فناوری همجوشی هسته ای کنترل شده یک روش انرژی آینده است که توسط همه بشر بسیار پیش بینی می شود و همچنین به عنوان منبع انرژی نهایی ایده آل بشر شناخته می شود. با این حال ، هیچ کشوری هنوز با موفقیت به آن دست نیافته است.
در فرآیند تحقق همجوشی هسته ای کنترل شده با لیزر ، "قلب" دستگاه درایور لیزر با قدرت بالا-شیشه نئودیمیوم لیزر با اندازه بزرگ ، یک ماده اصلی ضروری است. فناوری اصلی آن برای تولید انبوه اولین از هفت شگفتی از تأسیسات احتراق ملی (NIF) ایالات متحده است. هو لیلی ، معاون مدیر کمیته دانشگاهی انستیتوی اپتیک شانگهای و مکانیک خوب آکادمی علوم چین و محقق بخش مواد کاربردی کاربردی لیزر و اپتوالکترونیک پیشرفته ، و تیم تحقیقاتی وی محققانی هستند که بر روی فناوری کلیدی برای تولید انبوه لیزر لودیمیم شیشه ای با اندازه بزرگ غلبه کرده اند.
با ورود به قرن بیست و یکم ، هو لیلی و تیمش تحقیق و توسعه شیشه لیزر جدید و فناوری ذوب مداوم را برای تولید انبوه کارآمد شیشه نئودیمیوم لیزر با اندازه بزرگ آغاز کردند و تمام مشکلات فنی کلیدی مورد نیاز برای تولید انبوه شیشه های نئودیمیوم با اندازه بزرگ را حل کردند. انستیتوی اپتیک و مکانیک خوب شانگهای همچنین به اولین واحد در جهان تبدیل شده است که به طور مستقل بر فناوری تولید کامل فرآیند اجزای شیشه ای لیزر نئودیمیوم تسلط دارد.
درست در سال گذشته ، او برنده جایزه NFMOTT ، یک جایزه مشهور در زمینه مواد آمورف بین المللی شد و از زمان تأسیس به اولین برنده این جایزه این جایزه تبدیل شد. امسال ، هو لیلی همچنین جایزه رئیس جمهور انجمن بین المللی شیشه را به دست آورد.
"تحقیقات ما در نهایت در عمل اعمال می شود ، بنابراین من بسیار خوشحالم که از تحقیقات اساسی در آزمایشگاه شروع کردم و سپس نتایج تحقیق را به کار گرفت." هو لیلی اخیراً در مصاحبه ای با Yicai گفت. وی همچنین فاش کرد که این تیم در حال معرفی AI در تحقیق و توسعه شیشه های جدید برای ترویج نوآوری پارادایم در تحقیقات ویژه شیشه است.
قلب فیوژن لیزر
با تشدید رقابت جهانی امنیت انرژی ، چیدمان کشورهای اصلی جهان در زمینه همجوشی هسته ای به طور قابل توجهی تسریع شده است و فناوری فیوژن بین المللی به سرعت توسعه یافته است. در دسامبر سال 2022 ، ایالات متحده با موفقیت مازاد انرژی بیشتری را در واکنشهای همجوشی هسته ای بدست آورد. تاکنون ایالات متحده به شش احتراق فیوژن هسته ای لیزر دست یافته است.
در سال 2024 ، وزارت علوم و فناوری ، وزارت صنعت و فناوری اطلاعات و هفت بخش دیگر به طور مشترک "عقاید اجرای در مورد ارتقاء نوآوری و توسعه صنایع آینده" را صادر کردند و با اشاره به اینکه لازم است تحقیق و توسعه فن آوری های اصلی اصلی برای انرژی آینده نشان داده شده توسط فیوژن هسته ای باشد. تحقق کاربرد انرژی فیوژن ، هدف نهایی استراتژی سه مرحله ای کشور من از "راکتور راکتور-فیوژن-فیوژن-فیوژن" برای توسعه انرژی هسته ای است.
