중국은 초강력 강철인 CHSN01 의 개발에 성공하면서 에너지 분야에서 세계적인 주목을 받고 있습니다. 이 소재는 핵융합로 내부의 극한 환경을 견딜 수 있는데, 이는 많은 국제 전문가들이 이전에는 불가능하다고 여겼던 것입니다.
에너지 산업의 '꿈의 기술'로 여겨지는 핵융합은 태양의 에너지 생성 과정을 모방하여 깨끗하고 사실상 무한한 전력원을 제공합니다. 그러나 현재 가장 큰 난관은 극한의 작동 환경을 견딜 수 있는 구조 재료를 찾는 것입니다.
원자로 노심 내부의 플라즈마는 수백만 도에 달하는 고온에 이르며, 주변의 초전도 자석은 영하에 가까운 영하 269도까지 냉각되어야 합니다. 이러한 초고온, 초저온, 그리고 막대한 기계적 응력의 조합은 재료 강도에 매우 까다로운 조건을 요구합니다. 중국이 개발한 새로운 CHSN01 합금은 상용 발전을 목표로 하는 BEST 원자로 프로젝트의 핵심 소재가 되었습니다.
국제 프로젝트에서 물질적 제약을 극복하는 방법.
핵융합 반응에서는 플라즈마를 안정적으로 가두기 위해 극도로 강력한 자기장이 필요합니다. 이러한 자기장을 생성하는 자석은 초전도체 소재를 사용하며, 약 -269°C의 액체 헬륨 환경에서 작동해야 합니다. 자기장이 강할수록 플라즈마 가둠 효율이 높아지지만, 구조 재료는 취성 없이 높은 응력을 견뎌야 합니다.
316LN과 같은 기존 스테인리스강은 11.8 테슬라의 자기장 환경에서 한계에 도달했습니다. 2011년 국제 ITER 프로젝트 시험 중 저온에서 연성 손실이 발생하여 상당한 지연을 초래했습니다. 이러한 문제를 주요 장애물로 인식한 중국 과학자들은 BEST 원자로의 설계 자기장인 최대 20 테슬라를 견딜 수 있는 새로운 유형의 강철을 연구해 왔습니다.
CHSN01 철강 개발의 10년 여정
CHSN01 개발에는 10년 이상이 소요되었으며, 업계 최고의 전문가들이 참여했습니다. 초기 단계에서 연구팀은 강철 조성을 조정하는 데 집중하여 바나듐, 탄소 및 질소를 첨가함으로써 영하의 온도에서 물성을 향상시켰습니다.
전환점은 저온 물리학 분야의 권위자인 자오 중셴(Zhao Zhongxian) 학술원 회원이 2020년 연구팀에 합류하면서 찾아왔습니다. 2023년까지 진행된 시험에서 CHSN01은 20테슬라의 자기장과 1,300MPa의 응력 하에서도 형태를 유지하는 것으로 나타났습니다. 이 소재는 저온에서 1,500MPa의 인장 강도와 25% 이상의 연신율을 달성하며 재료 과학 분야의 "불가능한 삼각형" 문제를 해결했습니다.
세계 에너지 경쟁에 미치는 영향
현재 BEST의 전도성 클래딩에는 500톤의 CHSN01 강재가 사용되고 있으며, 설치는 2023년 5월에 시작되었습니다. BEST는 에너지 생산량을 5배 이상 증대하는 것을 목표로 하는 토카막 장치로, 2027년 완공 예정입니다. ITER와 비교했을 때, BEST 프로젝트는 상업적 전력 생산의 실현 가능성을 직접적으로 입증하는 것을 목표로 합니다.
CHSN01 강철은 기존 원자로 크기의 약 3분의 1에 불과한 소형 원자로 설계를 가능하게 하여 건설 비용을 절감합니다. 핵융합 외에도 이 소재는 입자 가속기, 자기 부상 열차, 양자 컴퓨팅 시스템 등에도 적용될 잠재력을 가지고 있습니다. 이번 발견은 청정에너지 공급망에서 중국의 우위를 확고히 하고, 전 세계 핵융합 경쟁을 새로운 국면으로 이끌 것입니다.
출처: https://baonghean.vn/trung-quoc-dot-pha-thep-chsn01-cho-lo-phan-ung-nhiet-hach-10317808.html
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