จีนประสบความสำเร็จครั้งสำคัญในการพัฒนาเหล็กกล้า CHSN01 สำหรับเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชั่น

เหล็กกล้าความแข็งแรงสูงพิเศษ CHSN01 สามารถทนต่อสนามแม่เหล็กได้สูงถึง 20 เทสลา ช่วยแก้ปัญหาวัสดุที่ทนทานต่อสภาพแวดล้อมรุนแรง และส่งเสริมการพัฒนาพลังงานฟิวชั่นเชิงพาณิชย์

จีนกำลังดึงดูดความสนใจจากทั่วโลกในภาคพลังงานด้วยความสำเร็จในการพัฒนาเหล็กกล้า CHSN01 ซึ่งเป็นเหล็กกล้าที่มีความแข็งแกร่งสูงเป็นพิเศษ วัสดุนี้สามารถทนต่อสภาวะที่รุนแรงภายในเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชั่นได้ ซึ่งผู้เชี่ยวชาญระดับนานาชาติหลายคนเคยคิดว่าเป็นไปไม่ได้มาก่อน

การหลอมรวมนิวเคลียร์ ซึ่งถือเป็น "เป้าหมายสูงสุด" ของอุตสาหกรรมพลังงาน เลียนแบบกระบวนการสร้างพลังงานของดวงอาทิตย์เพื่อให้ได้แหล่งพลังงานไฟฟ้าที่สะอาดและแทบไม่มีวันหมด อย่างไรก็ตาม อุปสรรคที่ใหญ่ที่สุดในปัจจุบันคือการค้นหาวัสดุโครงสร้างที่สามารถทนต่อสภาพแวดล้อมการทำงานที่รุนแรงได้

ภายในแกนปฏิกรณ์ พลาสมามีอุณหภูมิสูงถึงหลายล้านองศาเซลเซียส ในขณะที่แม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดโดยรอบต้องถูกทำให้เย็นลงจนเกือบถึงศูนย์สัมบูรณ์ ประมาณ -269 องศาเซลเซียส การรวมกันของอุณหภูมิสูงมาก อุณหภูมิต่ำมาก และความเค้นทางกลมหาศาล ทำให้วัสดุต้องมีความแข็งแรงในระดับสูงมาก โลหะผสม CHSN01 ใหม่ที่พัฒนาโดยจีนได้ปูทางไปสู่เครื่องปฏิกรณ์ BEST ซึ่งเป็นโครงการที่มุ่งเป้าไปที่การผลิตไฟฟ้าเชิงพาณิชย์โดยตรง

การเอาชนะข้อจำกัดด้านวัสดุในโครงการระหว่างประเทศ

ปฏิกิริยาฟิวชันนิวเคลียร์ต้องการสนามแม่เหล็กที่แข็งแกร่งมากเพื่อกักเก็บพลาสมาอย่างเสถียร แม่เหล็กเหล่านี้ซึ่งสร้างสนามแม่เหล็กนั้นใช้วัสดุตัวนำยิ่งยวดและต้องทำงานในสภาพแวดล้อมของฮีเลียมเหลวที่อุณหภูมิประมาณ -269°C ยิ่งสนามแม่เหล็กแข็งแกร่งมากเท่าใด การกักเก็บพลาสมาก็ยิ่งมีประสิทธิภาพมากขึ้นเท่านั้น แต่โครงสร้างวัสดุต้องทนต่อแรงกดดันสูงโดยไม่เปราะแตก

เหล็กกล้าไร้สนิมแบบดั้งเดิม เช่น 316LN มีข้อจำกัดในการใช้งานภายใต้สนามแม่เหล็ก 11.8 เทสลา ระหว่างการทดสอบในโครงการ ITER ระหว่างประเทศในปี 2011 พบว่าความยืดหยุ่นลดลงที่อุณหภูมิต่ำ ทำให้เกิดความล่าช้าอย่างมาก ด้วยเหตุนี้ นักวิทยาศาสตร์ ชาวจีนจึงตระหนักถึงอุปสรรคสำคัญนี้ และได้ทำการวิจัยเหล็กกล้าชนิดใหม่โดยมีเป้าหมายเพื่อให้สามารถรองรับสนามแม่เหล็กได้สูงถึง 20 เทสลา สำหรับเครื่องปฏิกรณ์ BEST

เส้นทางการพัฒนาเหล็กกล้า CHSN01 ตลอด 10 ปีที่ผ่านมา

การพัฒนาเหล็กกล้า CHSN01 ใช้เวลากว่าทศวรรษ โดยมีผู้เชี่ยวชาญชั้นนำเข้าร่วม ในช่วงเริ่มต้น ทีมวิจัยมุ่งเน้นไปที่การปรับองค์ประกอบของเหล็ก โดยการเติมวาเนเดียม คาร์บอน และไนโตรเจน เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง

จุดเปลี่ยนสำคัญเกิดขึ้นในปี 2020 เมื่อศาสตราจารย์จ้าว จงเซียน ผู้เชี่ยวชาญชั้นนำด้านฟิสิกส์อุณหภูมิต่ำ เข้าร่วมทีม และในปี 2023 การทดสอบแสดงให้เห็นว่า CHSN01 ยังคงสภาพเดิมภายใต้สนามแม่เหล็ก 20 เทสลา และแรงเค้น 1,300 เมกะปาสคาล วัสดุนี้มีความแข็งแรงดึง 1,500 เมกะปาสคาล และยืดตัวได้มากกว่า 25% ที่อุณหภูมิต่ำ ซึ่งเป็นการแก้ปัญหา "สามเหลี่ยมที่เป็นไปไม่ได้" ในวิทยาศาสตร์วัสดุ

ผลกระทบต่อการแข่งขันด้านพลังงานระดับโลก

ปัจจุบันมีการใช้เหล็กกล้า CHSN01 จำนวน 500 ตันสำหรับทำปลอกหุ้มตัวนำไฟฟ้าของเครื่องปฏิกรณ์ BEST โดยเริ่มติดตั้งในเดือนพฤษภาคม 2023 BEST เป็นเครื่องปฏิกรณ์โทคาแมคที่มีเป้าหมายเพื่อเพิ่มผลผลิตพลังงานมากกว่าห้าเท่า และคาดว่าจะแล้วเสร็จในปี 2027 เมื่อเทียบกับ ITER โครงการ BEST มีเป้าหมายโดยตรงในการแสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้ของการผลิตไฟฟ้าเชิงพาณิชย์

เหล็กกล้า CHSN01 ช่วยให้สามารถออกแบบเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่มีขนาดกะทัดรัดมากขึ้น โดยมีขนาดเล็กกว่าเครื่องปฏิกรณ์แบบดั้งเดิมประมาณหนึ่งในสาม ซึ่งช่วยลดต้นทุนการก่อสร้าง นอกจากด้านฟิวชั่นแล้ว วัสดุนี้ยังมีศักยภาพในการใช้งานในเครื่องเร่งอนุภาค รถไฟแม่เหล็ก และระบบคอมพิวเตอร์ควอนตัม ความก้าวหน้าครั้งนี้ยืนยันถึงความได้เปรียบของจีนในห่วงโซ่อุปทานพลังงานสะอาด และผลักดันการแข่งขันด้านฟิวชั่นระดับโลกเข้าสู่เฟสใหม่

การโฆษณา

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