Китай добился прорыва в разработке стали CHSN01 для термоядерных реакторов.
Сверхпрочная сталь CHSN01 способна выдерживать магнитные поля до 20 Тесла, решая проблему агрессивных материалов и способствуя коммерциализации термоядерной энергетики.
Китай привлекает внимание всего мира в энергетическом секторе благодаря успешной разработке сверхвысокопрочной стали.CHSN01Этот материал способен выдерживать суровые условия внутри термоядерного реактора, что многие международные эксперты ранее считали невозможным.
Термоядерный синтез, считающийся «святым Граалем» энергетической отрасли, имитирует процесс выработки энергии Солнцем, обеспечивая чистый, практически неисчерпаемый источник электроэнергии. Однако в настоящее время самая большая проблема заключается в поиске конструкционных материалов, способных выдерживать экстремальные условия эксплуатации.
Внутри активной зоны реактора плазма достигает температуры в миллионы градусов Цельсия, в то время как окружающие сверхпроводящие магниты должны быть охлаждены почти до абсолютного нуля, приблизительно до -269 градусов Цельсия. Сочетание сверхвысоких температур, сверхнизких температур и огромных механических напряжений предъявляет жесткие требования к прочности материала. Новый сплав CHSN01, разработанный в Китае, проложил путь для реактора BEST, проекта, непосредственно направленного на коммерческое производство электроэнергии.
Преодоление материальных ограничений в международных проектах.
Для стабильных реакций ядерного синтеза требуются чрезвычайно сильные магнитные поля. В этих магнитах, создающих магнитное поле, используются сверхпроводящие материалы, и они должны работать в среде жидкого гелия при температуре приблизительно -269°C. Чем сильнее магнитное поле, тем эффективнее удержание плазмы, но конструкционные материалы должны выдерживать высокие напряжения, не становясь хрупкими.
Традиционные нержавеющие стали, такие как 316LN, достигли своих пределов при работе в магнитном поле 11,8 Тесла. Во время испытаний в рамках международного проекта ITER в 2011 году наблюдалась потеря пластичности при низких температурах, что привело к значительным задержкам. Признавая это серьезным препятствием, китайские ученые исследуют новый тип стали с целью достижения расчетного магнитного поля до 20 Тесла для реактора BEST.
Десятилетний путь разработки сталелитейного завода CHSN01
Разработка CHSN01 заняла более десяти лет и в ней участвовали ведущие специалисты. На начальном этапе исследовательская группа сосредоточилась на корректировке состава стали, добавлении ванадия, углерода и азота для улучшения свойств при отрицательных температурах.
Переломный момент наступил в 2020 году, когда к команде присоединился академик Чжао Чжунсянь, ведущий эксперт в области физики низких температур. К 2023 году испытания показали, что CHSN01 сохраняет свою целостность под воздействием магнитного поля силой 20 Тесла и напряжения 1300 МПа. Материал достиг предела прочности на растяжение 1500 МПа и удлинения более 25% при низких температурах, решив проблему «невозможного треугольника» в материаловедении.
Влияние на глобальную энергетическую гонку
В настоящее время для проводящей оболочки BEST использовано 500 тонн стали CHSN01, а монтаж начался в мае 2023 года. BEST — это токамак, цель которого — увеличить выработку энергии более чем в пять раз, и его завершение ожидается в 2027 году. По сравнению с ITER, проект BEST напрямую направлен на демонстрацию возможности коммерческого производства электроэнергии.
Сталь CHSN01 позволяет проектировать более компактные реакторы, примерно в три раза меньшие по размеру, чем традиционные, что снижает затраты на строительство. Помимо термоядерного синтеза, этот материал также имеет потенциальные применения в ускорителях частиц, поездах на магнитной левитации и системах квантовых вычислений. Этот прорыв подтверждает преимущество Китая в цепочке поставок чистой энергии и выводит глобальную гонку за термоядерным синтезом на новый этап.