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美国可控核聚变背后的华裔女科学家

美国可控核聚变背后的华裔女科学家

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LLNL实验室的惯性约束核聚变项目负责人,是一位华裔女性。
在经历了超过半个世纪的研究之后,科学家们终于取得了惯性约束核聚变从0到1的突破。
12月13日,https://info.51.ca/keywords/%E7%BE%8E%E5%9B%BD正式宣布,由LLNL建造的国家点火装置NIF成功实现了核聚变净能量增益。
发布会上,一张华裔女性面孔引起了大家的注意——LLNL项目的主要负责人之一Tammy Ma(坐在桌子最左边)。
早在今年春天,白宫就举行了峰会,表示将同时推进惯性约束核聚变和磁约束反应堆(托卡马克)这两个项目。
听到点火成功的消息,我泪流满面
Tammy Ma是Inertial Fusion Energy Institutional Iniatiative(惯性约束核聚变能源项目)的负责人,这个机构简称为IFE。
在发布会的penal环节,Ma对于IFE项目做了详细介绍。
她表示,这个项目对于发展清洁能源意义重大,同时,他们也面临着科学和工程上的巨大挑战。
而且,项目的成员都清楚地知道:如果他们真的实现了可控核聚变反应的净能量增益,那无疑是做出了值得载入史册的丰功伟绩(monumental undertaking)。
这次“点火”成功,也震动了整个物理学界,让全世界的物理学家们都沸腾了。这不仅意味着聚变能的释放,还表明新科学的大门正在敞开。
单从可控核聚变的角度来说,它几乎没有碳排放,能让人类得到免费的清洁能源,并且由于氢在自然界的丰富储量,全世界的能源危机都能解决。
当然,美国搞这个的初衷,是为核库存研究计划提供所需的数据(LLNL是美国核安全局的下属单位),这也是NIF为什么相对“低效”的一个重要原因。
本次实验的成功,也让美国就可以在不进行传统核试验的情况下,保持核威慑力。
Tammy Ma说,这个爆炸性事件发生时,她还全然不知情。当时,她正准备登上飞机,来DC参加部门的年会,好为核聚变项目的下一步计划做好准备。
就在此时,她接到了老板的电话,老板告诉她:我们的可控核聚变点火成功了(I think we got ignition)!
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Tammy Ma顿时喜极而泣。她开心得原地跳起来,候机区的人们都惊讶地看着她。
想起这么多年的辛苦工作,她的眼泪根本停不下来。
对她来说,国家点火装置可以说是“梦中情司”。这些年来,每当她走进国家点火装置,都还会起鸡皮疙瘩。
“能在这里工作真的太神奇了,我为我的团队而骄傲。”
随后,Tammy Ma表示,这次LLNL的成功,无疑会给其他公立和私营机构极大的鼓舞,会有更多机构大胆投入更多的资金和研究力量,与LLNL一起攻克更多的科研难关。
她也非常期待与这些机构的合作,在接下来的几十年内,共同实现惯性约束聚变的规模化。
目前,美国已经在相关的技术上取得了很多全新的进展,比如材料学,竞争与模拟,机器学习等等,LLNL采用了这些全新的技术,让NIF有了全新的激光架构,以及其他先进功能。
她激动地回忆道:激光诱导核聚变的想法,还是LLNL的先锋科学家在60年前想到的。
美国的科学家花了60年,终于把这一想法变成了现实。
在LLNL的14年
作为一位等离子体物理学家,Tammy Ma博士是美国物理学会的研究员,也是劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)国家点火设施(NIF)和光子科学局的高强度激光高能量密度(HED)科学的先进光子技术项目的负责人,并担任LLNL实验室指导研究与开发(LDRD)计划的副主任。
