فولاد اتمی چین: آیا این “خورشید مصنوعی” را مهار میکند؟
دانشمندان چینی مدعی دستیابی به موفقیتی شدهاند که از نظر بسیاری در جامعه بینالمللی غیرممکن به نظر میرسید: تولید فولادی با مقاومت کافی برای دوام آوردن در شرایط طاقتفرسای داخل یک رآکتور همجوشی هستهای. این آلیاژ که CHSN01 نام دارد (مخفف عبارت فولاد کمدمای پرمقاومت شماره ۱ چین)، قادر است سرمای شدید هلیوم مایع و همچنین فشارهای مغناطیسی عظیمی که برای همجوشی لازم است را تحمل کند؛ شرایطی که مهندسان را برای دههها ناکام گذاشته بود. این دستاورد که جزئیات آن توسط نشریه ساوث چاینا مورنینگ پست منتشر شده، هماکنون در رآکتور همجوشی BEST چین مورد استفاده قرار میگیرد. این رآکتور در حال ساخت بوده و انتظار میرود تا سال 2027 تکمیل شود.
چالشهای ساخت سازه برای قلب یک ستاره
درون یک رآکتور همجوشی، دما تا میلیونها درجه افزایش مییابد تا فرایند تولید انرژی خورشید شبیهسازی شود. اما آهنرباهایی که این پلاسما را محدود میکنند، برای حفظ حالت ابررسانایی باید تا منهای 269 درجه سانتیگراد (کمی بالاتر از صفر مطلق) سرد شوند. این آهنرباها همچنین میدانهای مغناطیسی تا 20 تسلا را تحمل میکنند که تقریباً دو برابر قدرت میدانهای مورد استفاده در پروژه ITER در فرانسه است (بزرگترین آزمایش همجوشی جهان).
این ترکیب شدید از سرما و نیرو، اکثر فلزات را از بین میبرد. در واقع، خود پروژه ITER در سال 2011 با مشکلاتی مواجه شد، زیرا فولاد کرایوژنیک آن در طول آزمایش شکننده شد و قابلیت انعطاف خود را از دست داد. موادی مانند فولاد زنگنزن 316LN که به طور گسترده در تحقیقات همجوشی مورد استفاده قرار میگیرند، از قبل به عنوان نزدیک به حد نهایی امکانات موجود تلقی میشدند. به همین دلیل، زمانی که چین شروع به صحبت در مورد توسعه چیزی بهتر کرد، کارشناسان بینالمللی با شک و تردید به این موضوع نگاه کردند.
یک دهه رقابت: از تردید تا استقرار
کار بر روی CHSN01 بیش از ده سال پیش آغاز شد و محققان به منظور افزایش عملکرد، محتوای وانادیوم، کربن و نیتروژن را تنظیم کردند. نتایج امیدوارکننده بود، اما با این حال از الزامات مربوط به همجوشی فاصله داشت.
نقطه عطف در سال 2020 رخ داد، زمانی که ژائو ژونگشیان، کارشناس مشهور فیزیک برودتی و دریافتکننده جایزه برتر علمی چین، به تیم ملحق شد. نفوذ او به تغییر رویکرد پروژه کمک کرد. تا سال 2021، چین معیارهای سختگیرانه خود را تعیین کرده بود: استحکام تسلیم 1500 مگاپاسکال و بیش از 25 درصد ازدیاد طول در دماهای بسیار پایین (ترکیبی که امکان استحکام و انعطافپذیری فوقالعاده در سرما را فراهم میکند).
دو سال بعد، آزمایشها تأیید کردند که CHSN01 میتواند میدانهای مغناطیسی 20 تسلا و تنش 1300 مگاپاسکال را بدون شکست تحمل کند. تا ماه مه 2023، این فولاد در حال نصب در رآکتور BEST بود و 500 تن از این آلیاژ فقط برای روکش هادیها مورد استفاده قرار گرفت.
تلاش برای تولید برق
در حالی که ITER صرفاً برای تحقیق طراحی شده و برقی تولید نخواهد کرد، رآکتور BEST چین هدف متفاوتی دارد: تولید تجاری برق. این بدان معناست که مواد داخل آن باید عمر طولانیتری داشته باشند و شرایط سختتری را نسبت به طرحهای بینالمللی فعلی تحمل کنند.
فیزیکدان لی لایفنگ از آکادمی علوم چین در سال 2011 اشاره کرد که رآکتورهای آینده به میدانهای مغناطیسی قویتری نسبت به حد 11.8 تسلا در ITER نیاز خواهند داشت. به گفته وی، CHSN01 موقعیت چین را برای برآورده کردن این نیازها تثبیت میکند.
این ماده همچنین به طور کامل در داخل کشور تولید میشود و وابستگی به فولادهای با درجه بالا وارداتی را کاهش میدهد و به چین کنترل فناوریای را میدهد که کاربردهای بالقوهای فراتر از همجوشی دارد؛ از شتابدهندههای ذرات گرفته تا اکتشافات فضایی عمیق.
