China trekt wereldwijde aandacht in de energiesector dankzij de succesvolle ontwikkeling van CHSN01, een supersterk staal. Dit materiaal is bestand tegen de extreme omstandigheden in een kernfusiereactor, iets wat veel internationale experts voorheen voor onmogelijk hielden.
Kernfusie, beschouwd als de "heilige graal" van de energie-industrie, bootst het energieopwekkingsproces van de zon na om een schone, vrijwel onuitputtelijke bron van elektriciteit te leveren. De grootste uitdaging ligt momenteel echter in het vinden van constructiematerialen die bestand zijn tegen extreme bedrijfsomstandigheden.
In de reactorkern bereikt het plasma temperaturen van miljoenen graden Celsius, terwijl de omringende supergeleidende magneten moeten worden gekoeld tot bijna het absolute nulpunt, ongeveer -269 graden Celsius. De combinatie van extreem hoge en lage temperaturen, gecombineerd met enorme mechanische spanningen, stelt strenge eisen aan de materiaalsterkte. De nieuwe CHSN01-legering, ontwikkeld door China, heeft de weg vrijgemaakt voor de BEST-reactor, een project dat direct gericht is op commerciële energieopwekking.
Het overwinnen van materiële beperkingen in internationale projecten.
Kernfusieprocessen vereisen extreem sterke magnetische velden om het plasma stabiel op te sluiten. Deze magneten, die het magnetische veld genereren, maken gebruik van supergeleidende materialen en moeten functioneren in een vloeibare heliumomgeving bij ongeveer -269 °C. Hoe sterker het magnetische veld, hoe effectiever de plasma-opsluiting, maar de constructiematerialen moeten bestand zijn tegen hoge spanningen zonder bros te worden.
Traditionele roestvrijstalen zoals 316LN hebben hun grenzen bereikt bij een magnetisch veld van 11,8 Tesla. Tijdens tests in het internationale ITER-project in 2011 trad verlies van ductiliteit bij lage temperaturen op, wat aanzienlijke vertragingen veroorzaakte. Chinese wetenschappers erkenden dit als een groot obstakel en zijn daarom een nieuw type staal gaan ontwikkelen met als doel het ontwerpmagnetisch veld van maximaal 20 Tesla voor de BEST-reactor te halen.
De 10-jarige reis van de CHSN01-staalontwikkeling
De ontwikkeling van CHSN01 heeft meer dan tien jaar geduurd en er waren vooraanstaande experts bij betrokken. In de beginfase concentreerde het onderzoeksteam zich op het aanpassen van de staalsamenstelling, door vanadium, koolstof en stikstof toe te voegen om de eigenschappen bij temperaturen onder nul te verbeteren.
Het keerpunt kwam in 2020 toen academicus Zhao Zhongxian, een vooraanstaand expert in lage-temperatuurfysica, zich bij het team voegde. In 2023 toonden tests aan dat CHSN01 zijn integriteit behield onder een magnetisch veld van 20 Tesla en een spanning van 1300 MPa. Het materiaal bereikte een treksterkte van 1500 MPa en een rek van meer dan 25% bij lage temperaturen, waarmee het "onmogelijke driehoek"-probleem in de materiaalkunde werd opgelost.
Impact op de wereldwijde energiewedloop
Momenteel is er 500 ton CHSN01-staal gebruikt voor de geleidende bekleding van BEST, waarvan de installatie in mei 2023 van start gaat. BEST is een tokamak die tot doel heeft de energieproductie meer dan vijf keer te verhogen en naar verwachting in 2027 voltooid zal zijn. In vergelijking met ITER is het BEST-project er direct op gericht de haalbaarheid van commerciële elektriciteitsproductie aan te tonen.
CHSN01-staal maakt het mogelijk om compactere reactoren te ontwerpen, ongeveer een derde kleiner dan conventionele reactoren, waardoor de bouwkosten worden verlaagd. Naast kernfusie heeft dit materiaal ook potentiële toepassingen in deeltjesversnellers, magnetische levitatietreinen en kwantumcomputersystemen. Deze doorbraak bevestigt China's voorsprong in de toeleveringsketen van schone energie en stuwt de wereldwijde fusiewedloop naar een nieuwe fase.
Bron: https://baonghean.vn/trung-quoc-dot-pha-thep-chsn01-cho-lo-phan-ung-nhiet-hach-10317808.html
Reactie (0)