Kontrollerad kärnfusionsteknik är en framtida energimetod som mycket förväntas av hela mänskligheten och är också känd som den ultimata energikällan för mänsklighetens ideal. Men inget land har framgångsrikt uppnått det ännu.
I processen att förverkliga laserdriven kontrollerad kärnfusion är "hjärtat" för den högeffektiva laserdrivrutinen-storstor laserneodymglas, ett oumbärligt kärnmaterial. Dess nyckelteknologi för massproduktion kallas den första av de sju underverken av den nationella tändningsanläggningen (NIF) i USA. Hu Lili, biträdande direktör för den akademiska kommittén för Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of the Chinese Academy of Sciences and Researcher of the Advanced Laser and Optoelectronic Functional Materials Department, och hennes forskargrupp är forskarna som har övervunnit nyckeltekniken för massproduktion av stora laserneodymglas.
När han gick in på 2000-talet började Hu Lili och hennes team forskning och utveckling av nytt laserglas och den kontinuerliga smältningstekniken för effektiv massproduktion av laserneodymglas i stor storlek och lösa alla de viktigaste tekniska problem som krävs för massproduktion av stor neodymglas. Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics har också blivit den första enheten i världen som självständigt behärskar hela processproduktionstekniken för laserneodymglaskomponenter.
Just förra året vann hon NFMOTT -utmärkelsen, en berömd utmärkelsen inom området internationella amorfa material och blev den första kinesiska vinnaren av utmärkelsen sedan dess etablering. I år vann Hu Lili också presidentens utmärkelsen av International Glass Association.
"Vår forskning kommer så småningom att tillämpas i praktiken, så jag är mycket glad att börja från grundforskning i laboratoriet och sedan lägga forskningsresultaten i tillämpningen." Hu Lili sa i en intervju med Yicai nyligen. Hon avslöjade också att teamet introducerar AI i forskning och utveckling av nytt glas för att främja paradigminnovation inom specialglasforskning.
Hjärtat av laserfusion
När den globala energisäkerhetskonkurrensen intensifieras har utformningen av stora länder i världen inom området kärnfusion avsevärt påskyndats och internationell fusionsteknik har utvecklats snabbt. I december 2022 uppnådde USA framgångsrikt ett större energiöverskott i kärnfusionsreaktioner. Hittills har USA uppnått sex laserkärnfusionständningar.
År 2024 utfärdade ministeriet för vetenskap och teknik, ministeriet för industri och informationsteknologi och andra sju avdelningar gemensamt "implementeringspänningen om att främja innovation och utveckling av framtida industrier", och påpekade att det är nödvändigt att stärka forskningen och utvecklingen av viktiga kärnteknologier för framtida energi representerad av kärnfusion. Förverkligandet av Fusion Energy-tillämpningen är det ultimata målet för mitt lands trestegsstrategi för "termisk reaktor-snabb reaktorfusionreaktor" för kärnkraftsutveckling.
In January this year, my country's fully superconducting tokamak EAST device, known as the "artificial sun", achieved major results and successfully achieved steady-state long-pulse high-confinement mode plasma operation of more than 100 million degrees for 1066 seconds, once again creating a new world record for the high-confinement mode operation of the tokamak device, giving people new expectations for the application of fusion energy.
Laserdrivning är ett annat sätt att uppnå kärnfusion. För att uppnå laserdriven kontrollerad kärnfusion behöver vi självkontrollerat laserneodymglas. På grund av sina stora storlekar och extremt högpresterande indexkrav utmanar den kontinuerliga smälttekniken för storstor laserneodymglas gränserna för optisk glasstillverkning och är känd som den första av de sju underverken i USA: s nationella tändfacilitet. Förenta staterna har arbetat med två toppoptiska glasföretag i Tyskland och Japan i sex år för att uppnå kontinuerlig smältning av stor laserneodymglas. De tror att denna teknik är extremt svår. Efter att ha slutfört tillförseln av neodymglas för de två huvudsakliga laserfusionsenheterna i USA och Frankrike demonterade de den kontinuerliga smältlinjen av storstor laserneodymglas.
Därför har erövring av batchberedningstekniken för storstora neodymglas blivit ett svårt problem som Hu Lili och andra vetenskapliga forskare måste lösa brådskande.
Hu Lili förklarade att anledningen till att laserneodymglas är "hjärtat" av laserkärnfusion är att det är ett speciellt glas som innehåller sällsynta jordartsluinescerande joner-neodymjoner, som kan generera lasrar eller amplifiera laserenergi under excitation av "pumpljus" och är "hjärtat" av laseren. Prestandan för laserneodymglas bestämmer direkt utgångsenergin för laserenheten. Det är Laser -arbetsmediet med den högsta utgångsenergin som är känd för mänskligheten. I den stora vetenskapliga laserkärnfusionsanordningen känd som "Artificial Little Sun" har laserneodymglas alltid spelat en oföränderlig roll.