此外,她还是聚变能源科学咨询委员会(FESAC)成员,为与聚变能源和等离子体研究有关的复杂科技问题向美国能源部科学办公室提供建议。
自加入LLNL以来,她领导了NIF的许多惯性约束核聚变实验,开发了新的X射线分析方法,并主持了资助高度创新研究的全实验室LDRD计划。
这些实验的目的是通过使用NIF的192道激光束来压缩含有氘和氚(氢的同位素)的燃料胶囊,实现核聚变点火,这一过程称为惯性约束核聚变(ICF)。
ICF的最终目的是,实现持续的热核聚变,并且释放出比启动反应所需的能量多很多倍的能量。
Tammy Ma于2005年在加州理工学院获得了她的航空航天工程学士学位,并于2008年和2010年分别在加州大学圣地亚哥分校获得硕士和博士学位。
毕业后,她来到LLNL从事博士后研究,并于2012年正式入职。
目前,她参与撰写的期刊论文超过了185篇。
Tammy Ma是2013年总统科学与工程早期职业奖(PECASE)的获得者,2016年因其在量化ICF内爆中的流体力学不稳定性组合的工作而获得美国物理学会颁发的Thomas H. Stix等离子体研究杰出早期职业贡献奖,2018年能源部早期职业研究奖,以及2021年聚变能源协会卓越聚变工程奖。
她还被评为2019年加州第16议会区年度女性,以表彰她对教育的承诺,以及指导和鼓励那些与她一样对科学充满热情的年轻学生。
爱买鞋的实验物理学家
在2014年,Tammy Ma曾作为国家点火装置的实验物理学家接受过一次采访,以下是采访内容:
我的母亲在十几岁时就移民到了加拿大,因此她并没有机会上完高中,更不用说大学了。所以我的父母总是会和我们强调教育的重要性。
但即便如此,他们也从未给过任何压力,只是希望我们能找到一个喜欢的职业,同时还能过上一个稳定、舒适的生活。
现在,我和我的哥哥都成为了一名物理学家,而且我们也对自己所做的工作非常非常有激情。
可以肯定的是,科学特别适合我的个性,因为它非常直截了当,没有感情色彩。这就像在学校里做数学题一样,总是会有一个正确的答案。
但要找到真理,不仅需要大量的创造力,而且还要经历自己在这个过程中走错的很多步骤。
就像我们正在研究的“点火”,便是一个非常困难且具有挑战性的问题。
因为我们以前从未按照这些疯狂的规格建造过这么大的目标,也从未在这些密度、这些温度和这些极端条件下进行过物理学研究。
如果出了问题,我们从来不会责怪对方。毕竟这只是物理学,这是自然,这就是我们试图弄清楚的东西。
作为一个实验物理学家,我喜欢呆在实验室里,在电脑上设置实验并进行分析。
我们会一起想出一个实验的想法,设计人员会去尝试建立模型,看看它是否有意义,然后实验人员会想出一种方法,并在NIF上进行设置。
一旦设置完成,我们就会开始实验。等到数据回传之后,我们便会对其进行分析,试图理解和解释数据。
之后,我们再次聚在一起,研究下一步可能会是什么。这是一个连续的循环,但它很有趣。
我想对年轻科学家或在校学生说的是,科学是艰难的,也是具有挑战性的,这就是科学的根本。
有些时候,你的成绩可能会不那么理想,你的实验可能会遭遇失败,甚至想转到另一个更容易的选题或专业。
但如果你喜欢科学,就一定要坚持下去。
最后,她还提到了自己的减压方式:去购物。
我会离开办公室,到处走走。看看这,摸摸那,再买几双鞋子。
说到鞋子,我现在有58双,而且还不包括人字拖。
你知道的,我是一个加州女孩。在整个大学生涯里,我都穿的是人字拖。
下面这个小故事可以告诉你,她们是有多喜欢人字拖:
参考资料:
https://lasers.llnl.gov/about/who-works-at-nif/people-profiles/tammy-ma

Tammy Ma

https://st.llnl.gov/research/people/tammy-ma

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