Chiny przyciągają uwagę całego świata w sektorze energetycznym dzięki udanemu opracowaniu CHSN01, superwytrzymałej stali. Materiał ten jest w stanie wytrzymać trudne warunki panujące w reaktorze fuzyjnym, co wielu międzynarodowych ekspertów wcześniej uważało za niemożliwe.
Fuzja jądrowa, uważana za „święty Graal” energetyki, naśladuje proces wytwarzania energii słonecznej, zapewniając czyste i praktycznie niewyczerpane źródło energii elektrycznej. Jednak największą przeszkodą jest obecnie znalezienie materiałów konstrukcyjnych, które wytrzymają ekstremalne warunki pracy.
Wewnątrz rdzenia reaktora plazma osiąga temperaturę milionów stopni Celsjusza, podczas gdy otaczające ją nadprzewodzące magnesy muszą być schłodzone do temperatury bliskiej zera absolutnego, czyli około -269 stopni Celsjusza. Połączenie ultrawysokich i ultraniskich temperatur oraz ogromnych naprężeń mechanicznych stawia wysokie wymagania wytrzymałościowe materiałom. Nowy stop CHSN01, opracowany przez Chiny, utorował drogę reaktorowi BEST, projektowi ukierunkowanemu bezpośrednio na komercyjną produkcję energii.
Pokonywanie ograniczeń materiałowych w projektach międzynarodowych.
Reakcje syntezy jądrowej wymagają ekstremalnie silnych pól magnetycznych, aby stabilnie utrzymać plazmę. Magnesy te, generujące pole magnetyczne, wykorzystują materiały nadprzewodzące i muszą pracować w środowisku ciekłego helu w temperaturze około -269°C. Im silniejsze pole magnetyczne, tym skuteczniejsze jest utrzymanie plazmy, ale materiały konstrukcyjne muszą wytrzymywać wysokie naprężenia, nie stając się kruche.
Tradycyjne stale nierdzewne, takie jak 316LN, osiągnęły swoje granice wytrzymałości w polu magnetycznym o natężeniu 11,8 tesli. Podczas testów w ramach międzynarodowego projektu ITER w 2011 roku doszło do utraty ciągliwości w niskich temperaturach, co spowodowało znaczne opóźnienia. Uznając to za poważną przeszkodę, chińscy naukowcy badają nowy rodzaj stali, mający na celu spełnienie wymagań dotyczących pola magnetycznego do 20 tesli dla reaktora BEST.
10-letnia podróż rozwoju stali CHSN01
Prace nad CHSN01 trwały ponad dekadę, a udział w nich brali czołowi eksperci. W początkowej fazie zespół badawczy skupił się na dostosowaniu składu stali poprzez dodanie wanadu, węgla i azotu w celu poprawy właściwości w temperaturach ujemnych.
Przełom nastąpił w 2020 roku, kiedy do zespołu dołączył akademik Zhao Zhongxian, czołowy ekspert w dziedzinie fizyki niskich temperatur. Do 2023 roku testy wykazały, że CHSN01 zachował integralność w polu magnetycznym o natężeniu 20 tesli i naprężeniu 1300 MPa. Materiał osiągnął wytrzymałość na rozciąganie 1500 MPa i wydłużenie ponad 25% w niskich temperaturach, rozwiązując problem „niemożliwego trójkąta” w materiałoznawstwie.
Wpływ na globalny wyścig energetyczny
Obecnie do pokrycia przewodzącego BEST wykorzystano 500 ton stali CHSN01, a instalacja rozpocznie się w maju 2023 r. BEST to tokamak, który ma zwiększyć produkcję energii ponad pięciokrotnie, a jego ukończenie planowane jest na 2027 r. W porównaniu do ITER, projekt BEST ma na celu bezpośrednie wykazanie wykonalności komercyjnej produkcji energii elektrycznej.
Stal CHSN01 pozwala na projektowanie bardziej kompaktowych reaktorów, o około jedną trzecią mniejszych niż reaktory konwencjonalne, co pozwala obniżyć koszty budowy. Poza syntezą jądrową, materiał ten ma również potencjalne zastosowania w akceleratorach cząstek, magnetycznych pociągach lewitacyjnych i kwantowych systemach komputerowych. Ten przełom potwierdza przewagę Chin w łańcuchu dostaw czystej energii i wprowadza globalny wyścig fuzyjny w nową fazę.
Źródło: https://baonghean.vn/trung-quoc-dot-pha-thep-chsn01-cho-lo-phan-ung-nhiet-hach-10317808.html
Komentarz (0)