdáleností mezi větvemi interferometru technikou přelaďování vlnové délky. Jako zdroj laserového záření jsme použili speciální polovodičový laser typu VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) svítící na vlnové délce 760 nm, který je možné plynule přelaďovat až o 1,2 nm. Tohoto přeladění jsme dosahovali přesnou změnou injekčního proudu tekoucího laserem, kterou jsme řídili ultra-nízkošumovým zdrojem s digitálním vysoce stabilním termostatem vlastní konstrukce.
Vysokou stabilitu vlnové délky a přesného měření intervalu přeladění jsme zajistili technikou digitálního frekvenčního závěsu na jednotlivé rezonanční frekvence Fabry-Perotova rezonátoru (etalonu). Pro určení interferenční fáze jsme použili ověřenou techniku detekce se signály v kvadratuře, což nám dovolilo využít originální metodu linearizace stupnice interferometru. Zajistili jsme tak provoz laseru na stabilní vlnové délce s možností její změny o přesně specifikovanou hodnotu a s možností kombinovat metodu inkrementálního měření s metodou absolutní. Pro obě metody jsme provedli porovnání s interferometrem na bázi He-Ne laseru. Pro rozsah měření vzdáleností do 80 mm jsme dosáhli rozlišení 3 m m pro režim absolutního měření a rozlišení 10 nm v režimu inkrementálním.

Mikel, B., Růžička, B., Číp, O., Lazar, J., Jedlička, P.: Stabilní polovodičové lasery v metrologii délek. Jemná mechanika a optika 47: 341-344 (2002).
Mikel, B., Číp, O.: Stabilization of VCSEL laser source for absolute laser interferometry. Seventh International Conference on Laser Metrology Apllied to Science, Industry, and Everyday Life, Yuri V. Chugui, Sergei N. Bagaev, Albert Wackenmann, P. Herbert Osanna, Editors, Proceedings of SPIE Vol. 4900: 918-923 (2002).
Číp, O., Petrů, F.: Set of experimental methods for scale-linerity verification in laser interferometers with nanometer resolution. Seventh International Conference on Laser Metrology Apllied to Science, Industry, and Everyday Life, Yuri V. Chugui, Sergei N. Bagaev, Albert Wackenmann, P. Herbert Osanna, Editors, Proceedings of SPIE Vol. 4900: 290-297 (2002).
Mikel, B., Růžička, B., Číp, O., Lazar, J., Jedlička, P.: Highly coherent tunable semiconductor laser in metrology of length. Photonics Prague 2002 - Photonics, Devices, and Systems II, Miroslav Hrabovský, Dagmar Senderáková, Pavel Tománek, Editors, Proceedings of SPIE, v tisku.

---

2.12 Detekce toluenu ve vodě pomocí optických vláknových senzorů
M. Chomát, D. Berková, V. Matějec, I. Kašík Toluen je jedním z velmi široce a často užívaných chemických produktů (je např. obsažen v motorových palivech) a představuje jisté riziko z hlediska znečištění životního prostředí, včetně znečištění odpadních a povrchových vod. Jeho maximální přípustný obsah v těchto vodáchje stanovenekologickýminormami, které připouštějí koncentraci řádu jednotek mg/l. Studovali jsme možnost použít pro detekci toluenu ve vodě s touto citlivostí optické vláknové senzory. Senzory jsou založeny na detekci změny indexu lomu hydrofobní detekční membrány nanesené na senzorové vlákno, která je způsobena koncentrováním toluenu v membráně. Změny indexu lomu se detekují pomocí změn optického výkonu přeneseného vláknem. Pro vývoj detekčních membrán byly použity speciální polysiloxanové polymery. Pro zvýšení citlivosti a meze detekce byly membrány nanášeny v délkách do 5 cm na speciálně připravená senzorová vlákna s invertovaným gradientním profilem indexu lomu. Experimenty s laboratorními vzorky těchto nových typů senzorů prokázaly schopnost detekce toluenu s  mezní koncentrací na úrovni jednotek mg/l. To je hodnota srovnatelná s výsledky jiných výzkumných pracovišť ve světě, avšak dosáhli jsme ji s mnohonásobně kratším senzorovým vláknem. Výhodou senzorů tohoto typu je možnost okamžitého získání údajů v místě výskytu znečištění, bez nutnosti odebírání vzorků a jejich následného časově náročného vyhodnocování v analytické laboratoři.