در ژانویه امسال ، دستگاه کاملاً ابررسانا توکاماک شرقی ، معروف به "خورشید مصنوعی" ، نتایج عمده ای به دست آورد و با موفقیت به دست آورد حالت پالس بلند و پالس بلند با استفاده از پلاسما با استفاده از بیش از 100 میلیون درجه برای 1066 ثانیه ، یک بار دیگر ایجاد یک رکورد جهانی جدید برای تومیک های جدید ، عملکرد جدید با استفاده از روش های جدید از دستگاه Tokamak ،
درایو لیزر روش دیگری برای دستیابی به همجوشی هسته ای است. برای دستیابی به همجوشی هسته ای کنترل شده با لیزر ، ما به شیشه نئودیمیم لیزری خودکنترلی نیاز داریم. با توجه به اندازه بزرگ و الزامات شاخص بسیار عملکرد بسیار بالا ، فناوری ذوب مداوم شیشه لیزر با اندازه بزرگ ، محدودیت های تولید شیشه نوری را به چالش می کشد و به عنوان اولین از هفت شگفتی از تأسیسات ملی احتراق ایالات متحده شناخته می شود. ایالات متحده به مدت شش سال با دو شرکت برتر شیشه ای نوری در آلمان و ژاپن برای دستیابی به ذوب مداوم شیشه نئودیمیوم لیزر بزرگ کار کرده است. آنها معتقدند که این فناوری بسیار دشوار است. آنها پس از تکمیل عرضه شیشه نئودیمیوم برای دو دستگاه اصلی فیوژن لیزر در ایالات متحده و فرانسه ، خط ذوب مداوم شیشه نئودیمیوم لیزر بزرگ را برچیدند.
بنابراین ، تسخیر فناوری آماده سازی دسته ای از شیشه نئودیمیوم با اندازه بزرگ به یک مشکل دشوار تبدیل شده است که هو لیلی و سایر محققان علمی نیاز به حل فوری دارند.
هو لیلی توضیح داد که دلیل لیزر لیزر نئودیمیوم "قلب" فیوژن هسته ای لیزر این است که این یک لیوان مخصوص است که حاوی یون های لومینسنت خاکی نادر است ، که می تواند لیزر تولید کند یا انرژی لیزر را تحت تحریک "نور پمپ" تقویت کند و "قلب" قلب لیزر است. عملکرد شیشه نئودیمیوم لیزر به طور مستقیم انرژی خروجی دستگاه لیزر را تعیین می کند. این محیط لیزر با بالاترین انرژی خروجی شناخته شده برای بشر است. در دستگاه بزرگ فیوژن هسته ای لیزر که به عنوان "خورشید کوچک مصنوعی" شناخته می شود ، شیشه لیزر نئودیمیوم همیشه نقش غیر قابل تعویض داشته است.
از تأسیس انستیتوی اپتیک شانگهای و مکانیک خوب آکادمی علوم چین در سال 1964 تا پایان قرن بیستم ، تیم شیشه ای لیزر نئودیمیوم به نمایندگی از دانشگاهیان گان فوسی و جیانگ ژونگونگ برای بیش از 30 سال در تحقیقات لیزر نویدیمیم شیشه ای نوآوری کرده اند. آنها به طور پی در پی شیشه لیزر سیلیکات نئودیمیوم ، شیشه لیزر N21 و N31 فسفات نئودیمیوم را توسعه داده اند و مواد اصلی کار را برای سری دستگاه های "Shenguan" کشور من تهیه کرده اند.
از سال 2005 ، هو لیلی و تیمش بر اساس تحقیقات اساسی ، نزدیک به ده سال بر روی چهار فناوری اصلی ذوب مداوم ، بازپرداخت دقیق ، سد سازی و تشخیص کار می کنند. دشوارترین آنها فناوری ذوب مداوم شیشه نئودیمیوم لیزر با اندازه بزرگ است. در سال 2012 ، با تلاش های مشترک همه ، ما سرانجام بر مشکلات موجود در فرآیند ذوب مداوم غلبه کردیم ، یک خط تولید آزمایشی را برای ذوب مداوم شیشه نئودیمیوم لیزر طراحی و ایجاد کردیم ، ادغام تکنیک های کلیدی را برای ذوب مداوم شیشه نئودیمیوم با اندازه بزرگ انجام دادیم ، و در نهایت ادغام و ارتباط تکنیک های کلیدی را انجام دادیم ، تکنیک های کلیدی از زنجیره ای کل زنجیره ای برای کل زنجیره ای از زنجیره ای کلینسیون برای کلینش های کلیدی برای کلینش های کلیدی شیشه نئودیمیوم لیزر با اندازه بزرگ. دستاوردهای مربوطه در سال 2016 "جایزه ویژه اختراع فن آوری شانگهای" را در سال 2016 ، "جایزه دوم اختراع فناوری ملی" در سال 2017 و "جایزه برجسته علمی و فناوری برجسته آکادمی علوم چین" در سال 2022 کسب کرده است.
