“Kỹ sư” Trung Quốc lại khiến cả thế giới sửng sốt: Tạo ra “siêu thép” dùng cho lò phản ứng nhiệt hạch

Trong nhiều thập kỷ, những dự án nhiệt hạch như Lò phản ứng Nhiệt hạt nhân Thử nghiệm Quốc tế (ITER) sử dụng thép không gỉ đông lạnh, bị mất dần độ dẻo dai khi chu kỳ lặp lại, khiến từ trường của ITER giới hạn mức 11,8 tesla và buộc phải thiết kế cỗ máy lớn tốn kém.

Với mục tiêu xây dựng tokamak sản xuất điện nhỏ hơn, các nhà chức trách Trung Quốc xác định họ cần vỏ lò có thể chịu áp lực cao hơn mà không bị nứt.

Mới đây, các nhà khoa học Trung Quốc đã công bố chi tiết về quá trình tạo ra thép CHSN01, có thể chịu được từ trường 20 tesla và áp suất điện từ 1,3 Gpa (1 GPa tương đương 1.000.000.000 Pa), đồng thời kéo giãn khoảng 30% trước khi gãy.

Đây là loại thép cường độ cao, hoạt động bền bỉ ở môi trường cực lạnh, được thiết kế đặc biệt để phục vụ cho các công trình năng lượng công nghệ cao như nhiệt hạch, tàu ngầm hạt nhân, hoặc khai thác ở vùng cực.

Thép CHSN01

Các kỹ sư bắt đầu với Nitronic-50, một loại thép austenitic gia cố bằng nitơ, và giảm lượng carbon xuống dưới 0,01%. Mức độ carbon cực thấp ngăn hợp kim carbide giòn hình thành trong nhiều năm hoạt động.

Tiếp theo, nhóm nghiên cứu nâng lượng nitơ của hợp kim lên khoảng 0,30%, đồng thời tăng nhẹ lượng niken. Nitơ và niken cùng giữ kim loại trong pha cứng dẻo ngay cả khi nhiệt độ giảm xuống -269 độ C.

Một lượng nhỏ vanadi được thêm vào sau khi đạt sự cân bằng carbon - nitơ, tạo ra các hạt vanadi - nitride chỉ rộng vài nanomet, giúp cố định điểm đứt gãy và tăng độ bền mà không giảm bớt sự dẻo dai. Cuối cùng, nhóm nghiên cứu giới hạn tỷ lệ oxy, phospho và lưu huỳnh dưới 0,02% để không có tạp chất nào khởi đầu rạn nứt dưới áp lực từ. Các chỉnh sửa giúp CHSN01 bền hơn khoảng 40% so với loại thép dùng cho ITER, nhưng vẫn chống nứt tương đương.

Do thép CHSN01 dựa trên quy trình sản xuất có sẵn, các nhà máy Trung Quốc có thể mở rộng quy mô nhanh chóng.

Đến giữa năm 2025, 500 tấn vỏ lò đã được chuyển đến công trường xây dựng BEST ở Hợp Phì. Theo SCMP, nhà vật lý phụ trách dự án là Li Laifeng chia sẻ khối lượng này chứng minh CHSN01 sẵn sàng cho sản xuất công nghiệp.

Nhóm nghiên cứu cho biết, tiềm năng ứng dụng của thép CHSN01 vượt xa lò tokamak như dùng cho máy quét cộng hưởng từ, máy gia tốc hạt, tàu đệm từ, thậm chí cả tủ lạnh giãn nở cho máy tính lượng tử, những thiết bị đều dựa vào cấu trúc phải chịu áp lực ở nhiệt độ lạnh, do đó đòi hỏi loại thép bền và dẻo dai hơn.