Chomát, M., Berková, D., Matějec, V., Kašík, I., Kuncová, G., Hayer, M. : Optical detection of toluene in water using an IGI optical fiber with a short sensing region.- Sensors Actuators B87: 258-267 (2002)
Chomát, M., Berková, D., Matějec, V., Kašík, I., Kuncová, G., Gagnaire, H., Trouillet, A., Bardin, F. : Optical detection of toluene in water by using IGI fibers.- Mat. Sci. & Eng. C - biomimetic and supramolecular systems 21:211-215 (2002)

---

2.13 Polární vibrace v biologických systémech
J. Pokorný, F. Šrobár

---

2.14 Modelování průběhu základního tónu řeči pomocí lineární predikce
Petr Horák V současné době, kdy syntetickou řeč můžeme slyšet každý den v nejrůznějších telekomunikačních či informačních systémech, se kladou stále větší požadavky na její kvalitu a přirozenost. Rozdíl mezi syntetickou a přirozenou řečí je stále propastný, a to jak z hlediska modelování vlastního řečového signálu, tak z hlediska modelování prozodie řeči. Prozodie syntetické řeči je v současnosti modelována převážně pomocí pravidel ovlivňujících přímo průběh základního tónu. Pro dosažení přirozenějšího způsobu modelování kontury základního tónu byl navržen lineárně predikční intonační model popisující průběh základního tónu řeči v jednotlivých intonačních úsecích. Dále byla vytvořena pravidla pro buzení navrženého lineárně predikčního intonačního modelu na základě psaného textu. Následně byl lineárně predikční intonační model implementován do syntezátoru řeči z psaného textu včetně pravidel generujících buzení tohoto modelu. Výsledkem je syntetická řeč s přirozenějším průběhem základního tónu.

Horák, P.: F0-Contour Modelling Using Linear Prediction. -In: R. Vích (Ed.): Proc. of the 12^th Czech-German Workshop on Speech Processing, Prague, 2002, pp. 42-43, ISBN 80-86269-09-4.
Horák, P.: Modelování suprasegmentálních rysů mluvené češtiny pomocí lineární predikce.-Doktorská disertační práce FEL ČVUT Praha, 2002.

---

2.15 Objasnění souvislosti mezi jevem tvarové paměti, mikroskopickou nestejnorodostí a termodynamickými zákony
Vratislav KAFKA, David VOKOUN

Dráty z materiálů s tvarovou pamětí se v praktických aplikacích využívají většinou v kombinaci s jinými materiály, s nimiž vytvářejí různě koncipované kompozity. Je proto důležité experimentálně stanovit vliv různých vazebních efektů na tvarovou paměť v těchto kombinacích a poznatky zobecnit vytvořením odpovídajících matematických modelů. Výsledky dosažené v tomto směru jsou obsaženy v dále citovaných publikacích.

Vokoun, D., Kafka, V.: Shape memory: Heterogeneity and thermodynamics. Proc.: IUTAM Symposium on Dynamics of Advanced Materials and Smart Structures. May 20 – 24, 2002, Yonezawa city, Japan. (In print)
Vokoun, D., Kafka, V.: Recovery stresses generated by NiTi shape memory wires on different constraint conditions. (Submitted for publication in ‘Smart Materials and Structures’)
Juhásová, E., Kafka, V.: Materiály s tvarovou pamäťou a možnosti ich uplatnenia pri redukcii kmitania konštrukcií, Zborník prednášok: VII. Vedecká konferencia s medzinárodnou účasťou; Košice 22.-24. mája 2002. Technická univerzita v Košiciach 2002, 9. sekcia: Stavebná mechanika; str. 110-113.

---

2.16 Teoretické a experimentální řešení stochastické stability dynamické odezvy štíhlých soustav vlivem proudu vzduchu; určení typů nestability pomocí obecné matematické formulace
Jiří Náprstek, Cyril Fischer, Ondřej Fischer, Miroš Pirner, Stanislav Pospíšil V souboru prací byl učiněn pokus o systematický popis jevů aeroelastické nestability náhodného kmitání štíhlých soustav obtékaných turbulentním proudem vzduchu. Ačkoliv o některých typech aeroelastické nestability jakožto oddělených jevech existuje řada literárních pramenů, teoretický popis vycházející ze základních fyzikálních principů a podepřený experimenty zcela chybí.
Teoretický popis těchto jevů je vybudován na základě nelineárních matematických modelů založených na stochastické formulaci interakce proudícího media a pohybující se soustavy. Procesy parametrického i aditivního buzení jsou zavedeny jako náhodné procesy markovova typu. Analýza odezvy soustavy a její stability je založena na vlastnostech Ljapunovovy funkce v stochastické formulaci a na řešení odpovídajících Fokker-Planck-Kolmogorovových rovnic pro vzájemnou hustotu pravděpodobnosti odezvy. Dalším cílem byl rozbor typu a oblastí stability stochastické odezvy soustavy a dále popis jejího postkritického chování ovlivněného nelineárními členy zejména z hlediska možné restabilizace odezvy po průchodu bifurkačním bodem Hopfova typu. Teoretická analýza je průběžně ověřována experimenty v aerodynamickém tunelu. Výsledky experimentů umožňují zpětně zasahovat do parametrů i do základní struktury teoretických modelů, které umožňují praktické aplikace v inženýrské praxi.