"ما در فرآیند تحقیق با چالش های زیادی روبرو شدیم ، به خصوص که این آزمایش پیشرفت کرد ، یک مشکل پس از دیگری در معرض دید قرار گرفت و راه دیگری وجود نداشت. ما فقط می توانیم ادبیات را بنشینیم و بررسی کنیم و از نظریه های بسیار اساسی شروع کنیم. به عنوان مثال ، چه تغییراتی در جریان ذوب شیشه ها در طی فرآیند تشکیل شیشه وجود دارد. علاوه بر این ، همه اغلب داده های آزمون را برای بحث و گفتگو و استدلال های ما از دست می دهند. هو لیلی به خبرنگاران گفت.
حل نیازهای صنعت
علاوه بر شیشه نئودیمیوم لیزر ، هو لیلی همچنین پیشرفت های کلیدی را در فیبر کوارتز میدان بزرگ با دوپ با دوپ ، فیبر کوارتز دوپ شده با قدرت بالا و شیشه کوارتز با خلوص بالا انجام داده است.
با استفاده از فیبر لیزر با قدرت بالا به عنوان نمونه ، از آنجا که لیزرهای فیبر از فیبر نوری به عنوان محیط لیزر استفاده می کنند ، آنها مزایای کیفیت پرتو ایده آل ، راندمان تبدیل فوق العاده بالا ، بدون تعمیر و نگهداری ، پایداری بالا و اندازه کوچک را دارند. دامنه کاربرد آنها بسیار گسترده است ، از جمله ارتباطات فیبر لیزر ، فضای لیزری از راه دور ، کشتی سازی صنعتی و عملیات جراحی. از ابتدای قرن بیست و یکم ، لیزرهای فیبر به تدریج نیمی از بازار لیزر را اشغال کرده اند ، اما برخی از محصولات فیبر لیزر با قدرت بالا برای بدست آوردن از بازار بین المللی دشوار است. از سال 2011 ، هو لیلی و تیمش روی سه مسئله دشوار تأثیرگذار بر راندمان لیزر ، پایداری برق و قابلیت اطمینان طولانی مدت الیاف لیزر با قدرت متمرکز شده اند. در 8 سال ، آنها برای غلبه بر فناوری اصلی تهیه انبوه 10 ، {11}} وات ytterbium-doped الیاف میدان بزرگ ، در چین پیشرو شدند.
به عنوان بدنه اصلی نوآوری فناوری ، شرکت ها نسبت به تقاضای بازار حساس تر هستند.
"در سال 2018 ، یک شرکت فناوری پیشرفته به ما نزدیک شد و از ما پرسید که آیا ما می توانیم به آنها کمک کنیم تا الیاف لیزری با قدرت بالا را تهیه کنند زیرا آنها نمی توانند محصولات بین المللی را خریداری کنند. در آن زمان ، ما همچنین در این زمینه تحقیقاتی انجام می دادیم ، بنابراین تیم با شرکت از نزدیک ارتباط برقرار می کردند ، بارها و بارها محصول را تکرار می کردند و نیازهای واقعی آنها را حل می کردند." هو لیلی گفت.
دستیابی به موفقیت فن آوری 10 ، {1}}} کلاس وات ytterbium-doped فیبر لیزر دوپ شده باعث شده است که لیزرهای فیبر با قدرت بالا کشور من مجهز به "هسته" داخلی باشد و هزینه تولید لیزرهای با قدرت بالا را کاهش می دهد. از سال 2019 ، این تیم به بیش از 200 میلیون مزایای اقتصادی یوان و غیرمستقیم بیش از 1.8 میلیارد یوان به فروش مستقیم رسیده است. علاوه بر این ، همچنین نیازهای فوری لیزرهای فیبر با قدرت بالا را در محیط های فضایی برآورده کرده است.
در مورد طرح تحقیقاتی آینده ، هو لیلی ، که 38 سال در این صنعت بوده است ، ایده های جدیدی نیز دارد.
به نظر وی ، با توسعه هوش مصنوعی ، الگوی تحقیقاتی شیشه باید فوراً تغییر یابد. "ما هوش مصنوعی را در تحقیق و توسعه شیشه های جدید معرفی می کنیم ، و همچنین در حال ساختن یک بستر تحقیقاتی در رابطه با ساختار شیشه ای هستیم که توصیف عملکرد ساختار شیشه ، شبیه سازی دینامیک مولکولی و مدل سازی با کمک AI را پوشش می دهد." وی معرفی کرد که امیدوار است یک بستر رابطه خاص و سازه و سازه ای با فعالیت شیشه ای بسازد که ادغام آماده سازی با توان بالا ، مدل سازی با کمک AI و تأیید خصوصیات ساختاری در دوره "برنامه پنج ساله پانزدهم" است.
