2023 m. gamtos dešimt žmonių: lazerinės sintezės uždegimo moterys mokslininkės sąraše!

Šiandien tarptautinis aukščiausio lygio mokslo žurnalas „Nature“ („Nature“) paskelbė 2023 m. metinį dešimties geriausių mokslo veikėjų sąrašą (Nature's 10) – šis sąrašas skirtas 10 šių metų visų svarbiausių mokslo įvykių simboliuose. jos autoritetas ir Šios užduotys atvedė prie daugybės nuostabių atradimų ir pažangos.
Be antraštes prikaustančių naujienų, kad „ChatGPT“ buvo išrinktas vienu iš 10 geriausių gamtos metų žmonių, verta paminėti, kad į sąrašą pateko ir mokslininkė, turinti tvirtą ryšį su lazerių pramone. Ji yra - lazerio sintezės "uždegimas" - Annie Kritcher (Annie Kritcher).
Annie Kritcher, fizikė ir vyriausioji JAV nacionalinės uždegimo įrenginio projektuotoja, sako, kad sintezė yra ne „jeigu“, o „kada“ klausimas. Ji tikisi, kad lazeriai atliks tam tikrą vaidmenį: „Norėčiau dalyvauti“.
Pagrindinė priežastis, nurodyta Annie Kritcher Nature's 10 sąraše, yra ta, kad fizikas padėjo NIF sukelti branduolines reakcijas, kadaise matytas tik vandenilio bombose ir žvaigždėse. "Šis fizikas padėjo suvokti pirmąjį energijos padidėjimą."
Štai daugiau apie ją iš gamtos sąrašo:
Fizikė Annie Kritcher į 2023 metus žengia su optimizmu.
Prieš kelias savaites ji padėjo JAV Energetikos departamento Nacionalinei uždegimo priemonei (NIF) pasiekti tikslą, kurio laboratorijoms visame pasaulyje nepavyko pasiekti dešimtmečius: taip stipriai suspausti atomus, kad juose vyksta branduolių sintezė, pagaminama daugiau energijos nei reakcija sunaudoja.
Tačiau pasiekus šį eksperimentinį etapą, vadinamą „uždegimu“, buvo spaudimas tai padaryti dar kartą.
3,5 milijardo dolerių vertės Nacionalinė uždegimo priemonė (NIF) Lawrence'o Livermore'o nacionalinėje laboratorijoje Kalifornijoje iš pradžių buvo skirta sustiprinti branduolinių ginklų mokslą. Jo pažanga taip pat gali padėti sukurti branduolinę sintezę saugiu, švariu ir praktiškai neribotu energijos šaltiniu, o sėkmingi NIF eksperimentai praėjusiais metais daugelį nustebino. „Uždegimo“ eksperimentas vėlavo dešimtmečiu, o kai kurie pradėjo nerimauti, kad tikslas tiesiog nepasiekiamas. Būdama pagrindinio branduolių sintezės eksperimento projektuotoja, Kritcher ir jos komanda iš karto ėmėsi įrodyti, kad NIF gali patikimai užsidegti.
Didelės svarbos tyrimus dažnai sunku apsieiti be pakilimų ir nuosmukių: komanda pirmą kartą pakartojo birželio mėnesį, o rezultatai buvo prasti. „Tai gali išprotėti ir aš patiriu stresą“. Kritcheris pasakė.
Na, kitu bandymu jiems pavyko. Liepos 30 d. objekto 192-spindulinis lazeris perdavė 2,05 megadžaulio energijos į sušalusias vandenilio izotopų deuterio ir tričio daleles, suspenduotas auksiniame cilindre. Dėl susidariusio sprogimo izotopai išskirdavo energiją, kai jie susiliejo į helią, todėl temperatūra buvo šešis kartus aukštesnė nei saulės šerdyje. Šios reakcijos pagamino rekordinę 3,88 megadžaulio sintezės energiją.
Norint pagaminti pakankamai sintezės energijos per ilgesnį laiką, reikia kitų įrenginių, ypač tokamako reaktorių, kurie naudoja galingus magnetinius laukus, kad apribotų sintezės reakcijas. Šią technologiją sukūrė 22 milijardų dolerių vertės ITER projektas, tarptautinis bendradarbiavimas. Tačiau iki NIF pasiekimo jokia laboratorija niekada nesukūrė sintezės reakcijos, kurios pajėgumas viršytų jos suvartojimą (ty „grynąjį pelną“).