Náprstek, J., Pirner, M., Fischer, C.: Interaction of a PVC-bearing with a bridge structure, in: Proc. 11^th Engineering Mechanics Conference (L. Houfek, P. Hlavoň, P.Krejčí eds). IT ASCR, Svratka, 2002, 10 pp., CD ROM.
Pospíšil, S., Fischer, C., Náprstek, J.: Instability onset of rectangular prismatic beams in the wind flow, in: Proc. 11^th Engineering Mechanics Conference (L. Houfek, P. Hlavoň, P.Krejčí eds). IT ASCR, Svratka, 2002, 8 pp., CD ROM.
Fischer, O., Pirner, M.: Návrh na omezení kmitů štíhlé ocelové konstrukce, in: Proc. 11^th Engineering Mechanics Conference (L. Houfek, P. Hlavoň, P.Krejčí eds). IT ASCR, Svratka, 2002, 9 pp., CD ROM.
Náprstek, J., Pirner, M.: Non-linear behaviour and dynamic stability of a vibration spherical absorber, in: Proc. 15^th ASCE Engineering Mechanics Division Conference (A. Smyth et al. eds). Columbia Univ., New York, 2002, 10 pp. CD ROM.
Náprstek, J.: Flutter instability influenced by parametric random noises, in: Proc. IUTAM Symposium on Nonlinear Stochastic Dynamics (N. Sri Namachchivaya edt.). University of Illinois at Urbana-Champaign, 2002, Paper No. 33.
Náprstek, J., Pirner, M.: Dynamic response of buildings to wind action, in: Proc. EURODYN 2002 Conference (H.Grundmann et al. eds). Balkema: Rotterdam, TU München, 2002, pp.123-134.
Pospíšil, S., Fischer, C., Náprstek, J.: Aeroelastic instability onset of rectangular prismatic beams, in: Proc. EURODYN 2002 Conference (H.Grundmann et al. eds). Balkema: Rotterdam, TU München, 2002, pp.581-586.

---

2.17 Vytvoření teoretického modelu železničního mostu s vysokorychlostní vlakovou soupravou
Ladislav Frýba, Cyril Fischer, Stanislav Pospíšil

Pracovníci ÚTAM vytvořili teoretický model železničního mostu, po kterém se pohybuje vysokorychlostní vlaková souprava. Při jeho analýze našli dvě oblasti rychlostí, při nichž dochází k nárůstu deformací. Při rychlostech z prvé oblasti (nad 200 km/h), dnes již reálně dosahovaných, dochází k rezonančnímu kmitání mostu. Při rychlostech z druhé skupiny (více než 500 km/h), které ještě nebyly dosaženy, ztrácí mostní konstrukce svou stabilitu. Výsledkem analýzy jsou časové průběhy deformací, napětí, svislého zrychlení a spektra napětí pro mostní konstrukce o rozpětí 5 až 50 m při působení tří vysokorychlostních souprav při rychlostech 5 až 500 km/h. Teoretická studie přináší podklady pro návrh a posouzení mostních konstrukcí s vyšší bezpečností provozu. Tyto výsledky jsou důležité z hlediska zapojení naší železniční sítě do mezinárodní v rámci Evropské unie.

L. Frýba, C. Fischer, S. Pospíšil : Dynamic effects of high speed trains on bridges. In: H. Grundmann, G.I. Schuëller (eds) : Structural Dynamics – Eurodyn 2002. Balkema, Lisse, 2002, Vol. 2, str. 1071-1076.

