La tecnologia di fusione nucleare controllata è un metodo energetico futuro che è molto atteso da tutta l'umanità ed è anche conosciuta come la fonte di energia finale dell'ideale dell'umanità. Tuttavia, nessun paese lo ha ancora raggiunto con successo.
Nel processo di realizzazione della fusione nucleare controllata dal laser, il "cuore" del dispositivo del driver laser ad alta potenza: il vetro di neodimio laser di grandi dimensioni, è un materiale core indispensabile. La sua tecnologia chiave per la produzione di massa è chiamata la prima delle sette meraviglie della National Ignition Facility (NIF) degli Stati Uniti. Hu Lili, vicedirettore del Comitato accademico del Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics dell'Accademia cinese delle scienze e del ricercatore del laser avanzato e del dipartimento di materiali funzionali optoelettronici e il suo team di ricerca sono i ricercatori che hanno superato la tecnologia chiave per la produzione di massa del vetro neodymio di grandi dimensioni.
Entrando nel 21 ° secolo, Hu Lili e il suo team hanno iniziato la ricerca e lo sviluppo di nuovi vetri laser e la tecnologia di fusione continua per una produzione in serie efficiente di vetro di neodimio laser di grandi dimensioni, risolvendo tutti i principali problemi tecnici richiesti per la produzione di massa di vetro di neodimio di grandi dimensioni. Il Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics è anche diventato la prima unità al mondo a padroneggiare in modo indipendente la tecnologia di produzione completa dei componenti del vetro laser.
Proprio l'anno scorso, ha vinto il NFMOTT Award, un famoso premio nel campo di materiali amorfi internazionali, diventando il primo vincitore cinese del premio sin dal suo stabilimento. Quest'anno, Hu Lili ha anche vinto il premio del Presidente dell'International Glass Association.
"La nostra ricerca alla fine verrà applicata nella pratica, quindi sono molto felice di iniziare dalla ricerca di base in laboratorio e quindi mettere in applicazione i risultati della ricerca". Hu Lili ha detto di recente in un'intervista a Yicai. Ha anche rivelato che il team sta introducendo l'intelligenza artificiale nella ricerca e nello sviluppo di nuovi vetri per promuovere l'innovazione del paradigma nella ricerca speciale in vetro.
Il cuore della fusione laser
Man mano che la competizione globale sulla sicurezza energetica si intensifica, il layout dei principali paesi del mondo nel campo della fusione nucleare è stato significativamente accelerato e la tecnologia di fusione internazionale si è sviluppata rapidamente. Nel dicembre 2022, gli Stati Uniti raggiunsero con successo un maggiore surplus di energia nelle reazioni di fusione nucleare. Finora, gli Stati Uniti hanno raggiunto sei accensioni di fusione nucleare laser.
Nel 2024, il Ministero della Scienza e della Tecnologia, il Ministero dell'Industria e della Tecnologia dell'informazione e altri sette dipartimenti ha emesso congiuntamente le "opinioni di implementazione sulla promozione dell'innovazione e dello sviluppo delle industrie future", sottolineando che è necessario rafforzare la ricerca e lo sviluppo delle principali tecnologie fondamentali per l'energia futura rappresentata dalla fusione nucleare. La realizzazione dell'applicazione dell'energia di fusione è l'obiettivo finale della strategia in tre fasi del mio paese di "reattore al reattore del reattore del reattore termico" per lo sviluppo dell'energia nucleare.
Nel gennaio di quest'anno, il dispositivo Tokamak East completamente superconduttore del mio paese, noto come "Sole artificiale", ha ottenuto risultati importanti e ha ottenuto con successo il massimo della modalità di altezza del fusion, un nuovo record mondiale per l'operazione di altissima modalità.
Laser Drive è un altro modo per raggiungere la fusione nucleare. Per ottenere la fusione nucleare controllata dal laser, abbiamo bisogno di vetro di neodimio laser autonomo. A causa delle sue dimensioni di grandi dimensioni e dei requisiti di indice di prestazioni estremamente elevate, la tecnologia di fusione continua del vetro laser al neodimio laser sfida i limiti della produzione di vetro ottico ed è conosciuta come la prima delle sette meraviglie della struttura nazionale di accensione degli Stati Uniti. Gli Stati Uniti hanno lavorato con due migliori compagnie di vetro ottico in Germania e Giappone per sei anni per ottenere una fusione continua di vetro di neodimio laser di grandi dimensioni. Credono che questa tecnologia sia estremamente difficile. Dopo aver completato la fornitura di vetro di neodimio per i due principali dispositivi di fusione laser negli Stati Uniti e in Francia, hanno smantellato la linea di fusione continua di vetro di neodimio laser di grandi dimensioni.
Pertanto, conquistare la tecnologia di preparazione batch del vetro di neodimio di grandi dimensioni è diventato un problema difficile che Hu Lili e altri ricercatori scientifici devono risolvere urgentemente.
Hu Lili ha spiegato che il motivo per cui il vetro laser neodimio è il "cuore" della fusione nucleare laser è che si tratta di un vetro speciale contenente ioni luminescenti di terre rare-neodymio, che può generare laser o amplificare l'energia laser sotto l'eccitazione della "luce della pompa" e è il "cuore" del laser. Le prestazioni del vetro laser al neodimio determinano direttamente l'energia di uscita del dispositivo laser. È il mezzo di lavoro laser con la più alta energia di uscita conosciuta dall'umanità. Nel grande dispositivo scientifico di fusione nucleare laser noto come "piccolo sole artificiale", il vetro del neodimio laser ha sempre svolto un ruolo insostituibile.
