تستقطب الصين اهتماماً عالمياً في قطاع الطاقة بفضل نجاحها في تطوير فولاذ CHSN01 فائق القوة. يتميز هذا الفولاذ بقدرته على تحمل الظروف القاسية داخل مفاعل الاندماج النووي، وهو أمر كان يعتبره العديد من الخبراء الدوليين مستحيلاً في السابق.
يُعتبر الاندماج النووي "الهدف الأسمى" في صناعة الطاقة، إذ يُحاكي عملية توليد الطاقة الشمسية لتوفير مصدر نظيف وغير قابل للنضوب تقريبًا للكهرباء. مع ذلك، تكمن العقبة الأكبر حاليًا في إيجاد مواد هيكلية قادرة على تحمّل ظروف التشغيل القاسية.
داخل قلب المفاعل، تصل درجة حرارة البلازما إلى ملايين الدرجات المئوية، بينما يجب تبريد المغناطيسات فائقة التوصيل المحيطة بها إلى ما يقارب الصفر المطلق، أي حوالي -269 درجة مئوية. هذا المزيج من درجات الحرارة المرتفعة والمنخفضة للغاية، بالإضافة إلى الإجهاد الميكانيكي الهائل، يفرض متطلبات صارمة على متانة المواد. وقد مهدت سبيكة CHSN01 الجديدة التي طورتها الصين الطريق أمام مفاعل BEST، وهو مشروع يهدف مباشرةً إلى توليد الطاقة تجاريًا.
التغلب على القيود المادية في المشاريع الدولية.
تتطلب تفاعلات الاندماج النووي مجالات مغناطيسية فائقة القوة لحصر البلازما بشكل مستقر. تستخدم هذه المغناطيسات، التي تولد المجال المغناطيسي، مواد فائقة التوصيل، ويجب أن تعمل في بيئة من الهيليوم السائل عند درجة حرارة تقارب -269 درجة مئوية. كلما كان المجال المغناطيسي أقوى، كان حصر البلازما أكثر فعالية، ولكن يجب أن تتحمل المواد الهيكلية إجهادًا عاليًا دون أن تصبح هشة.
وصلت أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ التقليدية، مثل 316LN، إلى حدودها القصوى عند العمل تحت تأثير مجال مغناطيسي بقوة 11.8 تسلا. وخلال الاختبارات التي أُجريت في مشروع ITER الدولي عام 2011، لوحظ فقدان في الليونة عند درجات الحرارة المنخفضة، مما تسبب في تأخيرات كبيرة. وإدراكًا لهذه العقبة الرئيسية، يُجري العلماء الصينيون أبحاثًا على نوع جديد من الفولاذ بهدف تلبية متطلبات المجال المغناطيسي التصميمي لمفاعل BEST، والذي يصل إلى 20 تسلا.
رحلة تطوير الصلب CHSN01 على مدى 10 سنوات
استغرق تطوير فولاذ CHSN01 أكثر من عقد من الزمان، بمشاركة نخبة من الخبراء. في المرحلة الأولى، ركز فريق البحث على تعديل تركيبة الفولاذ، بإضافة الفاناديوم والكربون والنيتروجين لتحسين خصائصه في درجات الحرارة تحت الصفر.
كانت نقطة التحول في عام 2020 بانضمام الأكاديمي تشاو تشونغشيان، الخبير البارز في فيزياء درجات الحرارة المنخفضة، إلى الفريق. وبحلول عام 2023، أظهرت الاختبارات أن مادة CHSN01 حافظت على سلامتها تحت تأثير مجال مغناطيسي بقوة 20 تسلا وإجهاد قدره 1300 ميجا باسكال. وقد حققت المادة قوة شد تبلغ 1500 ميجا باسكال واستطالة تتجاوز 25% عند درجات حرارة منخفضة، ما حلّ معضلة "المثلث المستحيل" في علم المواد.
التأثير على سباق الطاقة العالمي
استُخدم حاليًا 500 طن من فولاذ CHSN01 في الغلاف الموصل لجهاز BEST، وبدأ تركيبه في مايو 2023. يُعد BEST جهاز توكاماك يهدف إلى زيادة إنتاج الطاقة بأكثر من خمسة أضعاف، ومن المتوقع اكتماله في عام 2027. وبالمقارنة مع مشروع ITER، يهدف مشروع BEST بشكل مباشر إلى إثبات جدوى إنتاج الكهرباء تجاريًا.
يُتيح فولاذ CHSN01 تصميم مفاعلات أكثر إحكامًا، تُعادل ثلث حجم المفاعلات التقليدية تقريبًا، مما يُقلل تكاليف الإنشاء. وإلى جانب الاندماج النووي، يتمتع هذا الفولاذ بتطبيقات محتملة في مُسرّعات الجسيمات، وقطارات الرفع المغناطيسي، وأنظمة الحوسبة الكمومية. يُؤكد هذا الإنجاز ريادة الصين في سلسلة إمداد الطاقة النظيفة، ويدفع سباق الاندماج النووي العالمي إلى مرحلة جديدة.
المصدر: https://baonghean.vn/trung-quoc-dot-pha-thep-chsn01-cho-lo-phan-ung-nhiet-hach-10317808.html
تعليق (0)