Η Κίνα κάνει μια σημαντική ανακάλυψη με τον χάλυβα CHSN01 για αντιδραστήρες σύντηξης.

Ο χάλυβας εξαιρετικά υψηλής αντοχής CHSN01 είναι ικανός να αντέξει μαγνητικά πεδία έως και 20 Tesla, λύνοντας το πρόβλημα των σκληρών υλικών και προωθώντας την εμπορευματοποίηση της ενέργειας σύντηξης.

Η Κίνα προσελκύει την παγκόσμια προσοχή στον ενεργειακό τομέα χάρη στην επιτυχημένη ανάπτυξη του CHSN01, ενός εξαιρετικά ισχυρού χάλυβα. Αυτό το υλικό είναι ικανό να αντέξει τις σκληρές συνθήκες μέσα σε έναν αντιδραστήρα σύντηξης, κάτι που πολλοί διεθνείς εμπειρογνώμονες θεωρούσαν αδύνατο στο παρελθόν.

Η πυρηνική σύντηξη, που θεωρείται το «άγιο δισκοπότηρο» της ενεργειακής βιομηχανίας, μιμείται τη διαδικασία παραγωγής ενέργειας του Ήλιου για να παρέχει μια καθαρή, σχεδόν ανεξάντλητη πηγή ηλεκτρικής ενέργειας. Ωστόσο, το μεγαλύτερο εμπόδιο επί του παρόντος έγκειται στην εύρεση δομικών υλικών που μπορούν να αντέξουν σε ακραία λειτουργικά περιβάλλοντα.

Μέσα στον πυρήνα του αντιδραστήρα, το πλάσμα φτάνει σε θερμοκρασίες εκατομμυρίων βαθμών Κελσίου, ενώ οι περιβάλλοντες υπεραγώγιμοι μαγνήτες πρέπει να ψυχθούν σχεδόν στο απόλυτο μηδέν, περίπου -269 βαθμούς Κελσίου. Ο συνδυασμός εξαιρετικά υψηλών θερμοκρασιών, εξαιρετικά χαμηλών θερμοκρασιών και τεράστιας μηχανικής καταπόνησης θέτει αυστηρές απαιτήσεις στην αντοχή του υλικού. Το νέο κράμα CHSN01 που αναπτύχθηκε από την Κίνα άνοιξε το δρόμο για τον αντιδραστήρα BEST, ένα έργο που στοχεύει άμεσα στην εμπορική παραγωγή ενέργειας.

Υπερνίκηση των υλικών περιορισμών σε διεθνή έργα.

Οι αντιδράσεις πυρηνικής σύντηξης απαιτούν εξαιρετικά ισχυρά μαγνητικά πεδία για να περιορίσουν σταθερά το πλάσμα. Αυτοί οι μαγνήτες, που παράγουν το μαγνητικό πεδίο, χρησιμοποιούν υπεραγώγιμα υλικά και πρέπει να λειτουργούν σε περιβάλλον υγρού ηλίου στους -269°C περίπου. Όσο ισχυρότερο είναι το μαγνητικό πεδίο, τόσο πιο αποτελεσματικός είναι ο περιορισμός του πλάσματος, αλλά τα δομικά υλικά πρέπει να αντέχουν σε υψηλές καταπονήσεις χωρίς να γίνονται εύθραυστα.

Οι παραδοσιακοί ανοξείδωτοι χάλυβες όπως ο 316LN έχουν φτάσει στα όριά τους όταν λειτουργούν υπό μαγνητικό πεδίο 11,8 Tesla. Κατά τη διάρκεια δοκιμών στο πλαίσιο του διεθνούς έργου ITER το 2011, σημειώθηκε απώλεια ολκιμότητας σε χαμηλές θερμοκρασίες, προκαλώντας σημαντικές καθυστερήσεις. Αναγνωρίζοντας αυτό ως σημαντικό εμπόδιο, Κινέζοι επιστήμονες ερευνούν έναν νέο τύπο χάλυβα με στόχο την επίτευξη του μαγνητικού πεδίου σχεδιασμού έως και 20 Tesla για τον αντιδραστήρα BEST.

Το 10ετές ταξίδι της ανάπτυξης χάλυβα CHSN01

Η ανάπτυξη του CHSN01 διήρκεσε πάνω από μια δεκαετία, με τη συμμετοχή κορυφαίων εμπειρογνωμόνων. Στην αρχική φάση, η ερευνητική ομάδα επικεντρώθηκε στην προσαρμογή της σύνθεσης του χάλυβα, προσθέτοντας βανάδιο, άνθρακα και άζωτο για τη βελτίωση των ιδιοτήτων σε θερμοκρασίες υπό το μηδέν.

Το σημείο καμπής ήρθε το 2020 όταν ο Ακαδημαϊκός Zhao Zhongxian, κορυφαίος ειδικός στη φυσική χαμηλών θερμοκρασιών, εντάχθηκε στην ομάδα. Μέχρι το 2023, οι δοκιμές έδειξαν ότι το CHSN01 διατήρησε την ακεραιότητά του υπό μαγνητικό πεδίο 20 Tesla και τάση 1.300 MPa. Το υλικό πέτυχε αντοχή σε εφελκυσμό 1.500 MPa και επιμήκυνση άνω του 25% σε χαμηλές θερμοκρασίες, λύνοντας το πρόβλημα του «αδύνατου τριγώνου» στην επιστήμη των υλικών.

Επιπτώσεις στην παγκόσμια κούρσα ενέργειας

Επί του παρόντος, 500 τόνοι χάλυβα CHSN01 έχουν χρησιμοποιηθεί για την αγώγιμη επένδυση του BEST, με την εγκατάσταση να ξεκινά τον Μάιο του 2023. Το BEST είναι μια συσκευή tokamak που στοχεύει στην αύξηση της ενεργειακής παραγωγής κατά περισσότερο από πέντε φορές και αναμένεται να ολοκληρωθεί το 2027. Σε σύγκριση με το ITER, το έργο BEST στοχεύει άμεσα στην επίδειξη της σκοπιμότητας της εμπορικής παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας.

Ο χάλυβας CHSN01 επιτρέπει τον σχεδιασμό πιο συμπαγών αντιδραστήρων, περίπου στο ένα τρίτο του μεγέθους των συμβατικών, μειώνοντας έτσι το κόστος κατασκευής. Πέρα από τη σύντηξη, αυτό το υλικό έχει επίσης πιθανές εφαρμογές σε επιταχυντές σωματιδίων, τρένα μαγνητικής αιώρησης και συστήματα κβαντικών υπολογιστών. Αυτή η σημαντική ανακάλυψη επιβεβαιώνει το πλεονέκτημα της Κίνας στην αλυσίδα εφοδιασμού καθαρής ενέργειας και ωθεί τον παγκόσμιο αγώνα δρόμου για τη σύντηξη σε μια νέα φάση.

Διαφήμιση

Πηγή: https://baonghean.vn/trung-quoc-dot-pha-thep-chsn01-cho-lo-phan-ung-nhiet-hach-10317808.html