Dall'istituzione del Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics dell'Accademia cinese delle scienze nel 1964 fino alla fine del 20 ° secolo, il team laser Neodymium Glass rappresentato dagli accademici Gan Fuxi e Jiang Zhonghong hanno fatto innovazioni da zero nella ricerca del vetro laser Neodymium per più di 30 anni. Hanno sviluppato successivamente vetro neodimio laser al silicato, vetro al neodimio laser N21 e N31 e hanno fornito materiali di lavoro core per i dispositivi "shenguan" del mio paese.
Dal 2005, Hu Lili e il suo team hanno lavorato sulle quattro principali tecnologie principali di fusione continua, ricottura di precisione, orme e rilevazione per quasi dieci anni in base alla ricerca di base. Il più difficile di questi è la tecnologia di fusione continua del vetro di neodimio laser di grandi dimensioni. 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 vetro neodimio laser di grandi dimensioni. I risultati pertinenti hanno vinto il "premio speciale per l'invenzione tecnologica di Shanghai" nel 2016, il "secondo premio di invenzione tecnologica nazionale" nel 2017 e il "eccezionale premio scientifico e tecnologico del cinese Academy of Sciences" nel 2022.
"Abbiamo riscontrato molte sfide nel processo di ricerca, soprattutto quando l'esperimento è progredito, un problema dopo l'altro è stato esposto e non c'era altro modo. Potremmo solo sederci e controllare la letteratura e iniziare da teorie molto basilari. Ad esempio, quali cambiamenti avranno il comportamento di flusso del fuso di vetro durante il processo di formazione del vetro. Inoltre, tutti spesso eliminano i dati del test per la discussione e i ragionamenti e questi dati falliti sono la madre del nostro successo." Hu Lili ha detto ai giornalisti.
Risolvere le esigenze del settore
Oltre al vetro del neodimio laser, Hu Lili ha anche realizzato scoperte chiave in fibra di quarzo in modalità in modalità di grande modalità drogata in itterbium, fibra di quarzo drogata in neodimio ad alta potenza e vetro al quarzo ad alta purezza.
Assumendo la fibra laser ad alta potenza come esempio, poiché i laser in fibra usano la fibra ottica come mezzo laser, hanno i vantaggi della qualità del raggio ideale, dell'efficienza di conversione ultra-alta, dell'esercizio di manutenzione, dell'alta stabilità e delle piccole dimensioni. La loro gamma di applicazioni è molto ampia, tra cui la comunicazione in fibra laser, la comunicazione a lunga distanza dello spazio laser, la costruzione navale industriale e le operazioni chirurgiche. Dall'inizio del 21 ° secolo, i laser in fibra hanno gradualmente occupato la metà del mercato laser, ma alcuni prodotti in fibra laser ad alta potenza sono difficili da ottenere dal mercato internazionale. Dal 2011, Hu Lili e il suo team si sono concentrati sui tre difficili problemi che incidono sull'efficienza laser, sulla stabilità della potenza e l'affidabilità a lungo termine delle fibre laser ad alta potenza. In 8 anni, hanno preso il comando in Cina per superare la tecnologia chiave della preparazione di massa di 10, 000- Watt fibre di campo in modalità di grande modalità drogate con ytterbium.
Come corpus principale di innovazione tecnologica, le imprese sono più sensibili alla domanda del mercato.
"Nel 2018, una società ad alta tecnologia si è avvicinata a noi e ha chiesto se potevamo aiutarli a realizzare fibre laser ad alta potenza perché non potevano acquistare prodotti a livello internazionale. A quel tempo, stavamo anche facendo ricerche in questo settore, quindi il team ha comunicato a stretto contatto con l'azienda, ha ripetutamente ripetutamente il prodotto e ha risolto le loro esigenze effettive." Hu Lili ha detto.
La svolta tecnologica di 10, 000- Classe WATT in fibra laser drogata in yttebium ha permesso ai laser in fibra ad alta potenza del mio paese di essere equipaggiati con "nuclei" domestici, riducendo il costo manifatturiero dei laser ad alta potenza. Dal 2019, il team ha ottenuto vendite dirette di oltre 200 milioni di yuan e benefici economici indiretti di oltre 1,8 miliardi di yuan; Inoltre, ha anche soddisfatto le esigenze urgenti di laser in fibra ad alta potenza negli ambienti spaziali.
Per quanto riguarda il futuro layout di ricerca, Hu Lili, che è stato nel settore da 38 anni, ha anche nuove idee.
A suo avviso, con lo sviluppo dell'IA, il paradigma della ricerca del vetro deve essere cambiato urgentemente. "Stiamo introducendo l'intelligenza artificiale nella ricerca e nello sviluppo di un nuovo vetro e stiamo anche costruendo una piattaforma di ricerca sulla relazione di attività struttura-attività che copre la caratterizzazione delle prestazioni della struttura del vetro, la simulazione della dinamica molecolare e la modellazione assistita dall'IA." Ha introdotto che spera di costruire una speciale piattaforma di relazioni struttura-attività del materiale di vetro che integra la preparazione ad alto rendimento, la modellazione assistita dall'IA e la verifica della caratterizzazione strutturale durante il periodo del "15 ° piano a cinque anni".
