2023 Nature Ten People Out: Wissenschaftlerinnen im Bereich Laserfusionszündung auf der Liste!

Heute hat die internationale Top-Wissenschaftszeitschrift „Nature“ (Nature) die jährliche Liste der zehn besten wissenschaftlichen Persönlichkeiten (Nature's 10) für 2023 bekannt gegeben – diese Liste soll 10 auswählen, in denen in diesem Jahr alle wichtigen wissenschaftlichen Ereignisse einen Platz in den Charakteren haben, Seine Autorität und diese Aufgaben haben zu einer Reihe erstaunlicher Entdeckungen und Fortschritte geführt.
Neben der schlagzeilenträchtigen Nachricht, dass ChatGPT zu den „Nature’s Top 10 People of the Year“ gewählt wurde, ist es erwähnenswert, dass es auch eine Wissenschaftlerin mit einer starken Verbindung zur Laserindustrie auf die Liste geschafft hat. Sie ist – Laserfusion „Zündung“ – Annie Kritcher (Annie Kritcher).
Annie Kritcher, Physikerin und Chefdesignerin der US-amerikanischen National Ignition Facility, sagt, dass Fusion keine Frage des „Ob“, sondern des „Wann“ sei. Sie hofft, dass Laser eine Rolle spielen werden: „Ich würde gerne dabei sein.“
Der Hauptgrund, der Annie Kritcher in der Liste „Nature's 10“ genannt wird, ist, dass die Physikerin NIF geholfen hat, Kernreaktionen hervorzurufen, die früher nur in Wasserstoffbomben und Sternen beobachtet wurden. „Dieser Physiker hat dazu beigetragen, den ersten Energiegewinn zu realisieren.“
Hier ist mehr über sie aus der Liste der Natur:
Die Physikerin Annie Kritcher geht voller Optimismus in das Jahr 2023.
Vor ein paar Wochen half sie der National Ignition Facility (NIF) des US-Energieministeriums dabei, ein Ziel zu erreichen, das Labore auf der ganzen Welt seit Jahrzehnten nicht erreichen konnten: Atome so fest zusammenzupressen, dass sie eine Kernfusion eingehen und dabei mehr Energie produzieren als das Reaktion verbraucht.
Nachdem jedoch dieser experimentelle Meilenstein, bekannt als „Zündung“, erreicht war, war der Druck groß, es noch einmal zu tun.
Die 3,5 Milliarden US-Dollar teure National Ignition Facility (NIF) am Lawrence Livermore National Laboratory in Kalifornien war ursprünglich dazu gedacht, die Kernwaffenwissenschaft zu stärken. Seine Fortschritte könnten auch dazu beitragen, die Kernfusion zu einer sicheren, sauberen und praktisch unbegrenzten Energiequelle zu entwickeln, und die erfolgreichen Experimente des NIF im letzten Jahr überraschten viele. Das „Zündungsexperiment“ lag ein Jahrzehnt hinter dem Zeitplan zurück, und einige begannen zu befürchten, dass das Ziel einfach außer Reichweite sei. Als leitende Designerin des Hauptfusionsexperiments machten sich Kritcher und ihr Team sofort daran, zu beweisen, dass NIF zuverlässig eine Zündung erreichen kann.
Forschung mit hohem Einsatz ist oft nur schwer ohne Höhen und Tiefen durchführbar: Das Team unternahm im Juni seinen ersten Wiederholungsversuch, mit schlechten Ergebnissen. „Es kann verrückt werden und ich werde gestresst.“ Sagte Kritcher.
Nun, beim nächsten Versuch gelang es ihnen. Am 30. Juli lieferte der 192-Strahllaser der Anlage 2,05 Megajoule Energie an gefrorene Partikel der Wasserstoffisotope Deuterium und Tritium, die in einem Goldzylinder suspendiert waren. Die daraus resultierende Implosion führte dazu, dass die Isotope beim Verschmelzen zu Helium Energie freisetzten und dabei Temperaturen erzeugten, die sechsmal höher waren als im Sonnenkern. Diese Reaktionen erzeugten eine Rekordfusionsenergie von 3,88 Megajoule.
Um über einen längeren Zeitraum ausreichend Fusionsenergie zu erzeugen, sind andere Anlagen erforderlich, insbesondere Tokamak-Reaktoren, die starke Magnetfelder nutzen, um Fusionsreaktionen einzudämmen. Diese Technologie wurde im Rahmen des 22-Milliarden-Dollar-Projekts ITER, einer internationalen Zusammenarbeit, entwickelt. Bis zur Errungenschaft des NIF hatte jedoch noch kein Labor eine Fusionsreaktion mit einer Kapazität durchgeführt, die seinen Verbrauch überstieg (also einen „Nettogewinn“).
