2023 طبیعت ده نفر بیرون آمدند: دانشمندان زن احتراق با لیزر فیوژن در لیست!

امروز، مجله علمی برتر بین المللی "Nature" (طبیعت) فهرست سالانه 10 شخصیت برتر علمی (Nature's 10) را در سال 2023 اعلام کرد - این لیست برای انتخاب 10 نفر در این سال طراحی شده است که همه رویدادهای علمی مهم در شخصیت ها جایی دارند. اقتدار آن و این وظایف منجر به یک سری اکتشافات و پیشرفت های شگفت انگیز شده است.
علاوه بر اخبار جالب توجه مبنی بر اینکه ChatGPT به عنوان یکی از 10 نفر برتر سال طبیعت انتخاب شده است، شایان ذکر است که یک دانشمند زن با ارتباط قوی با صنعت لیزر نیز در این لیست قرار گرفته است. او است - همجوشی لیزری "اشتعال" - آنی کریچر (آنی کریچر).
آنی کریچر، فیزیکدان و طراح ارشد تأسیسات احتراق ملی ایالات متحده، می‌گوید که همجوشی مسئله «اگر» نیست، بلکه «وقتی» است. او امیدوار است که لیزر نقشی را ایفا کند: "من دوست دارم درگیر باشم."
دلیل اصلی ارائه شده به آنی کریچر در فهرست 10 نیچر این است که فیزیکدان به NIF کمک کرد تا واکنش‌های هسته‌ای را که زمانی فقط در بمب‌های هیدروژنی و ستاره‌ها دیده می‌شد، تولید کند. "این فیزیکدان به درک اولین انرژی کمک کرد."
در اینجا اطلاعات بیشتری در مورد او از لیست Nature آورده شده است:
فیزیکدان آنی کریچر با موجی از خوش بینی وارد سال 2023 می شود.
چند هفته پیش، او به تأسیسات احتراق ملی (NIF) وزارت انرژی ایالات متحده کمک کرد تا به هدفی دست یابد که آزمایشگاه‌های سراسر جهان برای دهه‌ها از دستیابی به آن ناکام بوده‌اند: اتم‌ها را چنان محکم به هم فشار دهید که تحت همجوشی هسته‌ای قرار گیرند و انرژی بیشتری نسبت به اتم‌ها تولید کنند. واکنش مصرف می کند.
با این حال، پس از رسیدن به این نقطه عطف آزمایشی، که به عنوان "اشتعال" شناخته می شود، فشار برای انجام دوباره آن وجود داشت.
تأسیسات احتراق ملی 3.5 میلیارد دلاری (NIF) در آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور در کالیفرنیا در ابتدا برای تقویت علم سلاح های هسته ای طراحی شده بود. پیشرفت آن همچنین می‌تواند به توسعه همجوشی هسته‌ای به یک منبع انرژی ایمن، پاک و تقریباً نامحدود کمک کند، و آزمایش‌های موفق NIF در سال گذشته بسیاری را شگفت‌زده کرد. آزمایش "اشتعال" یک دهه از برنامه عقب بود، و برخی شروع به نگرانی کردند که هدف به سادگی دور از دسترس است. کریچر و تیمش به عنوان طراح اصلی آزمایش اصلی همجوشی، بلافاصله شروع به اثبات این موضوع کردند که NIF می تواند به طور قابل اعتمادی به احتراق دست یابد.
انجام تحقیقات پرمخاطره اغلب بدون فراز و نشیب دشوار است: این تیم اولین تلاش خود را در ژوئن انجام داد که نتایج ضعیفی داشت. ممکن است دیوانه شود و من دچار استرس شوم.» کریچر گفت.
خوب، در تلاش بعدی آنها موفق شدند. در 30 ژوئیه، لیزر پرتو 192- این مرکز 2.05 مگاژول انرژی به ذرات یخ زده ایزوتوپ های هیدروژن دوتریوم و تریتیوم معلق در یک استوانه طلا تحویل داد. انفجار حاصل باعث شد که ایزوتوپ‌ها با ذوب شدن به هلیوم انرژی آزاد کنند و دمایی شش برابر گرمتر از هسته خورشید تولید کنند. این واکنش ها رکورد 3.88 مگاژول انرژی همجوشی را تولید کرد.
امکانات دیگری برای تولید انرژی همجوشی کافی در مدت زمان طولانی‌تر مورد نیاز است، از جمله راکتورهای توکاماک که از میدان‌های مغناطیسی قدرتمند برای محدود کردن واکنش‌های همجوشی استفاده می‌کنند. این فناوری توسط پروژه 22 میلیارد دلاری ITER که یک همکاری بین المللی است، توسعه یافته است. با این حال، تا زمان موفقیت NIF، هیچ آزمایشگاهی هرگز واکنش همجوشی با ظرفیتی که بیش از مصرف آن باشد (یعنی "بهره خالص") تولید نکرده بود.
