2023年《自然》十大人物出炉：激光聚变“点火”女科学家上榜!

今天，国际顶级科学期刊《自然》（Nature）公布了2023年度十大科学人物榜单（Nature’s 10）——这一榜单旨在选出10位在这一年所有重大科学事件中占有一席之地的人物，其权威性与前瞻性不言而喻，这些任务也带来了一系列让人惊叹的发现与进展。

 

 

图片来源：新智元

 

除了被“ChatGPT入选自然杂志年度十大人物”这一消息疯狂占据新闻头条之外，值得注意的是：有一位与激光行业紧密相关的女性科学家也登上了这份榜单。她就是——激光聚变“点火”者——安妮·克里奇（Annie Kritcher）。

 

美国国家点火装置首席设计师、物理学家安妮·克里奇（Annie Kritcher）说，核聚变不是一个“是否能出现”的问题，而是一个“何时出现”的问题。她希望激光能发挥作用：“我很乐意参与其中。”

 

Nature’s 10榜单中，给予Annie Kritcher的核心上榜理由是：这位物理学家帮助NIF产生了曾经只在氢弹和恒星中才能看到的核反应。“这位物理学家帮助实现了第一次能量增益。”

 

以下是《自然》（Nature）在榜单中关于她的详细介绍：

物理学家安妮·克里彻(Annie Kritcher)抱着一股乐观情绪进入了2023年。

 

几周前，她帮助美国能源部的国家点火装置（NIF）实现了一个世界各地实验室几十年来一直未能达成的目标：将原子压得非常紧密，使它们发生核聚变，产生多于反应所消耗的能量。

 

然而，在达成这一被称为“点火”的实验里程碑后，再次进行试验的压力也接踵而至。

 

耗资35亿美元，位于加利福尼亚州的劳伦斯利弗莫尔国家实验室旗下的国家点火装置（NIF），原本旨在加强核武器科学。其进展还有助于将核聚变发展成为一种安全、清洁且几乎无限的能源。NIF去年的成功实验让许多人感到意外。“点火”实验比原计划晚了十年，一些人开始担心这一目标根本遥不可及。作为主要聚变实验的首席设计师，Kritcher和她的团队立即就着手证明NIF能够可靠地实现点火。

 

高风险的研究往往很难不经波折：团队在6月份进行了首次重复尝试，结果很糟糕。“这可能会变得疯狂，我也会感到压力。”Kritcher说。

 

好在，下一次尝试中他们成功了。7月30日，该设施的192束激光向悬浮在金圆筒中的氢同位素氘和氚的冷冻颗粒输送了2.05兆焦耳的能量。由此引发的内爆使同位素在融合成氦的过程中释放能量，产生的温度是太阳核心的 6 倍。这些反应产生了创纪录的3.88兆焦的核聚变能量。

 

其他设施需要在更长的时间内产生足够多的核聚变能量，最著名的是托卡马克反应堆，它使用强大的磁场来限制聚变反应。这项技术是由耗资220亿美元的ITER项目开发的，该项目是一项国际合作项目。然而，在NIF取得这一成就之前，没有实验室曾产生过产能超过其消耗的聚变反应（即“净增益”）。

 

Kritcher和她的团队在7月份获得成功后，于10月又进行了两次点火尝试，在所有6次尝试中成功了4次。他们正为明年更高的“净增益”产能做准备。在此过程中，NIF的科学家们打开了研究的大门，并帮助推动了对聚变能源未来的乐观浪潮。

 

NIF旨在帮助政府科学家确保美国核武库的安全和可靠性，而无需进行试验引爆，但这并不是最初吸引Kritcher到实验室的原因。2004 年，她在利弗莫尔进行暑期实习时就开始研究聚变能源，在开始研究生学习之前，她迅速将目光投向了NIF，因为那里是地球上研究聚变反应的少数几个地方之一。

 

她于2012年加入NIF，并在2016年成为首席设计师。从那以后，她领导了一个团队，分析实验数据，并使用计算机模型设计旨在实现和提高核聚变产量的实验，通过调整目标的大小和配置以及各种激光束的能量和时间等参数。一旦她的团队完成设计，实验室的实验团队就会接手发射激光并收集数据。

 

加州大学伯克利分校的物理学家Roger Falcone说：“安妮是一名优秀的学生，她全身心地投入到自己的工作中。”他从Kritcher还是研究生时就开始与她合作，直到她早期在NIF的工作。他说，在那段时间里，她展示了自己在设计激光实验方面的实力，该实验旨在测试材料在被压缩到极端温度和压力下的表现。

 

这些技能使Kritcher在2016年成为了聚变计划的核心人物。当时聚变实验的能量产量已经停滞不前，NIF首席科学家Omar Hurricane希望开辟一条新的道路。而Kritcher站出来提出了一些想法，Hurricane表示：“她全身心地投入其中。”从那时起，她成为了NIF的首席设计师之一。

 

Kritcher和她的团队在接下来的几年里对NIF的主要实验成果进行了数据分析和设计调整。除了对目标进行各种更改外，他们还能够利用改进来提高可用的整体激光能量。结果，他们越来越规律地顺利实现了聚变。

 

有了正式的点火目标，Kritcher开始致力于一系列新的实验，旨在通过向更厚的靶囊输入更多激光能量来再次提高产量。这可能代表着NIF的目标又向前迈进了一步，即实现几十兆焦耳甚至更高的产量。

 

从长远来看，她相信，经过一些升级，该设施将能够实现其目标，并将产量提高一个数量级，这将使科学家们能够开始研究激光聚变能反应堆的原型。她说，这不是聚变能“会不会到来”的问题，而是“什么时候到来”的问题，她希望激光能够发挥作用。

 

“我认为这是一个很好的可能性，”她说，“我很想参与其中。”

 

来源：OFweek激光网