Технологията за контролирана ядрена сливане е бъдещ енергиен метод, който е дългоочакван от цялото човечество и е известен също като крайния енергиен източник на идеала на човечеството. Въпреки това, никоя държава все още не го е постигнала успешно.
В процеса на реализиране на лазерно управлявано ядрено синтез, „сърцето“ на лазерното устройство с висока мощност-лазерно лазерно неодимово стъкло, е незаменим основен материал. Основната му технология за масово производство се нарича първото от седемте чудеса на Националното запалване (NIF) на Съединените щати. Hu Lili, deputy director of the Academic Committee of the Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of the Chinese Academy of Sciences and researcher of the Advanced Laser and Optoelectronic Functional Materials Department, and her research team are the researchers who have overcome the key technology for mass production of large-size laser neodymium glass.
Влизайки в 21 век, Ху Лили и нейният екип започнаха изследванията и разработването на ново лазерно стъкло и непрекъснатата технология за топене за ефективно масово производство на лазерно лазерно неодимово стъкло, решавайки всички ключови технически проблеми, необходими за масово производство на неодимово стъкло с голям размер. Институтът по оптика и фина механика в Шанхай също се превърна в първото звено в света, който независимо овладява пълната технология за производство на процеси на лазерните неодимовите стъклени компоненти.
Само миналата година тя спечели наградата NFMOTT, известна награда в областта на международните аморфни материали, като стана първият китайски носител на наградата след създаването си. Тази година Ху Лили също спечели наградата на президента на Международната стъклена асоциация.
„Нашето изследване в крайна сметка ще се прилага на практика, така че съм много щастлив да започна от основни изследвания в лабораторията и след това да приложа резултатите от изследванията.“ Ху Лили каза в интервю за Yicai наскоро. Тя разкри също, че екипът въвежда AI в изследванията и разработването на ново стъкло, за да насърчи иновациите в парадигмата в специални изследвания на стъкло.
Сърцето на лазерния синтез
Тъй като глобалната конкуренция за енергийна сигурност се засилва, оформлението на големите страни в света в областта на ядреното сливане е значително ускорено и международната технология за синтез се развива бързо. През декември 2022 г. Съединените щати успешно постигнаха по -голям енергиен излишък в ядрените реакции на синтез. Досега Съединените щати са постигнали шест лазерни ядрени запалвания за синтез.
През 2024 г. Министерството на науката и технологиите, Министерството на индустрията и информационните технологии и други седем отдела съвместно издадоха „мнения за прилагане за насърчаване на иновациите и развитието на бъдещите индустрии“, изтъквайки, че е необходимо да се засили изследванията и разработването на ключови основни технологии за бъдеща енергия, представена от ядреното сливане. Реализирането на приложението на Fusion Energy е най-добрата цел на триетапната стратегия на моята страна за „реактор на термичен реактор-бърз реактор“ за развитие на ядрена енергия.
През януари тази година напълно свръхпроводящото устройство на Tokamak East на моята страна, известно като "изкуствено слънце", постигна основни резултати и успешно постигна стационарен плазмен плазмен режим на режим на високо съдържание на 1066 секунди, като отново създава нов световен рекорд за високопоставящия режим на работа с експлоатация на енергията на Tokamak, което дава на хората нови очаквания за приложенията на Fusion Energy.
Лазерното задвижване е друг начин за постигане на ядрен синтез. За да постигнем лазерно управлявано ядрено синтез, се нуждаем от самоконтролирано лазерно неодимово стъкло. Поради големия си размер и изключително високите изисквания за индекс на производителност, непрекъснатата технология за топене на лазерно неодимово стъкло с голям размер предизвиква границите на производството на оптично стъкло и е известна като първото от седемте чудеса на националното запалване на Съединените щати. Съединените щати са работили с две най-добри оптични стъклени компании в Германия и Япония в продължение на шест години, за да постигнат непрекъснато топене на лазерно неодимово стъкло с голям размер. Те вярват, че тази технология е изключително трудна. След като завършиха доставката на неодимово стъкло за двете основни устройства за лазерно синтез в Съединените щати и Франция, те демонтираха непрекъснатата линия за топене на лазерно неодимово стъкло с голям размер.
Следователно, завладяването на технологията за подготовка на партиди от неодимово стъкло в големи размери се превърна в труден проблем, който Ху Лили и други научни изследователи трябва да решат спешно.
Ху Лили обясни, че причината, поради която лазерното неодимово стъкло е „сърцето“ на лазерното ядрено сливане, е, че това е специално стъкло, съдържащо редки земни луминесцентни йони-недимиеви йони, което може да генерира лазери или да усили лазерната енергия под възбуждането на „помпената светлина“ и е „сърцето“ на лазера. Производителността на лазерното неодимово стъкло директно определя изходната енергия на лазерното устройство. Това е лазерната работеща среда с най -високата изходна енергия, известна на човечеството. В голямото научно лазерно устройство за ядрено синтез, известно като "изкуствено малко слънце", лазерното неодимово стъкло винаги е играло незаменима роля.