کریچر و تیمش موفقیت خود را در ماه ژوئیه با دو تلاش دیگر برای احتراق در ماه اکتبر دنبال کردند که در چهار مورد از شش تلاش موفق شدند. آنها در حال آماده شدن برای ظرفیت «بهره خالص» بالاتر در سال آینده هستند. در این فرآیند، دانشمندان NIF درها را برای تحقیقات باز کرده اند و به ایجاد موجی از خوش بینی در مورد آینده انرژی همجوشی کمک کرده اند.
NIF برای کمک به دانشمندان دولتی طراحی شده است تا از ایمنی و قابلیت اطمینان زرادخانه هسته ای ایالات متحده بدون نیاز به انفجارهای آزمایشی اطمینان حاصل کنند، اما این چیزی نیست که در ابتدا کریچر را به آزمایشگاه کشاند. او در سال 2004 در طول یک دوره کارآموزی تابستانی در لیورمور شروع به تحقیق در مورد انرژی همجوشی کرد و به سرعت به NIF به عنوان یکی از معدود مکان‌های روی زمین که در آن واکنش‌های همجوشی مورد مطالعه قرار می‌گیرد، قبل از شروع تحصیلات تکمیلی خود توجه کرد. یکی از معدود مکان‌های روی کره زمین برای مطالعه واکنش‌های همجوشی.
او در سال 2012 به NIF پیوست و در سال 2016 طراح اصلی شد. از آن زمان، او تیمی را رهبری می کند که داده های تجربی را تجزیه و تحلیل می کند و از مدل های کامپیوتری برای طراحی آزمایش هایی با هدف دستیابی و افزایش بازده همجوشی با تنظیم پارامترهایی مانند اندازه و پیکربندی اهداف استفاده می کند. و انرژی و زمان پرتوهای لیزر مختلف. هنگامی که تیم او طراحی را کامل می کند، تیم آزمایشی آزمایشگاه پرتاب لیزر و جمع آوری داده ها را بر عهده می گیرد.
راجر فالکون، فیزیکدان دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، می‌گوید: «آن دانشجوی ممتازی است که خود را وقف کارش می‌کند». او زمانی که کریچر دانشجوی کارشناسی ارشد بود کار خود را با کریچر آغاز کرد و کار اولیه خود را در NIF ادامه داد. او گفت که در آن زمان، او مهارت خود را در طراحی آزمایش های لیزری نشان داد که برای آزمایش نحوه رفتار مواد در هنگام فشرده شدن در دماها و فشارهای شدید طراحی شده بودند.
این مهارت‌ها کریچر را در قلب برنامه همجوشی در سال 2016 قرار داد. در آن زمان، بازده انرژی حاصل از آزمایش‌های همجوشی راکد بود و عمر هوریکن، دانشمند ارشد NIF، می‌خواست مسیر جدیدی را ایجاد کند. و کریچر با ایده هایی که Hurricane می گوید: "او همه چیز در آن بود." از آنجا، او به یکی از طراحان اصلی NIF تبدیل شد.
کریچر و تیمش چند سال آینده را صرف تجزیه و تحلیل داده‌ها و انجام تنظیمات طراحی برای نتایج آزمایش‌های اصلی NIF کردند. علاوه بر ایجاد تغییرات مختلف در هدف، آنها توانستند از بهبودها برای افزایش انرژی کلی لیزر در دسترس استفاده کنند. در نتیجه، آنها با افزایش نظم به همجوشی با موفقیت دست یافتند.
کریچر با قرار گرفتن یک هدف احتراق رسمی، کار بر روی سری جدیدی از آزمایش‌ها را آغاز کرد که هدف آن افزایش دوباره بازده از طریق تغذیه بیشتر انرژی لیزر به یک کپسول هدف ضخیم‌تر بود. این می تواند گام دیگری به جلو در هدف NIF برای دستیابی به بازده در ده ها تراژول و فراتر از آن باشد.
در درازمدت، او معتقد است که با برخی به روز رسانی ها، این تاسیسات می تواند اهداف خود را برآورده کند و بازدهی را به ترتیبی افزایش دهد، که به دانشمندان اجازه می دهد کار بر روی نمونه اولیه راکتور انرژی همجوشی لیزری را آغاز کنند. او گفت که مسئله "اگر" انرژی همجوشی بیاید، بلکه "چه زمانی" است، و او امیدوار است که لیزر کار کند.
او گفت: «فکر می‌کنم این یک امکان عالی است، و من دوست دارم در آن شرکت کنم.»