2023 Príroda Desať ľudí vonku: Vedci zapálení laserovou fúziou na zozname!

Medzinárodný špičkový vedecký časopis "Nature" (Nature) dnes oznámil výročný zoznam desiatich najlepších vedeckých osobností (Nature's 10) za rok 2023 - tento zoznam je navrhnutý tak, aby v tomto roku vybral 10 všetkých významných vedeckých udalostí, ktoré majú svoje miesto v postavách, jeho autorita a Tieto úlohy viedli k sérii úžasných objavov a pokrokov.
Okrem pútavých správ, že ChatGPT bol vybraný ako jeden z 10 najlepších ľudí roka v prírode, stojí za zmienku, že do zoznamu sa dostala aj vedkyňa so silným prepojením na laserový priemysel. Ona je - laserové fúzne "zapálenie" - Annie Kritcher (Annie Kritcher).
Annie Kritcher, fyzička a hlavná dizajnérka amerického Národného zapaľovacieho zariadenia, hovorí, že fúzia nie je otázkou „ak“, ale „kedy“. Dúfa, že lasery zohrajú svoju úlohu: "Rád by som sa zapojil."
Hlavným dôvodom, ktorý Annie Kritcher uvádza v zozname Nature's 10, je to, že fyzik pomohol NIF produkovať jadrové reakcie, ktoré boli kedysi viditeľné iba vo vodíkových bombách a hviezdach. "Tento fyzik pomohol realizovať prvý energetický zisk."
Tu je viac o nej zo zoznamu Nature:
Fyzička Annie Kritcher vstupuje do roku 2023 s návalom optimizmu.
Pred niekoľkými týždňami pomohla Národnému zapaľovaciemu zariadeniu (NIF) Ministerstva energetiky USA dosiahnuť cieľ, ktorý sa laboratóriám na celom svete už desaťročia nedarí dosiahnuť: zlisovať atómy k sebe tak pevne, že podstúpia jadrovú fúziu a vyprodukujú viac energie ako reakcia spotrebuje.
Avšak po dosiahnutí tohto experimentálneho míľnika, známeho ako „zapálenie“, bol tlak urobiť to znova.
Národné zapaľovacie zariadenie (NIF) v hodnote 3,5 miliardy dolárov v Národnom laboratóriu Lawrence Livermore v Kalifornii bolo pôvodne navrhnuté na posilnenie vedy o jadrových zbraniach. Jeho pokrok by tiež mohol pomôcť rozvinúť jadrovú fúziu na bezpečný, čistý a prakticky neobmedzený zdroj energie a minuloročné úspešné experimenty NIF mnohých prekvapili. Experiment so „zapaľovaním“ meškal desaťročie oproti plánu a niektorí sa začali obávať, že cieľ je jednoducho mimo dosahu. Ako hlavný dizajnér hlavného fúzneho experimentu sa Kritcher a jej tím okamžite pustili do toho, aby dokázali, že NIF môže spoľahlivo dosiahnuť zapálenie.
Veľký výskum je často ťažké urobiť bez vzostupov a pádov: tím urobil svoj prvý opakovaný pokus v júni so slabými výsledkami. "Môže sa to zblázniť a dostanem sa do stresu." povedal Kritcher.
Pri ďalšom pokuse sa im to podarilo. 30. júla 192-lúčový laser zariadenia dodal 2,05 megajoulov energie zmrazeným časticiam izotopov vodíka deutéria a trícia suspendovaných v zlatom valci. Výsledná implózia spôsobila, že izotopy uvoľnili energiu, keď sa zlúčili do hélia, čím sa vytvorila teplota šesťkrát vyššia ako v jadre Slnka. Tieto reakcie vyprodukovali rekordných 3,88 megajoulov fúznej energie.