От създаването на Шанхайския институт по оптика и фина механика на Китайската академия на науките през 1964 г. до края на 20 век екипът на Laser Neodymium Glass, представен от академиците Gan Fuxi и Jiang Zhonghong, направи иновации от нулата в изследването на лазерното неодимово стъкло повече от 30 години. Те последователно са развили силикатно лазерно неодимово стъкло, N21 и N31 фосфатен лазерно неодимово стъкло и са предоставили основни работни материали за серията от устройства на моята страна „Шенгуан“.
От 2005 г. Ху Лили и нейният екип работят върху четирите ключови основни технологии за непрекъснато топене, прецизно отгряване, подгъване и откриване в продължение на близо десет години въз основа на основни изследвания. Най-трудното от тях е непрекъснатата технология за топене на лазерно неодимово стъкло с голям размер. 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 Лазерно неодимово стъкло с голям размер. Съответните постижения са спечелили „Специалната награда за технологично изобретение в Шанхай“, през 2016 г., „Националната награда за технологично изобретение“ през 2017 г. и „Изключителна научна и технологично постижение на Китайската академия на науките“ през 2022 г.
"Сблъскахме се с много предизвикателства в процеса на изследване, особено с напредването на експеримента, един проблем след друг беше изложен и нямаше друг начин. Можехме само да седнем и да проверим литературата и да започнем от много основни теории. Например, какви промени ще бъдат поведението на потока на стъклената стопилка по време на процеса на формиране на стъкло. В допълнение, всички често извеждат данните за теста за дискусии и разсъждения, а тези неуспешни данни са майката на нашите успехи. Ху Лили каза пред репортери.
Решаване на нуждите на индустрията
В допълнение към лазерното неодимово стъкло, Hu Lili направи и ключови пробиви в кварцови влакна с големи мощни кварцови влакна, кварцово влакно с висока мощност, кварцово влакно и високо чистота.
Като пример за лазерно влакно с висока мощност, тъй като лазерите от влакна използват оптични влакна като лазерна среда, те имат предимствата на идеалното качество на лъча, ултрависока ефективност на преобразуване, без поддръжка, висока стабилност и малък размер. Обхватът на приложението им е много широк, включително комуникация с лазерни влакна, комуникация с лазерно пространство на дълги разстояния, индустриално корабостроене и хирургични операции. От началото на 21 век лазерите от влакна постепенно заемат половината от лазерния пазар, но някои продукти от лазерни влакна с висока мощност са трудни за получаване от международния пазар. От 2011 г. Ху Лили и нейният екип се фокусираха върху трите трудни въпроса, засягащи лазерната ефективност, стабилността на мощността и дългосрочната надеждност на лазерните влакна с висока мощност. След 8 години те поеха водещата роля в Китай, за да преодолеят ключовата технология за подготовка на масата от 10, 000- Watt Ytterbium, легирани с големи влакна.
Като основен набор от технологични иновации, предприятията са по -чувствителни към търсенето на пазара.
"През 2018 г. високотехнологична компания се приближи до нас и попита дали можем да им помогнем да направят лазерни влакна с висока мощност, тъй като те не можеха да купят продукти в международен план. По това време ние също провеждахме изследвания в тази област, така че екипът съобщаваше тясно с компанията, многократно повтаряше продукта и реши действителните им нужди." - каза Ху Лили.
Технологичният пробив от 10, 000- ватово-класово лазерно влакно, което даде възможност на лазерите с висока мощност на моята страна да бъдат оборудвани с вътрешни „ядра“, намалявайки производствените разходи за лазери с висока мощност. От 2019 г. екипът е постигнал директни продажби от над 200 милиона юана и косвени икономически ползи от над 1,8 милиарда юана; В допълнение, той също отговаря на спешните нужди на лазерите с висока мощност в космическата среда.
Що се отнася до бъдещото изследователско оформление, Ху Лили, който е в индустрията от 38 години, също има нови идеи.
Според нея, с развитието на AI, изследователската парадигма на стъклото трябва да бъде променена спешно. "Ние въвеждаме AI в изследванията и разработването на ново стъкло, а също така изграждаме платформа за изследване на взаимоотношенията със стъкло-активност, обхващаща характеристиката на производителността на стъклото, симулация на молекулярна динамика и моделиране на AI." Тя представи, че се надява да изгради специална платформа за взаимоотношения с структура на стъкления материал, която интегрира подготовката с висока пропускателна способност, моделирането на AI и проверката на структурната характеристика по време на периода „15-ти петгодишен план“.
