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给“人造太阳”充电

    发布时间:2021-08-09

卫婷婷

  
  
  “我有一个美丽的愿望,长大以后能播种太阳……”,很多人小时候,都唱过这首儿歌。只是,在一批批科学家们的努力下,“人造太阳”已经不再是一个遥不可及的梦想。
  科学模仿的“人造太阳”,是一种通过可控热核聚变形成的清洁能源,它可以有效解决世界能源紧缺问题。目前,全球科学家们研究实现可控热核聚变的路径主要有两种:磁约束聚变和惯性约束聚变。在惯性约束聚变的道路上,雷洁红已经默默地走了14年,也许“人造太阳”真正实现还需要一段时间,但是从人类长远发展来看,雷洁红和她身边科研工作者的研究,功在当代利在千秋。
  
命中注定的使命 
  多年以后,雷洁红还是会回想起在教室里上课的那个下午。“长大后,你想当什么?”当老师问出这个问题后,教室里引起了一阵躁动。两分钟后,雷洁红被第一个提问,她想了一会儿后,笑着回答说:“我想当老师。”过了一会儿,她又补充了一句:“我也想当科学家。”大声的回答引得教室里一阵哄笑,雷洁红也没心没肺地笑着。当时,她还不知道,自己的这番话,并没有像其他孩子一样,说完即被抛到脑后,而是像种子一样,无声无息地在她心里生根发芽。
  但在雷洁红读硕士之前,她的人生和科研完全沾不上边。雷洁红的父亲是小学语文老师,所以雷洁红也一心想当老师。高考填志愿的时候,她直接选了四川师范学院,本科毕业后,用人单位去学校招聘,她毫不犹豫地投递简历,最后顺利成为南充一中的物理老师。“那时候年轻,想的就是早点毕业,然后参加工作,根本没想过读硕士、读博士。”
  2005年,转眼间雷洁红已工作3年,手忙脚乱的生活逐渐归于平淡。有一天,她遇到了大学时期教量子力学的老师,老师在和她闲谈一会儿后,鼓励她继续学习,考研深造,跳出中学教育平台,去接触更前沿的物理知识。雷洁红本来就对自己的人生要求很高,只是离开校园后,她的关注点更多是放在学生身上,无暇顾及自身的成长,而老师那番勉励的话语让她突然觉悟。她当即决心考研,让平静的日子充实起来。
  凭借努力,辞去工作的雷洁红,很快便成功考取西华师范大学硕士研究生,专业是理论物理。两年硕士毕业后,她又成功考取中国工程物理研究院凝聚态物理专业,正式踏上科研之路,靠近儿时的梦想。
  只是,科研之路并不平坦,常常是鲜花和荆棘相伴。刚进入中国工程物理研究院时,雷洁红从理论物理转到应用物理,科研思维、实验方法等方面有很多不适应,此外,周围清华大学、北京大学、同济大学等中国顶级一流院校毕业的同学,也给雷洁红精神上带来很多负担。“我当时心里面确实有点怵。”雷洁红笑着说。
  但是这位大大咧咧的姑娘并没有被所处的劣势唬住。她不停给自己打气,在心里告诉自己:“基础知识不行,咱就更加努力,凡事认真对待,如果实验做错了,就去修正,一次不行就做第二次,二次不行就做第三次,直到成功。”
  为了证明自己,雷洁红将不怕吃苦的态度印刻在整个博士生涯。实验中,每当结果出现错误时,她总是耐心找出问题所在,并一遍一遍地认真修改;因为实验涉及放射性气体,雷洁红常常需要进入条件艰苦的山区实验室进行实验。因为材料特殊,她和同事每次走进实验室之前,都需要穿专业的防护服,并且在此之后不能喝水,不能吃东西,也不能上厕所,为了加快实验进度,雷洁红常常在实验室内忍受着精神和体能的双重挑战。因为态度踏实,做事认真,雷洁红后来成为同届中国工程物理研究院博士毕业生中的佼佼者,她的科研成果和论文也在行业内获得广泛认可。
  博士毕业后,雷洁红前往西华师范大学工作。对于自己的未来,她制订了清晰的规划,“我一开始给自己的定位就是大学老师和科研工作者,除了老老实实做科研,我还要传授知识,将科研理念传承下去,让科研的车轮不断前行,永不停歇”。
  
