จีนเปิดตัว "ซูเปอร์สตีล" วัสดุปฏิวัติวงการ สร้างเตาปฏิกรณ์ฟิวชันแห่งอนาคต

ทีมนักวิจัยของจีน โดยมี หลี่ ไหล่เฟิง (Li Laifeng) นักวิจัยจากสถาบันฟิสิกส์และเคมีเชิงเทคนิคของ Chinese Academy of Sciences (CAS) ร่วมมือกับ จ้าว จงเสียน (Zhao Zhongxian) นักฟิสิกส์ชื่อดังและผู้เชี่ยวชาญด้านฟิสิกส์อุณหภูมิต่ำ ประสบความสำเร็จในการพัฒนา “ซูเปอร์สตีล” ในชื่อ CHSN01  ทั้งนี้ “ซูเปอร์สตีล” คือ เหล็กกล้าพิเศษที่สามารถทนทานต่อสภาวะสุดขั้วในเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชันได้สำเร็จ หลังทุ่มเทวิจัยมานานกว่าทศวรรษ 

การวิจัยเริ่มขึ้นตั้งแต่เมื่อกว่าสิบปีที่แล้ว โดยในปี 2011 ทีมนักวิทยาศาสตร์จีนได้พัฒนาโซลูชันวัสดุสำหรับแม่เหล็กของเตาปฏิกรณ์ฟิวชันได้เป็นครั้งแรก ปัจจุบันอยู่ในขั้นตอนเตรียมนำไปใช้ในเตาปฏิกรณ์แล้ว และคาดว่าจะเป็นแห่งแรกของโลกที่สามารถใช้ผลิตไฟฟ้าได้จริง

เทคโนโลยีเหล็กกล้าใหม่พลิกวงการ

โดยทั่วไปเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชัน ต้องทำงานภายใต้สภาวะสุดขั้วอย่างยิ่งยวด ทั้งสนามแม่เหล็กที่ทรงพลังมหาศาลและอุณหภูมิที่ใกล้เคียงศูนย์สัมบูรณ์ หรืออุณหภูมิที่ต่ำที่สุดเท่าที่เป็นไปได้ในทางฟิสิกส์ หรือประมาณ -273.15 องศาเซลเซียส และในระดับนี้ อะตอมแทบไม่สั่นไหว ซึ่งเป็นความท้าทายสำคัญสำหรับนักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกมานานหลายปี ในการหาสารประกอบที่สามารถทนทานต่อสภาวะเหล่านี้ได้

แต่ในที่สุด ทีมนักวิจัยจากจีนก็ได้สร้างความก้าวหน้าครั้งสำคัญด้วยการพัฒนา เหล็กกล้าทนอุณหภูมิต่ำความแข็งแรงสูงของจีนหมายเลข 1 (China high-strength low-temperature steel No 1) หรือ CHSN01 โลหะผสมชนิดพิเศษที่ออกแบบมาเพื่อตอบโจทย์นี้โดยเฉพาะ หลังจากการวิจัยและพัฒนามากว่าทศวรรษ 

CHSN01 ได้ผ่านเกณฑ์มาตรฐานสำคัญเมื่อเดือนสิงหาคม ปี 2023 โดยสามารถรับมือกับสนามแม่เหล็กขนาด 20 เทสลา หรือหน่วยวัดความเข้มของสนามแม่เหล็ก และทนต่อแรงกดได้ถึง 1,300 เมกะปาสคาล หน่วยวัดแรงกด หรือแรงเค้น ซึ่งนับเป็นคุณสมบัติที่เหนือกว่าวัสดุที่ใช้ในโครงการวิจัยระดับนานาชาติอย่าง ITER หรือโครงการวิจัยและวิศวกรรมนิวเคลียร์ฟิวชันระดับนานาชาติขนาดใหญ่ ที่มีเป้าหมายเพื่อแสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้ในการใช้พลังงานฟิวชันเป็นแหล่งพลังงานสะอาดในอนาคต 