Liepos mėnesį Kritcher ir jos komanda sėkmingai paleido dar du bandymus užsidegti spalį ir pavyko keturiais iš šešių bandymų. Kitais metais jie ruošiasi didesniam „grynojo pelno“ pajėgumui. Šiame procese NIF mokslininkai atvėrė duris tyrimams ir padėjo kurstyti optimizmo bangą dėl sintezės energijos ateities.
NIF sukurtas padėti vyriausybės mokslininkams užtikrinti JAV branduolinio arsenalo saugumą ir patikimumą be bandomųjų sprogimų, tačiau ne tai iš pradžių patraukė Kritcherį į laboratoriją. 2004 m. vasaros stažuotės metu Livermore ji pradėjo tyrinėti sintezės energiją ir, prieš pradėdama magistrantūros studijas, greitai atkreipė dėmesį į NIF kaip vieną iš nedaugelio vietų žemėje, kur tiriamos sintezės reakcijos. viena iš nedaugelio vietų planetoje, kurioje tiriamos sintezės reakcijos.
Ji prisijungė prie NIF 2012 m., o 2016 m. tapo pagrindine dizainere. Nuo tada ji vadovavo komandai, kuri analizuoja eksperimentinius duomenis ir naudoja kompiuterinius modelius, kad sukurtų eksperimentus, kurių tikslas – pasiekti ir padidinti sintezės derlingumą, koreguojant tokius parametrus kaip taikinių dydis ir konfigūracija. ir įvairių lazerio spindulių energija ir laikas. Kai jos komanda užbaigia dizainą, laboratorijos eksperimentinė komanda perima lazerių šaudymą ir duomenų rinkimą.
Kalifornijos universiteto Berklyje fizikas Rogeris Falcone'as sako: „Anė yra puiki studentė, atsiduodanti savo darbui“. Jis pradėjo dirbti su Kritcher, kai ji buvo magistrantė, ir tęsė ankstyvą darbą NIF. Pasak jo, per tą laiką ji pademonstravo savo meistriškumą kurdama lazerinius eksperimentus, skirtus patikrinti, kaip medžiagos elgiasi suspaudžiamos iki ekstremalios temperatūros ir slėgio.
Dėl šių įgūdžių 2016 m. Kritcher buvo sintezės programos pagrindas. Tuo metu energijos išeiga iš sintezės eksperimentų buvo sustingusi, o NIF vyriausiasis mokslininkas Omaras Hurricane'as norėjo pradėti naują kelią. Ir Kritcher žengė į priekį su idėjomis, kurias uraganas sako: "Ji buvo viskas". Iš ten ji tapo viena iš pagrindinių NIF dizainerių.
Kritcher ir jos komanda keletą ateinančių metų analizavo duomenis ir koregavo pagrindinių NIF eksperimentų rezultatus. Be įvairių taikinio pakeitimų, jie galėjo panaudoti patobulinimus, kad padidintų bendrą turimą lazerio energiją. Dėl to jie sėkmingai pasiekė sintezę vis reguliariau.
Nustačius oficialų uždegimo taikinį, Kritcher pradėjo dirbti su nauja eksperimentų serija, kurios tikslas buvo vėl padidinti derlių, tiekiant daugiau lazerio energijos į storesnę tikslinę kapsulę. Tai galėtų būti dar vienas žingsnis į priekį siekiant NIF tikslo pasiekti dešimčių teradžaulių ir daugiau derlių.
Ji tiki, kad ilgainiui, atlikus kai kuriuos atnaujinimus, įrenginys galės pasiekti savo tikslus ir padidinti derlių tam tikra tvarka, o tai leis mokslininkams pradėti dirbti su lazerinės sintezės energijos reaktoriaus prototipu. Ji sakė, kad tai ne klausimas, „ar“ ateis sintezės energija, o „kada“, ir ji tikisi, kad lazeris veiks.
„Manau, kad tai puiki galimybė, – sakė ji, – ir aš norėčiau dalyvauti.