---

2.18 Kavitační rychlosti ve vodě s rozpuštěnými plyny a mikroskopickými nečistotami
F. Maršík, P. Zima, J. Hrubý (Ústav termomechaniky AV ČR) ,C. F. Delale, University of Istanbul

Klasická nukleační teorie směsí, založená na stanovení mechanické energie vzniku kavitačního zárodku, tzv. kritického klastru (shluku molekul), nedává správné nukleační a následně ani reálné kavitační rychlosti. Teprve po zahrnutí disipativních nerovnovážných procesů doprovázejících vznik kritického nukleačního jádra lze dosáhnout kavitační rychlosti pozorované experimentálně. Disipativními nerovnovážnými procesy jsou zde především rozpustnost plynů v kapalinách, difúze, vypařování a kondenzace.
Díky molekulárnímu pohybu dochází ke spontánním fluktuacím objemu, teploty a koncentrací příměsí. Velikosti těchto fluktuací souvisí jednak s kalorickými vlastnostmi tekutiny (specifická tepla, výparná a rozpouštěcí tepla) a jednak s jejími mechanickými vlastnostmi (stlačitelnost a povrchové napětí). Fluktuace teploty, hustoty a koncentrací jsou nerovnovážnými procesy. Tato nerovnováha má i podstatný vliv na mechanickou energii zárodečného kritického klastru a následně pak na kavitační rychlost kontaminované vody.
Ve vypracované teorii se nerovnováha vyjadřuje vhodným korekčním součinitelem závislým na aktuální koncentraci rozpuštěných plynů, popř. pevných mikroskopických nečistot. Jeho velikost je určována experimentálně pomocí konvergentní-divergentní dýzy navržené a vyrobené pro tento účel. Experimenty jsou porovnávány s numerickým výpočtem. Stanovené parametry výpočtového algoritmu jsou bezprostředně využívány pro výpočet kavitujícího proudění oběžných kol rotačních čerpadel.

Delale, C.F., Hrubý, J., Maršík, F.: Homogeneous bubble nucleation in liquids: The classical theory revised. – Jour. of Chemical Physics (přijato k publikaci)

---

2.19 Teoretická a experimentální analýza plasmových nástřiků
J. Plešek, M. Landa, P.Urbánek, Ústav termomechaniky AV ČR
F. Kroupa, K. Neufuss, Ústav fyziky plazmatu AV ČR

Porézní křehké materiály, ze kterých se vyrábějí plazmou nanášené tenké vrstvy, se vyznačují silně nelineární elastickou odezvou. Při tlakovém zatížení dochází v takovém materiálu k uzavírání mikroskopických trhlin a elastické prostředí jako celek pak vykazuje výrazně vyšší tuhost. Teoretický popis nelineárního chování má význam nejen pro vývoj technologií nástřiků, ale významně též ovlivňuje přesnost identifikace materiálových parametrů.
Byl navržen matematický model popisující efekt vnitřního kontaktu na lících mikrotrhlin. Metodou homogenizace lokálních průběhů napětí na úrovni mikrostruktury byl vytvořen model vhodný pro aplikaci v mechanice kontinua, jenž lze použít jak pro analytická, tak i pro numerická řešení. Dále byl učiněn úspěšný pokus o změření nelineárních charakteristik materiálu a výsledky byly porovnány s predikcí navrženého modelu. Experimenty vycházely především z měření rychlostí podélných vln v ultrazvukové oblasti. Je známo, že rychlost postupující vlny je přímo úměrná odmocnině tuhosti materiálu, a tak je možno nepřímo určit závislost elastických modulů na počátečním napětí. Výsledky experimentů si vynutily určité korekce původní teorie.
Materiálový model byl posléze aplikován na úlohu ohybu nosníku, složeného ze dvou nelineárně elastických vrstev. Přesné řešení této úlohy je nezbytné pro experimenty, ve kterých se ohybové vzorky používají pro stanovení elastických konstant porézní vrstvy. Ukázalo se, že odchylky od nelinearity mohou způsobit významné chyby v určení elastických konstant, pokud by se změna tuhosti nevzala v úvahu.

Kroupa, F., Plešek, J.: Nonlinear elastic behavior in compression of thermally sprayed materials. - Mat. Sci. Engn. A328: 1-7 (2002)
Kroupa, F., Plešek, J.: The effect of uniaxial pressure on elastic parameters of plasma sprayed ceramics. - Acta Tech. 47: 39-46 (2002)
Landa, M., Kroupa, F., Neufuss, K., Urbánek, P.: The effect of uniaxial pressure on ultrasound velocities and elastic moduli in plasma-sprayed coatings. - Jour. of Thermal Spray Technology (v tisku)