Китайские учёные утверждают, что достигли того, что многие в международном научном сообществе считали «совершенно невозможным»: создали сталь, способную выдержать жесточайшие условия внутри реактора ядерного синтеза. Сплав, получивший название CHSN01 (China high-strength low-temperature steel No. 1), может выдержать как экстремальный холод жидкого гелия, так и сокрушительные магнитные силы, необходимые для синтеза — условия, которые десятилетиями ставили в тупик инженеров.
Это достижение, о котором подробно пишет South China Morning Post, уже используется в китайском термоядерном реакторе BEST, строительство которого ведётся в настоящее время и должно быть завершено к 2027 году.
Вызов при создании материалов для сердца звезды
Внутри реактора синтеза температура достигает миллионов градусов, чтобы воспроизвести солнечный процесс энерговыделения. Но магниты, удерживающие плазму, должны быть охлаждены до −269 °C (чуть выше абсолютного нуля), чтобы оставаться сверхпроводящими. Они также выдерживают магнитные поля до 20 Тесла, что почти вдвое превышает силу тех, что используются во французском проекте ITER — крупнейшем в мире эксперименте по термоядерному синтезу.
Такое экстремальное сочетание холода и силы разрушает большинство металлов. На самом деле, ITER сам столкнулся с трудностями в 2011 году, когда его криогенная сталь стала хрупкой и потеряла пластичность во время испытаний. Материалы вроде нержавеющей стали 316LN, широко используемой в исследованиях по термоядерному синтезу, уже считались близкими к пределу возможного. Поэтому, когда Китай начал говорить о разработке чего-то лучшего, международные эксперты отнеслись к этому скептически.
Десятилетняя гонка от сомнений к внедрению
Работа над CHSN01 началась более десяти лет назад, когда исследователи корректировали содержание ванадия, углерода и азота для повышения производительности. Результаты были многообещающими, но не соответствовали требованиям для синтеза.
Поворотный момент наступил в 2020 году, когда к команде присоединился Чжао Чжунсянь, известный эксперт по криогенной физике и лауреат высшей научной награды Китая. Его влияние помогло изменить подход к проекту. К 2021 году Китай установил собственные жёсткие стандарты: предел текучести 1500 МПа и более 25% удлинения при криогенных температурах — сочетание, обеспечивающее исключительную прочность и гибкость на холоде.
Два года спустя испытания подтвердили, что CHSN01 может выдерживать магнитные поля в 20 Тесла и нагрузку в 1300 МПа без разрушения. К маю 2023 года сталь уже использовалась в реакторе BEST, причём 500 тонн сплава были использованы только для изоляции проводников.
Шаг к производству энергии
В отличие от ITER, созданного исключительно для исследований и не предназначенного для выработки электроэнергии, китайский реактор BEST преследует иную цель: коммерческое производство энергии. Это означает, что материалы внутри должны служить дольше и выдерживать более жёсткие условия, чем в текущих международных проектах.
Физик Ли Лайфэн из Китайской академии наук ещё в 2011 году отмечал, что будущим реакторам потребуются более сильные магнитные поля, чем предел ITER в 11,8 Тесла. По его словам, CHSN01 позволит Китаю удовлетворить эти потребности.
Материал также полностью производится внутри страны, что снижает зависимость от импортной высококачественной стали и даёт Китаю контроль над технологией, имеющей потенциальное применение далеко за пределами термоядерного синтеза — от ускорителей частиц до исследований в глубоком космосе.
Наслаждайтесь этой статьёй? Подпишитесь на нашу бесплатную рассылку, чтобы получать увлекательные истории, эксклюзивный контент и последние новости.
Для получения дополнительных новостей, подобных этой, посетите Dailygalaxy.com.