Na výrobu dostatočného množstva fúznej energie počas dlhšieho časového obdobia sú potrebné ďalšie zariadenia, najmä tokamakové reaktory, ktoré využívajú silné magnetické polia na obmedzenie fúznych reakcií. Táto technológia bola vyvinutá v rámci projektu ITER v hodnote 22 miliárd dolárov, ktorý predstavuje medzinárodnú spoluprácu. Avšak až do dosiahnutia úspechu NIF žiadne laboratórium nikdy nevyprodukovalo fúznu reakciu s kapacitou, ktorá by prevyšovala jeho spotrebu (tj „čistý zisk“).
Kritcher a jej tím nadviazali na svoj úspech v júli ďalšími dvoma pokusmi o zapálenie v októbri, pričom uspeli v štyroch zo šiestich pokusov. Na budúci rok sa pripravujú na vyššiu kapacitu „čistého zisku“. V tomto procese vedci z NIF otvorili dvere výskumu a pomohli rozdúchať vlnu optimizmu o budúcnosti energie jadrovej syntézy.
NIF je navrhnutý tak, aby pomohol vládnym vedcom zaistiť bezpečnosť a spoľahlivosť amerického jadrového arzenálu bez potreby testovacích výbuchov, ale to nie je to, čo Kritchera pôvodne priviedlo do laboratória. začala skúmať fúznu energiu počas letnej stáže v Livermore v roku 2004 a rýchlo sa zamerala na NIF ako na jedno z mála miest na Zemi, kde sa skúmajú fúzne reakcie, skôr než začala postgraduálne štúdium. jedno z mála miest na planéte na štúdium fúznych reakcií.
Do NIF nastúpila v roku 2012 a v roku 2016 sa stala vedúcou dizajnérkou. Odvtedy viedla tím, ktorý analyzuje experimentálne údaje a používa počítačové modely na navrhovanie experimentov zameraných na dosiahnutie a zvýšenie výnosov fúzie úpravou parametrov, ako je veľkosť a konfigurácia cieľov. a energiu a časovanie rôznych laserových lúčov. Keď jej tím dokončí návrh, experimentálny tím laboratória prevezme spustenie laserov a zbieranie údajov.
Roger Falcone, fyzik z Kalifornskej univerzity v Berkeley, hovorí: "Anne je vynikajúca študentka, ktorá sa venuje svojej práci." Začal pracovať s Kritcher, keď bola postgraduálnou študentkou a pokračoval vo svojej ranej práci v NIF. Počas toho, povedal, preukázala svoju zdatnosť pri navrhovaní laserových experimentov určených na testovanie toho, ako sa materiály správajú, keď sú stlačené na extrémne teploty a tlaky.
Tieto zručnosti postavili Kritchera do centra fúzneho programu v roku 2016. V tom čase energetické výnosy z fúznych experimentov stagnovali a hlavný vedec NIF Omar Hurricane chcel vyraziť novú cestu. A Kritcher vykročil vpred s nápadmi, o ktorých Hurikán hovorí: "Bola tam všetko." Odtiaľ sa stala jednou z hlavných dizajnérok pre NIF.
Kritcher a jej tím strávili niekoľko nasledujúcich rokov analýzou údajov a úpravou dizajnu výsledkov veľkých experimentov NIF. Okrem vykonávania rôznych zmien cieľa dokázali využiť vylepšenia na zvýšenie celkovej dostupnej laserovej energie. V dôsledku toho úspešne dosiahli fúziu so zvyšujúcou sa pravidelnosťou.
S formálnym cieľom zapálenia začal Kritcher pracovať na novej sérii experimentov zameraných na opätovné zvýšenie výťažku dodávaním viac laserovej energie do hrubšej cieľovej kapsuly. To by mohlo predstavovať ďalší krok vpred v cieli NIF dosiahnuť výnosy v desiatkach terajoulov a viac.
Z dlhodobého hľadiska verí, že s niektorými modernizáciami bude zariadenie schopné splniť svoje ciele a zvýšiť výnosy o rád, čo vedcom umožní začať pracovať na prototype reaktora na výrobu energie laserovej fúzie. Povedala, že nejde o to, „či“ fúzna energia príde, ale „kedy“ a dúfa, že laser bude fungovať.
"Myslím, že je to skvelá možnosť," povedala, "a rada by som sa zapojila."