Για την κατασκευή αντιδραστήρων σύντηξης, χρειαζόμαστε υλικά που να αντέχουν στο σκληρό περιβάλλον τους, και ένα νέο υλικό που παρασκευάστηκε στην Κίνα μπορεί να επιβιώσει στις ακραίες συνθήκες των αντιδραστήρων.
- Ένας νέος «υπερ-χάλυβας» έχει σχεδιαστεί για να αντέχει στην υπερβολική θερμοκρασία και τις εξαιρετικά υψηλές πιέσεις που δημιουργούνται στους αντιδραστήρες σύντηξης, οι οποίοι αναπαράγουν τις συνθήκες του πυρήνα του ήλιου, προσφέροντας ελπίδες για μια πιο βιώσιμη και ασφαλή παραγωγή ενέργειας από σύντηξη στο μέλλον.
- Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι αυτό το υλικό θα μπορούσε να παίξει κρίσιμο ρόλο στην ανάπτυξη της επόμενης γενιάς αντιδραστήρων σύντηξης, ανοίγοντας τον δρόμο για μια καθαρότερη και πιο άφθονη πηγή ενέργειας για τον πλανήτη.
- Το κεντρικό σωληνοειδές είναι η καρδιά ενός αντιδραστήρα σύντηξης, φτιαγμένος από προσεκτικά κατασκευασμένο ανοξείδωτο χάλυβα—ικανός να αντέξει ακραίες θερμοκρασίες και μαγνητικά πεδία— ώστε να τον προστατεύει.
- Οι Κινέζοι επιστήμονες δηλώνουν ότι ένας νέος υπερ-χάλυβας, ο οποίος ονομάζεται China high-strength low-temperature steel No. 1 (CHSN01), μπορεί να λειτουργήσει σε μαγνητικά πεδία έως και 20 Τέσλα, ξεπερνώντας σε απόδοση το ατσάλινο περίβλημα που πρόκειται να χρησιμοποιηθεί στο έργο ITER.
-
Η Κίνα ενσωματώνει τον CHSN01 στο Superconducting Tokamak του Πειράματος Καύσης Πλάσματος (BEST) και είναι πιθανό να παίξει ρόλο σε μελλοντικά έργα σύντηξης στο μέλλον.
Ο άγνωστος Χ στην ενέργεια σύντηξης
Το πιο μεγάλο μυστήριο στην ενέργεια σύντηξης δεν είναι η φυσική που τροφοδοτεί τους τεράστιους αντιδραστήρες γνωστούς ως τόκαμακ.
Οι επιστήμονες είναι βέβαιοι ότι, αν ένας αντιδραστήρας περιέχει υπερθερμαινόμενο πλάσμα, τροφοδοτούμενο από βαριά ισότοπα του υδρογόνου, το δευτέριο και το τρίτιο, σε θερμοκρασίες που πλησιάζουν τους 100 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου, τότε θα παραχθεί μια αυτοσυντηρούμενη αντίδραση που θα γεννάει σχεδόν ατελείωτες ποσότητες καθαρής ενέργειας.
Τα τοκάμακ σε όλο τον κόσμο — και όχι μόνο η επιτυχής ανάφλεξη σύντηξης του National Ignition Facility το 2022 — έχουν αποδείξει αυτή τη διαδικασία ξανά και ξανά. Το πραγματικό πρόβλημα είναι τα υλικά που απαιτούνται για την κατασκευή του.
«Χρειαζόμαστε μια ουσιαστική λύση. Να έχουμε τα υλικά που θα κρατήσουν αυτό το σύστημα ενωμένο, σε αυτές τις θερμοκρασίες, ώστε να είναι αποδοτικό», δήλωσε ο Phil Ferguson, Διευθυντής του προγράμματος Material Plasma Exposure eXperiment (MPEX) στο Εθνικό Εργαστήριο Oak Ridge, στο Popular Mechanics το 2024. «Πρέπει ν’ ανακαλύψουμε περισσότερα υλικά».
Τι χρειάζεται για να λειτουργήσει σωστά ένας αντιδραστήρας σύντηξης
Ένας αντιδραστήρας σύντηξης χρειάζεται όχι μόνο εξαρτήματα, όπως ο εκτροπέας (divertor), που αντέχουν την ακραία θερμότητα του πλάσματος, αλλά και άλλα μέρη της ίδιας μηχανής που πρέπει να λειτουργούν και να αντέχουν σε θερμοκρασίες κοντά στο απόλυτο μηδέν.
Ένα από αυτά τα μέρη είναι η καρδιά του αντιδραστήρα, που ονομάζεται κεντρικό σωληνοειδές, το οποίο ευθύνεται για το μεγαλύτερο μέρος της μαγνητικής ροής που παράγει το πλάσμα και τροφοδοτείται από υπερψυχρούς υπεραγωγούς σε καλώδιο μέσα σε αγωγό.
Η ασπίδα ή «θήκη» για το κεντρικό σωληνοειδές πρέπει να είναι κατασκευασμένη από χάλυβα που διατηρεί εξαιρετικές μηχανικές και θερμικές ιδιότητες σε κρυογενικές θερμοκρασίες, ενώ παράλληλα αντέχει σε ισχυρά μαγνητικά πεδία.
Ο χάλυβας που αντέχει σε ακραίες συνθήκες
Ο Διεθνής Πειραματικός Θερμοπυρηνικός Αντιδραστήρας (ITER), ο πιο προηγμένος τοκάμακ παγκοσμίως, που αναμένεται να παράγει το πρώτο του πλάσμα το 2034, χρησιμοποιεί ένα υλικό γνωστό ως ανοξείδωτος χάλυβας 316LN, σχεδιασμένος να λειτουργεί σε μέγιστο μαγνητικό πεδίο 11,8 Τέσλα.
Ωστόσο, ένα νέο δημοσίευμα από το κρατικό μέσο South China Morning Post (SCMP) υποστηρίζει ότι Κινέζοι επιστήμονες ανέπτυξαν ένα νέο υλικό που ξεπερνά ακόμη και τον χάλυβα που προτιμάται για το «προστατευτικό» του ITER.
Αυτό το «υπερατσάλι», με την ονομασία China high-strength low-temperature steel No. 1 (CHSN01), μπορεί να αντέξει μέχρι και 20 Τέσλα και πίεση 1.500 μεγαπάσκαλ (MPa).
Οι επιστήμονες εξήγησαν τη 12χρονη διαδικασία δημιουργίας αυτού του συγκεκριμένου χάλυβα στην επιστημονική επιθεώρηση Applied Sciences τον περασμένο Μάιο.