Учёные разработали «суперсталь», которая может вывести термоядерный синтез на новый уровень.
Вот что вы узнаете, читая эту историю:
Сердце термоядерного реактора – центральная соленоид. Она защищена «рубашкой» из специально созданной нержавеющей стали, которая способна выдерживать экстремально высокие температуры и магнитные поля. Китайские ученые утверждают, что новая суперсталь под названием CHSN01 (китайская высокопрочная низкотемпературная сталь номер 1) может работать при максимальных полях до 20 тесла, превосходя по прочности материал рубашки, который будет использован в ITER.
Этот сплав уже применяется в экспериментальной установке BEST – китайском сверхпроводящем токамаке для исследований плазмы горения, и вероятно сыграет ключевую роль во многих будущих термоядерных проектах.
Однако самая большая загадка в области термоядерной энергии заключается вовсе не в физических законах, управляющих гигантскими реакторами типа ТОКАМАК. Ученые уверены: если реактор будет содержать перегретую плазму из дейтерия и трития при температурах близких к 100 миллионам градусов Цельсия, произойдет самоподдерживающаяся реакция, производящая практически неисчерпаемые объемы чистой энергии.
Многие токамаки по всему миру уже доказали это в серии успешных экспериментов, не считая достижения термоядерного воспламенения на Национальном испытательном объекте зажигания (NIF) США в 2022 году.
Главная проблема состоит в материалах, необходимых для создания подобных устройств. “Нужен технологический прорыв – дайте мне материалы, способные удержать все это при рабочих температурах с максимальной эффективностью”, – заявил Фил Фергюсон, доктор наук и руководитель проекта Material Plasma Exposure eXpperiiment (MPEX) в Национальной лаборатории Ок-Ридж изданию Popular Mechanics в 2024 году.
Термоядерному реактору требуются разнообразные компоненты: от дивертора для обработки экстремально горячего плазмы до сверхпроводящих кабелей при криогенных температурах – для поддержания необходимых условий генерации плазмы. Рубашка, или «жакет», центрального соленоида должна состоять из стали, которая сохраняет превосходные механические и тепловые свойства даже при сверхнизких температурах и способна противостоять сильным магнитным полям.
ITER — самый продвинутый в мире токамак, запланированный на запуск первой плазмы в 2034 году – использует материал под названием нержавеющая сталь 316LN, рассчитанную на максимум 11,8 тесла. Однако новое исследование, опубликованное государственным агентством South China Morning Post (SCMP), показывает, что китайские ученые создали новую сталь, которая превосходит даже этот выбор ITER: CHSN01 может выдерживать до 20 тесла магнитного поля и 1500 мегапаскалей напряжения. В статье, представленной в журнале Applied Sciences в мае этого года, описан двенадцатилетний процесс разработки этой новой «рубашки» для центральной соленоида.
Исследователь Ли Лаифенг из Китайской академии наук подчеркнул важность создания современных криогенных сталей: “Хотя поле до 11,8 тесла достаточно для ITER, будущим более мощным магнитам потребуются инновационные материалы”. Развитие таких технологий является не просто желательным, а абсолютно необходимым условием успеха китайских проектов по разработке компактных термоядерных энергетических установок.
CHSN01 уже используется в центральном соленоиде китайского токамака BEST — экспериментальной установки промежуточного типа между существующими и будущими реакторами страны.