Kritcher und ihr Team ließen an ihren Erfolg im Juli zwei weitere Zündversuche im Oktober anknüpfen und waren bei vier von sechs Versuchen erfolgreich. Sie bereiten sich auf eine höhere „Nettogewinn“-Kapazität im nächsten Jahr vor. Dabei haben NIF-Wissenschaftler die Tür zur Forschung geöffnet und dazu beigetragen, eine Welle des Optimismus hinsichtlich der Zukunft der Fusionsenergie auszulösen.
NIF soll Regierungswissenschaftlern dabei helfen, die Sicherheit und Zuverlässigkeit des US-Atomwaffenarsenals zu gewährleisten, ohne dass Testexplosionen erforderlich sind. Doch das war es nicht, was Kritcher ursprünglich ins Labor lockte. Während eines Sommerpraktikums in Livermore im Jahr 2004 begann sie mit der Erforschung von Fusionsenergie und richtete ihr Augenmerk schnell auf NIF als einen der wenigen Orte auf der Erde, an dem Fusionsreaktionen untersucht werden, bevor sie ihr Graduiertenstudium begann. einer der wenigen Orte auf dem Planeten, an dem Fusionsreaktionen untersucht werden.
Sie kam 2012 zum NIF und wurde 2016 leitende Designerin. Seitdem leitet sie ein Team, das experimentelle Daten analysiert und Computermodelle verwendet, um Experimente zu entwerfen, die darauf abzielen, Fusionsausbeuten durch Anpassung von Parametern wie der Größe und Konfiguration von Zielen zu erzielen und zu steigern und die Energie und das Timing verschiedener Laserstrahlen. Sobald ihr Team den Entwurf fertiggestellt hat, übernimmt das Experimentierteam des Labors das Abfeuern der Laser und das Sammeln von Daten.
Roger Falcone, Physiker an der University of California in Berkeley, sagt: „Anne ist eine ausgezeichnete Studentin, die sich ihrer Arbeit widmet.“ Er begann mit Kritcher zusammenzuarbeiten, als sie noch Studentin war, und setzte ihre frühen Arbeiten am NIF fort. Während dieser Zeit, sagte er, habe sie ihr Können bei der Entwicklung von Laserexperimenten unter Beweis gestellt, mit denen getestet werden sollte, wie sich Materialien verhalten, wenn sie extremen Temperaturen und Drücken ausgesetzt werden.
Diese Fähigkeiten machten Kritcher zum Mittelpunkt des Fusionsprogramms im Jahr 2016. Damals stagnierten die Energieausbeuten aus Fusionsexperimenten und NIF-Chefwissenschaftler Omar Hurricane wollte einen neuen Weg beschreiten. Und Kritcher trat mit Ideen hervor, von denen Hurricane sagt: „Sie war voll dabei.“ Von da an wurde sie eine der Hauptdesignerinnen für NIF.
Kritcher und ihr Team verbrachten die nächsten Jahre damit, Daten zu analysieren und Designanpassungen an den Ergebnissen der großen NIF-Experimente vorzunehmen. Neben verschiedenen Änderungen am Ziel konnten sie die Verbesserungen nutzen, um die insgesamt verfügbare Laserenergie zu erhöhen. Infolgedessen gelang ihnen die Fusion mit zunehmender Regelmäßigkeit.
Nachdem ein formelles Zündziel vorhanden war, begann Kritcher mit der Arbeit an einer neuen Reihe von Experimenten, die darauf abzielten, die Ausbeute durch die Einspeisung von mehr Laserenergie in eine dickere Zielkapsel erneut zu steigern. Dies könnte einen weiteren Schritt vorwärts in Richtung des NIF-Ziels darstellen, Erträge im zweistelligen Terajoule-Bereich und darüber hinaus zu erzielen.
Langfristig glaubt sie, dass die Anlage mit einigen Modernisierungen in der Lage sein wird, ihre Ziele zu erreichen und die Erträge um eine Größenordnung zu steigern, was es den Wissenschaftlern ermöglichen wird, mit der Arbeit an einem Prototyp eines Laserfusionsenergiereaktors zu beginnen. Es sei nicht die Frage, „ob“ Fusionsenergie kommen werde, sagte sie, sondern „wann“, und sie hoffe, dass der Laser funktionieren werde.
„Ich denke, das ist eine großartige Möglichkeit“, sagte sie, „und ich würde gerne dabei sein.“