在國際核聚變研究領(lǐng)域，有一條幾乎被所有科學(xué)家認(rèn)定的“死亡線”——沒有任何一種金屬材料，能夠同時承受接近絕對零度的低溫和極高強(qiáng)度的磁場。這不僅是物理學(xué)上的極限，更是材料科學(xué)家的噩夢。

可就在前不久，中國科研團(tuán)隊交出了一份足以讓全球震驚的答卷——超級鋼CHSN01橫空出世！它不僅完美越過了這條“死亡線”，還一次性解決了困擾核聚變工程界數(shù)十年的材料瓶頸。外媒直接驚呼：這是“不可能完成的任務(wù)”，可中國人偏偏做到了。

材料界的“終極試煉場”

要理解CHSN01的突破有多大，先得看看核聚變反應(yīng)堆對材料的殘酷要求。

核聚變的原理，是在反應(yīng)堆內(nèi)部制造出和太陽核心相似的環(huán)境——溫度高達(dá)數(shù)百萬攝氏度，讓氫原子發(fā)生聚變，釋放出巨大能量。為了束縛住這種“人造太陽”，科學(xué)家需要超導(dǎo)磁體產(chǎn)生極強(qiáng)磁場，防止等離子體接觸到反應(yīng)堆壁。

問題來了，超導(dǎo)磁體必須冷卻到零下269℃（只比絕對零度高4度）才能正常工作，而且要承受高達(dá)20特斯拉的磁場強(qiáng)度——幾乎是國際熱核聚變實驗堆（ITER）磁場強(qiáng)度的兩倍。

這種“冰火兩重天”的工作環(huán)境，對絕大多數(shù)金屬都是“秒殺”。此前全球普遍使用的316LN不銹鋼，已經(jīng)接近理論性能極限，可在低溫高磁場下依舊會變脆、失去延展性。ITER項目在2011年的低溫測試就曾因此遇到重大挫折。

所以，當(dāng)中國宣布要開發(fā)性能更優(yōu)的替代材料時，不少國際專家直言“不可能”。但CHSN01的誕生，讓這些質(zhì)疑瞬間失聲。

1500兆帕強(qiáng)度 + 25%延伸率，顛覆認(rèn)知

圖為BEST裝置中采用CHSN01鋼制造的TF線圈盒部件，這是托舉超導(dǎo)磁體的關(guān)鍵骨架。

CHSN01合金的最大亮點，就是它實現(xiàn)了高強(qiáng)度與高韌性的完美平衡。

在零下269℃的極端低溫下，它依然能保持1500兆帕的屈服強(qiáng)度，并擁有超過25%的延伸率。換句話說，它不僅能扛得住超強(qiáng)拉力，還能在不脆裂的情況下發(fā)生一定變形，這種性能組合在材料學(xué)界堪稱“神跡”。

測試結(jié)果顯示，CHSN01在20特斯拉磁場和1300兆帕應(yīng)力下依然能保持結(jié)構(gòu)完整性——這意味著它完全能勝任下一代商業(yè)化核聚變反應(yīng)堆的核心結(jié)構(gòu)需求。

更重要的是，這種材料是100%國產(chǎn)化生產(chǎn)的，中國不再需要依賴進(jìn)口高端鋼材，這對國家能源安全和高端制造業(yè)來說，都是戰(zhàn)略性勝利。

十年磨一劍，趙忠賢院士點燃“關(guān)鍵一把火”

CHSN01的研發(fā)絕非一蹴而就。早在十多年前，中國科研團(tuán)隊就開始嘗試通過調(diào)整釩、碳、氮等元素比例來提升鋼材性能。雖然初期有希望，但始終未能達(dá)到核聚變級別的苛刻標(biāo)準(zhǔn)。

轉(zhuǎn)折發(fā)生在2020年——中國低溫物理學(xué)泰斗、國家最高科學(xué)技術(shù)獎得主趙忠賢院士加入團(tuán)隊，他提出了更嚴(yán)格的研發(fā)指標(biāo)：在低溫條件下必須同時實現(xiàn)1500兆帕強(qiáng)度和25%以上延伸率。

在他的指導(dǎo)下，研發(fā)團(tuán)隊重新優(yōu)化了合金配方和熱處理工藝，僅用兩年時間，就讓CHSN01在實驗中一次性通過全部嚴(yán)苛測試。到2023年5月，這種超級鋼已經(jīng)開始在BEST核聚變反應(yīng)堆中安裝使用，僅導(dǎo)體護(hù)套部分就用了500噸CHSN01合金。

BEST反應(yīng)堆：中國的“人造太陽”走向商業(yè)化

圖為中國BEST聚變裝置的組裝現(xiàn)場。CHSN01鋼將支撐這個“人造太陽”超導(dǎo)磁體系統(tǒng)的核心結(jié)構(gòu)

與ITER不同，BEST反應(yīng)堆的目標(biāo)不是科研驗證，而是商業(yè)化發(fā)電。這意味著它的材料必須能在更長周期、更高強(qiáng)度的環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行。

按照計劃，BEST將在2027年建成，一旦投入運(yùn)行，就能源源不斷地提供清潔能源。如果說ITER是實驗室里的“樣機(jī)”，那么BEST就是能真正并入電網(wǎng)的“量產(chǎn)機(jī)”。

CHSN01的問世，為BEST提供了最堅固的“骨骼”，也為中國在全球清潔能源賽道搶占先機(jī)。

不止核聚變，未來更多可能

圖為最佳全尺寸超導(dǎo)磁體，世界上第一個使用CHSN01鋼作為鎧裝的磁體

CHSN01的意義不止于核聚變發(fā)電。由于它能在極端環(huán)境下保持優(yōu)異性能，這種超級鋼同樣適合粒子加速器、深空探測設(shè)備、極地科考裝置等高端工程項目。

這意味著，中國不僅在核聚變技術(shù)上邁出了關(guān)鍵一步，還順帶掌握了一項可廣泛應(yīng)用于頂尖科技領(lǐng)域的戰(zhàn)略材料。

從“不可能”到“必須做到”

外媒的“不可能”，被中國科學(xué)家用十多年堅持變成了“必須做到”。這不僅是材料科學(xué)的勝利，更是國家戰(zhàn)略定力的體現(xiàn)。

在全球能源版圖加速重構(gòu)、氣候變化日益嚴(yán)峻的當(dāng)下，核聚變被公認(rèn)為人類能源的終極解決方案。CHSN01的出現(xiàn)，意味著中國已經(jīng)在這場攸關(guān)未來的能源革命中占據(jù)了有利位置。

未來，當(dāng)BEST反應(yīng)堆點亮第一盞由核聚變發(fā)出的電燈時，人們會記得，曾經(jīng)有一群中國科研人，把“不可能”三個字從世界科技史上抹去！為中國科研人點贊！