La tecnologia de fusió nuclear controlada és un mètode energètic futur que és molt previst per tota la humanitat i que també és coneguda com la font d’energia definitiva de l’ideal de la humanitat. Tot i això, cap país ho ha aconseguit amb èxit.
En el procés de realització de fusió nuclear controlada per làser, el "cor" del dispositiu de controlador làser d'alta potència: vidre de neodimi de làser de gran mida, és un material nucli indispensable. La seva tecnologia clau per a la producció massiva s’anomena primer de les set meravelles de la National Incilde Facility (NIF) dels Estats Units. Hu Lili, subdirector del Comitè Acadèmic de l’Institut d’Optics de Xangai i Mecànica Finial de l’Acadèmia Xinesa de Ciències i investigador del departament avançat de materials làser i optoelectrònics, i el seu equip de recerca són els investigadors que han superat la tecnologia clau per a la producció massiva de vidre de neodimium de gran mida.
Entrant al segle XXI, Hu Lili i el seu equip van iniciar la investigació i el desenvolupament de nous vidres làser i la tecnologia de fusió contínua per a una producció massiva eficient de vidre de neodimi làser de gran mida, resolent tots els problemes tècnics clau necessaris per a la producció massiva de vidre de neodimi de gran mida. L’Institut d’Optics i Mecànics Fine de Xangai també s’ha convertit en la primera unitat del món a dominar de manera independent la tecnologia de producció de processos completa dels components de vidre de neodimi làser.
L’any passat, va guanyar el premi NFMOTT, un famós premi en el camp de materials amorfs internacionals, convertint -se en el primer guanyador xinès del premi des del seu establiment. Aquest any, Hu Lili també va guanyar el premi del president de la International Glass Association.
"Les nostres investigacions s'apliquen a la pràctica, així que estic molt content de començar per la investigació bàsica al laboratori i després posar en aplicació els resultats de la investigació". Hu Lili va dir recentment en una entrevista a Yicai. També va revelar que l'equip està introduint la IA en la investigació i el desenvolupament de New Glass per promoure la innovació de paradigmes en investigacions especials de vidre.
El cor de la fusió làser
A mesura que s’intensifica la competència global de seguretat energètica, la disposició dels principals països del món en el camp de la fusió nuclear s’ha accelerat significativament i la tecnologia de fusió internacional s’ha desenvolupat ràpidament. Al desembre de 2022, els Estats Units van aconseguir amb èxit un excedent energètic més gran en les reaccions de fusió nuclear. Fins al moment, els Estats Units han aconseguit sis encenes de fusió nuclear làser.
El 2024, el Ministeri de Ciència i Tecnologia, el Ministeri de la Indústria i la Tecnologia de la Informació i altres set departaments van emetre conjuntament les "opinions d'implementació sobre la promoció de la innovació i el desenvolupament de les futures indústries", assenyalant que és necessari reforçar la investigació i el desenvolupament de les tecnologies bàsiques bàsiques per a l'energia futura representada per la fusió nuclear. La realització de l’aplicació d’energia de fusió és l’objectiu final de l’estratègia en tres passos del meu país de “reactor de reacció de reactor tèrmic-fast de reactor” per al desenvolupament d’energia nuclear.
Al gener d’aquest any, el dispositiu Tokamak East del meu país, conegut com el "Sol artificial", va obtenir resultats importants i va aconseguir amb èxit el funcionament del mode de confinament en mode de gran confinament en mode de control de pols per al mode de confinament elevat del dispositiu del dispositiu Tokamak, donant a la gent les noves expectatives per a l'aplicació de l'aplicació de l'energia de la fusió.
Laser Drive és una altra manera d’aconseguir la fusió nuclear. Per aconseguir la fusió nuclear controlada per làser, necessitem vidre de neodimi làser autocontrolat. A causa de la seva gran mida i els requisits d'índex de rendiment extremadament elevat, la tecnologia de fusió contínua del vidre de neodimi làser de mida gran desafia els límits de la fabricació de vidre òptic i es coneix com la primera de les set meravelles de la instal·lació d'encesa nacional dels Estats Units. Els Estats Units han treballat amb dues principals empreses de vidre òptic a Alemanya i Japó durant sis anys per aconseguir una fusió contínua del vidre de neodimi làser de gran mida. Creuen que aquesta tecnologia és extremadament difícil. Després de completar el subministrament de vidre de neodimi per als dos principals dispositius de fusió làser als Estats Units i França, van desmantellar la línia de fusió contínua de vidre de neodimi làser de mida gran.
Per tant, la conquesta de la tecnologia de preparació per lots del vidre de neodimi de gran mida s’ha convertit en un problema difícil que Hu lili i altres investigadors científics han de resoldre urgentment.
Hu Lili va explicar que la raó per la qual el vidre de neodimi de làser és el "cor" de la fusió nuclear làser és que es tracta d'un vidre especial que conté ions ions luminescents de terra rara, que pot generar làsers o amplificar l'energia làser sota l'excitació de la "llum de la bomba" i és el "cor" del làser. El rendiment del vidre de neodimi làser determina directament l’energia de sortida del dispositiu làser. És el medi de treball làser amb l’energia de producció més alta coneguda per la humanitat. En el gran dispositiu de fusió nuclear làser científic conegut com el "Sun Artificial Little", el vidre de neodimi de làser sempre ha tingut un paper insubstituïble.