ก้าวที่เหนือกว่าโครงการระดับโลก

ย้อนกลับไปเมื่อกว่าสิบปีที่แล้ว นักวิทยาศาสตร์จีนเล็งเห็นว่าโครงการฟิวชันในอนาคตจำเป็นต้องใช้วัสดุที่ล้ำสมัยกว่าที่ใช้ในปัจจุบัน โดย หลี่ ไหล่เฟิง นักวิจัยจาก Chinese Academy of Sciences เคยตั้งข้อสังเกตว่าแม่เหล็กของโครงการ International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) ซึ่งกำลังก่อสร้างในฝรั่งเศสนั้น มีขีดความสามารถสูงสุดของความเข้มของสนามแม่เหล็กเพียง 11.8 เทสลา และมีวัตถุประสงค์เพื่อการวิจัยเท่านั้น 

แตกต่างจากเป้าหมายของจีนที่ต้องการสร้างเตาปฏิกรณ์ฟิวชันที่สามารถผลิตไฟฟ้าได้จริง

อย่างไรก็ตามในปี 2017 หลี่ได้นำเสนอแนวคิดเกี่ยวกับวัสดุใหม่ แต่ผู้เชี่ยวชาญต่างชาติหลายคนยังคงไม่มั่นใจว่าจะเป็นไปได้ จนกระทั่ง จ้าว จงเสียน นักฟิสิกส์ชื่อดังและผู้เชี่ยวชาญด้านฟิสิกส์อุณหภูมิต่ำได้เข้าร่วมทีมในปี 2020 จึงทำให้โครงการได้รับแรงผลักดันครั้งสำคัญ

จากความท้าทายเป็นความสำเร็จ

ในปี 2021 จีนได้กำหนดมาตรฐานที่เข้มงวดสำหรับวัสดุเตาปฏิกรณ์ฟิวชัน และนั่นเป็นจุดเริ่มต้นของการรวมตัวของสถาบันและบริษัทต่าง ๆ เพื่อร่วมกันพัฒนาเหล็กกล้าภายในประเทศขึ้นใหม่

ในที่สุด ความพยายามก็เป็นผลสำเร็จ เมื่อเดือนสิงหาคม 2023 เหล็กกล้า CHSN01 ได้รับการยืนยันว่าผ่านมาตรฐานที่ตั้งไว้ และในปัจจุบันได้ถูกนำไปใช้ในเตาปฏิกรณ์ฟิวชัน BEST ของจีน ซึ่งเริ่มประกอบชิ้นส่วนตั้งแต่เดือนพฤษภาคม 2023 โดยตั้งเป้าว่าจะแล้วเสร็จภายในปี 2027

จากชิ้นส่วนทั้งหมดกว่า 6,000 ตันที่ใช้ในการประกอบเตาปฏิกรณ์ BEST มีปลอกตัวนำกว่า 500 ตันที่ทำจากเหล็กกล้า CHSN01 ที่ผลิตในประเทศ ซึ่งนอกจากจะใช้ในโครงการฟิวชันแล้ว จีนยังมีแผนที่จะนำวัสดุนี้ไปประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมอื่น ๆ อีกด้วย

จีนประสบความสำเร็จในการพัฒนาเหล็กกล้าพิเศษ ชื่อ CHSN01 (China high-strength low-temperature steel No 1) ซึ่งเป็นวัสดุสำคัญสำหรับสร้างเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชัน

คุณสมบัติที่โดดเด่น คือสามารถทนสนามแม่เหล็กได้ถึง 20 เทสลา และทนแรงกดได้ถึง 1,300 เมกะปาสคาล ในสภาพอุณหภูมิที่เย็นจัด

การวิจัยเริ่มมานานกว่าทศวรรษ โดยมี หลี่ ไหล่เฟิง เป็นผู้นำ และได้รับความร่วมมือสำคัญจากนักฟิสิกส์ชื่อดังอย่าง จ้าว จงเสียน

วัสดุนี้ถูกนำไปใช้แล้ว ในการสร้างเตาปฏิกรณ์ฟิวชัน BEST ของจีน ซึ่งคาดว่าจะเป็นเตาปฏิกรณ์แห่งแรกของโลกที่ผลิตไฟฟ้าได้จริง

นี่เป็นความก้าวหน้าที่เหนือกว่าโครงการวิจัยระดับโลกอย่าง ITER ซึ่งยังคงมีเป้าหมายเพื่อการวิจัยเท่านั้น และใช้แม่เหล็กที่มีความเข้มต่ำกว่า