Från inrättandet av Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of the Chinese Academy of Sciences 1964 till slutet av 1900 -talet har laserneodymglaseteamet representerat av akademikerna Gan Fuxi och Jiang Zhong gjort innovationer från grunden i forskningen av laserneodymiumglas i mer än 30 år. De har successivt utvecklat Silicate Laser Neodymium Glass, N21 och N31 fosfatlaser neodymglas och tillhandahöll kärnverksmaterial för mitt lands "shenguanska" serie av enheter.
Sedan 2005 har Hu Lili och hennes team arbetat med de fyra viktiga kärnteknikerna för kontinuerlig smältning, precisionens glödgning, hemming och detektion i nästan tio år baserat på grundforskning. Det svåraste av dessa är den kontinuerliga smälttekniken för laserneodymglas i stor storlek. In 2012, with the joint efforts of everyone, we finally overcame the difficulties in the continuous melting process, designed and established a pilot production line for continuous melting of laser neodymium glass, completed the integration of key technologies for continuous melting of large-size laser neodymium glass, and finally realized the integration and connection of key technologies for the entire chain of continuous melting process, testing technology, hemming process, and precision annealing of large-size Laserneodymglas. De relevanta prestationerna har vunnit "Shanghai Technological Invention Special Award" 2016, "National Technological Invention Second Prize" 2017 och "Outstanding Scientific and Technological Achievement Award of the Chinese Academy of Sciences" 2022.
"Vi stötte på många utmaningar i forskningsprocessen, särskilt när experimentet fortsatte, ett problem efter det andra utsattes, och det fanns inget annat sätt. Vi kunde bara sitta ner och kontrollera litteraturen och börja från mycket grundläggande teorier. Till exempel vilka förändringar kommer flödesbeteendet att smälta under glasformningen. Hu Lili berättade för reportrar.
Lösa branschbehov
Förutom laserneodymglas har Hu Lili också gjort viktiga genombrott i Ytterbium-dopat stora läge fältkvartfiber, högeffekt neodymdopad kvartsfiber och hög renhet kvartsglas.
Med högeffekt laserfiber som exempel, eftersom fiberlasrar använder optisk fiber som lasermedium, har de fördelarna med idealisk strålkvalitet, ultrahög omvandlingseffektivitet, underhållsfri, hög stabilitet och liten storlek. Deras tillämpningsområde är mycket brett, inklusive laserfiberkommunikation, laserutrymme långväga kommunikation, industriell varvsindustri och kirurgiska operationer. Sedan början av 2000-talet har fiberlasrar gradvis ockuperat hälften av lasermarknaden, men vissa högeffektiva laserfiberprodukter är svåra att få från den internationella marknaden. Sedan 2011 har Hu Lili och hennes team fokuserat på de tre svåra frågorna som påverkar lasereffektiviteten, kraftstabiliteten och långsiktig tillförlitlighet hos högeffekt laserfibrer. På åtta år tog de ledningen i Kina för att övervinna nyckeltekniken för massberedning av 10, 000- Watt Ytterbium-dopade stora lägesfibrer.
Som huvudorganet för teknisk innovation är företag mer känsliga för efterfrågan på marknaden.
"Under 2018 kontaktade ett högteknologiskt företag oss och frågade om vi kunde hjälpa dem att göra högeffekt laserfibrer eftersom de inte kunde köpa produkter internationellt. Vid den tiden forskade vi också på detta område, så teamet kommunicerade nära med företaget, upprepade gånger itererade produkten och löste deras faktiska behov." Hu Lili sa.
Det tekniska genombrottet av 10, 000- Watt-Class Ytterbium-dopad laserfiber har gjort det möjligt för mitt lands högeffektfiberlasrar att vara utrustade med inhemska "kärnor", vilket minskar tillverkningskostnaderna för högeffektiva lasrar. Sedan 2019 har teamet uppnått en direkt försäljning på mer än 200 miljoner yuan och indirekta ekonomiska fördelar med mer än 1,8 miljarder yuan; Dessutom har det också uppfyllt de brådskande behoven hos högeffektfiberlasrar i rymdmiljöer.
När det gäller den framtida forskningslayouten har Hu Lili, som har varit i branschen i 38 år, också nya idéer.
Enligt hennes åsikt, med utvecklingen av AI, måste forskningsparadigmet för glas förändras snabbt. "Vi introducerar AI i forskningen och utvecklingen av nytt glas och bygger också en glasstruktur-aktivitetsförhållande forskningsplattform som täcker glasstrukturens prestanda karakterisering, molekylär dynamiksimulering och AI-assisterad modellering." Hon introducerade att hon hoppas kunna bygga en speciell plattform för struktur-struktur-aktivitetsrelation som integreras som integrerar förberedelse av hög genomströmning, AI-assisterad modellering och strukturell karaktäriseringsverifiering under perioden "15: e femårsplanen".