坚定不移的方向
  在凝聚态物理领域,雷洁红的研究方向主要集中在惯性约束聚变方向(ICF)。ICF是实现受控热核聚变的途径之一,它是通过内爆对热核燃料进行压缩,使其达到高温高密度,实现热核点火和燃烧,从而获取聚变能的方法。ICF领域研究工作对国民经济、基础研究探索等都有着重大的战略意义,雷洁红也在多年不停歇的探索中,交出了一份于国于民都影响深远的时代答卷。
  虽然如今雷洁红已经在ICF方向取得巨大成就,但曾经的她也差点和研究方向失之交臂。20世纪60年代,自激光器问世以后,中、美、日等国即着手激光驱动惯性约束聚变研究,经过40多年发展,研究已取得重要进展,辉煌时期,美国国家点火装置(NIF)曾高调地对媒体宣布,在2012年进行点火演示。雷洁红解释说,美国在一些研究领域确实代表了最高水平,如果点火成功,将证明惯性约束聚变(ICF)的科学可行性,这也是ICF研究的重要里程碑。
  然而胜券在握的研究,最终却以惨败收场,这不仅让美国国家点火装置(NIF)的科学家们大受打击,也让整个科研领域研究的热情降到冰点。“研究领域遭遇巨变,这让当时还是学生的我陷入迷茫,因为开始研究的时候,整个科学界都非常关注这一领域,但现在大家对这个研究领域都不闻不问了,当时就怀疑自己是不是选错了方向。”
  在迟疑了一段时间后,雷洁红决定坚持下去。她说:“后来我仔细想了一下,我觉得有些事情不能太注重别人的想法,只要认定事情做出来是有意义的,就应该坚持去做。”
  在博士生导师唐永建老师的带领下,雷洁红决定坚持,博士毕业后,她选择在ICF领域内继续深研,当时,工作地西华师范大学没有实验专用的大型物理设备,于是,雷洁红就和学校领导以及博士生导师协商,让她能在每周上课之余,回到九院继续进行实验。
  两边跑的日子很辛苦,但雷洁红说:“虽然遇到很多这样或那样的困难,但当时更多的想法还是怎么克服,解决问题,而不是放弃。”也是在坚持不放弃的日夜里,雷洁红做出了瞩目的科研成果。
  前期在开展激光装置上的靶物理实验研究时,雷洁红获得了靶物理实验的关键数据,基于这些数据,她做了大量ICF靶丸燃料和靶丸结构设计的相关研究,在靶丸结构设计研究领域有突出贡献。
  后来,随着研究的深入,针对ICF靶中氚的来源和氚的自持问题,她创新设计了具有氘氚化锂薄膜涂层的新型ICF靶,这个新型的ICF靶型突破了近10年来靶聚变燃料容量的填充瓶颈,可在不增加点火靶容积和充气压力的情况下提高聚变燃料容量,首次解决了靶聚变燃料中氚的自持问题,对下一步开展先进靶丸的研制有极其重要的指导意义。这项研究成果也得到了ICF靶制备领域多位知名专家的高度评价:“雷洁红同志首次提出了氘氚化锂薄膜涂层的先进设计理念,突破了靶聚变燃料容量的填充瓶颈,获得了极具创新性的成果。”
  最近,雷洁红在研究中发现,要在实验中实现制备具有氘氚化锂薄膜涂层的新型ICF靶,有一个重要的技术难题必须解决,即氢化锂的水解。她解释说,氢化锂的化学活性很强,很容易与空气中的水发生反应释放出氢气,在装填氘氚化锂薄膜涂层的新型ICF靶时,必须解决氘氚化锂薄膜涂层的防护问题,否则,氘氚化锂一旦反应水解,氘氚化锂的DT密度降低,新型ICF靶将失去本来的效用。因此开展新型ICF靶聚变燃料防护膜的设计研究对制备有氘氚化锂薄膜涂层的新型ICF靶具有重要意义,是解决ICF聚变反应中氚的来源和氚的自持问题的先决条件,同时对激光惯性约束聚变靶组装等应用研究具有重要的意义。
  未来,雷洁红希望在ICF方向继续做大做强。虽然目前所在工作单位的实验场地、实验设备和人员配备等条件有限,但她还是会延续过往的工作经验:兵来将挡,水来土掩。也许,ICF的前行之路依然荆棘丛生,但在ICF方向摸爬滚打多年之后,雷洁红已然无畏无惧。
  

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