Des de l'establiment de l'Institut de Xangai d'Optics i Mecànics Fins de l'Acadèmia de Ciències xineses el 1964 fins a finals del segle XX, l'equip de vidre de Neodymium làser representat pels acadèmics Gan Fuxi i Jiang Zhonghong ha fet innovacions des de la recerca de vidre de neodimi de Laser durant més de 30 anys. Han desenvolupat successivament un vidre de neodimi de neodimi de silicat de silicat, N21 i N31 fosfat de vidre de neodimi i han proporcionat materials de treball bàsics per a la sèrie de dispositius "shenguan" del meu país.
Des del 2005, Hu Lili i el seu equip han estat treballant en les quatre tecnologies bàsiques de la fusió contínua, el recuit de precisió, la protecció i la detecció durant gairebé deu anys basats en investigacions bàsiques. El més difícil és la tecnologia de fusió contínua del vidre de neodimi làser de mida gran. El 2012, amb els esforços conjunts de tothom, finalment vam superar les dificultats en el procés de fusió contínua, vam dissenyar i establir una línia de producció pilot per a la fusió contínua del vidre de neodimi làser, vam completar la integració de les tecnologies clau per a la fusió contínua del vidre de neodimi làser de mida gran i finalment es Vidre de neodimi de làser de mida gran. Els èxits rellevants han guanyat el "Premi especial de la Invenció Tecnològica de Xangai" el 2016, el "Premi Nacional de la Invenció Tecnològica" el 2017 i el "destacat premi científic i tecnològic de l'Acadèmia de Ciències xineses" el 2022.
"Hem trobat molts reptes en el procés de recerca, sobretot a mesura que avançava l'experiment, es va exposar un problema rere un altre, i no hi havia cap altra manera. Només podríem asseure'ns i revisar la literatura i començar a partir de teories molt bàsiques. Per exemple, quins canvis s'exposen el comportament del flux de la fosa de vidre durant el procés de formació de vidre. A més, tothom sol fer les dades de la prova per a discussió i raonament i aquestes dades no són la mare del nostre èxit". Hu Lili va dir als periodistes.
Resolució de les necessitats de la indústria
A més del vidre de neodimium làser, Hu Lili també ha fet avenços clau en la fibra de quars de camp de gran mode de gran en mode de ytterbium, fibra de quars dopada de neodimi d’alta potència i vidre de quars d’alta puresa.
Prenent com a exemple la fibra làser d’alta potència, ja que els làsers de fibra utilitzen fibra òptica com a medi làser, tenen els avantatges de la qualitat del feix ideal, l’eficiència de conversió ultra-alta, sense manteniment, alta estabilitat i petita mida. La seva gamma d’aplicacions és molt àmplia, incloent la comunicació de fibra làser, la comunicació d’espai làser a llarga distància, la construcció naval industrial i les operacions quirúrgiques. Des del començament del segle XXI, els làsers de fibra han ocupat gradualment la meitat del mercat làser, però alguns productes de fibra làser d’alta potència són difícils d’obtenir del mercat internacional. Des del 2011, Hu Lili i el seu equip s’han centrat en els tres problemes difícils que afecten l’eficiència del làser, l’estabilitat de la potència i la fiabilitat a llarg termini de les fibres làser d’alta potència. En 8 anys, van prendre el lideratge a la Xina a superar la tecnologia clau de la preparació massiva de 10, 000- Watt Ytterbium, fibres de camp de gran mode dopades per Ytterbium.
Com a principal cos d’innovació tecnològica, les empreses són més sensibles a la demanda del mercat.
"El 2018, una empresa d'alta tecnologia es va apropar a nosaltres i ens va preguntar si podríem ajudar-los a fer fibres làser de gran potència perquè no podien comprar productes internacionalment. En aquell moment, també estàvem fent recerca en aquest àmbit, de manera que l'equip es va comunicar estretament amb l'empresa, va iterar repetidament el producte i va resoldre les seves necessitats reals." Va dir Hu Lili.
L’avanç tecnològic de 10, 000- de fibra làser dopada per Ytterbium de classe Watt ha permès que els làsers de fibra d’alta potència del meu país estiguin equipats amb “nuclis” domèstics, reduint el cost de fabricació de làsers d’alta potència. Des del 2019, l’equip ha aconseguit vendes directes de més de 200 milions de iuans i beneficis econòmics indirectes de més de 1.800 milions de iuans; A més, també ha satisfet les necessitats urgents dels làsers de fibra d’alta potència en entorns espacials.
Pel que fa al futur disseny de la investigació, Hu Lili, que porta 38 anys a la indústria, també té noves idees.
Segons la seva opinió, amb el desenvolupament de la IA, cal canviar urgentment el paradigma de la investigació de vidre. "Estem introduint la IA en la investigació i el desenvolupament de nous vidres i també estem construint una plataforma de recerca en relació amb l'estructura de vidre que abasta la caracterització de rendiment de l'estructura de vidre, la simulació de dinàmica molecular i el modelat assistit per AI". Va introduir que espera construir una plataforma especial de relació d’estructura de material de vidre que integri la preparació d’alt rendiment, la modelització assistida per AI i la verificació de caracterització estructural durant el "15è pla de cinc anys".
