Kina drar till sig global uppmärksamhet inom energisektorn tack vare den framgångsrika utvecklingen av CHSN01, ett superstarkt stål. Materialet klarar de hårda förhållandena inuti en fusionsreaktor, något som många internationella experter tidigare ansett vara omöjligt.
Kärnfusion, som anses vara energiindustrins "heliga graal", härmar solens energiproduktionsprocess för att skapa en ren, praktiskt taget outtömlig elkälla. Det största hindret ligger dock för närvarande i att hitta strukturella material som tål extrema driftsmiljöer.
Inuti reaktorkärnan når plasmat temperaturer på miljontals grader Celsius, medan de omgivande supraledande magneterna måste kylas till nära absoluta nollpunkten, ungefär -269 grader Celsius. Kombinationen av ultrahöga temperaturer, ultralåga temperaturer och massiv mekanisk påfrestning ställer höga krav på materialets hållfasthet. Den nya CHSN01-legeringen som utvecklats av Kina har banat väg för BEST-reaktorn, ett projekt som är direkt inriktat på kommersiell kraftproduktion.
Att övervinna materiella begränsningar i internationella projekt.
Kärnfusionsreaktioner kräver extremt starka magnetfält för att stabilt begränsa plasmat. Dessa magneter, som genererar magnetfältet, använder supraledande material och måste fungera i en flytande heliummiljö vid cirka -269 °C. Ju starkare magnetfältet är, desto effektivare är plasmainneslutningen, men strukturmaterialen måste motstå hög belastning utan att bli spröda.
Traditionella rostfria stål som 316LN har nått sina gränser när de arbetar under ett magnetfält på 11,8 Tesla. Under tester i det internationella ITER-projektet 2011 inträffade förlust av duktilitet vid låga temperaturer, vilket orsakade betydande förseningar. Kinesiska forskare har insett detta som ett stort hinder och har forskat på en ny typ av stål med målet att uppfylla det dimensionerande magnetfältet på upp till 20 Tesla för BEST-reaktorn.
Den 10-åriga resan för CHSN01 stålutveckling
Utvecklingen av CHSN01 sträckte sig över ett decennium och ledande experter deltog. I den inledande fasen fokuserade forskargruppen på att justera stålets sammansättning och tillsätta vanadin, kol och kväve för att förbättra egenskaperna vid minusgrader.
Vändpunkten kom 2020 när akademikern Zhao Zhongxian, en ledande expert inom lågtemperaturfysik, anslöt sig till teamet. År 2023 visade tester att CHSN01 bibehöll sin integritet under ett magnetfält på 20 Tesla och en spänning på 1 300 MPa. Materialet uppnådde en draghållfasthet på 1 500 MPa och en töjning på över 25 % vid låga temperaturer, vilket löste problemet med den "omöjliga triangeln" inom materialvetenskap.
Påverkan på den globala energikapplöpningen
För närvarande har 500 ton CHSN01-stål använts för den ledande beklädnaden av BEST, och installationen börjar i maj 2023. BEST är en tokamak-anordning som syftar till att öka energiproduktionen med mer än fem gånger och förväntas vara färdigställd 2027. Jämfört med ITER är BEST-projektet direkt inriktat på att demonstrera genomförbarheten av kommersiell elproduktion.
CHSN01-stål möjliggör design av mer kompakta reaktorer, ungefär en tredjedel så stora som konventionella reaktorer, vilket minskar byggkostnaderna. Utöver fusion har detta material även potentiella tillämpningar inom partikelacceleratorer, magnetiska levitationståg och kvantberäkningssystem. Detta genombrott bekräftar Kinas fördel i leveranskedjan för ren energi och driver den globala fusionskapplöpningen in i en ny fas.
Källa: https://baonghean.vn/trung-quoc-dot-pha-thep-chsn01-cho-lo-phan-ung-nhiet-hach-10317808.html
Kommentar (0)