十年磨一钢！中国核聚变低温钢突破，可扛20T磁场与15头大象压力

百科大全 2025年08月10日 17:58 1 admin

5月，中国自主研发的高强低温钢CHSN01正式投入使用，500吨这种"宇宙级"材料已经开始为我国首个聚变能发电实验装置BEST"穿铠甲"。

这意味着中国的"人造太阳"终于有了能扛住极端环境的"钢筋铁骨"，距离点亮聚变能第一盏灯又近了一大步。

聚变能源的终极挑战

我国正在研究迷你版的“太阳”，这个"小太阳"内部温度高达上亿摄氏度，比太阳核心还要热好几倍。但问题来了，地球上没有任何材料能直接承受这种高温，怎么办？

科学家想出了一个绝妙的办法：用超强磁场把这团高温等离子体"悬浮"在空中，就像一只无形的手托着它，不让它碰到任何固体表面。听起来很酷，但这个磁场得有多强？答案是20特斯拉，比地球磁场强几十万倍！

这就带来了一个神矛盾：产生超强磁场的超导磁体必须在零下269摄氏度的液氦中工作，而它们需要承受的却是磁场产生的巨大撕扯力。用来制造这些磁体外壳和支撑结构的材料，必须同时满足两个极端条件：既要在接近绝对零度时保持足够的韧性，又要承受住20特斯拉强磁场的拉扯。

过去，国际上最好的材料是316LN不锈钢，但随着中国聚变装置性能要求越来越高，这种钢已经快到极限了。没有更强的材料，中国的"人造太阳"就可能在关键时刻骨折，这绝对不能接受。

十年攻关路

2011年，国际热核聚变实验堆ITER项目出现低温钢故障，这给全世界的聚变研究敲响了警钟。中科院的李来风研究员意识到，材料问题将成为制约聚变发展的关键瓶颈，于是把目光锁定在了性能更优秀的N50钢上。

第一次"起飞"发生在2017年。当李来风团队带着新的技术路线参加美国的国际会议时，却遭到了外国专家的集体质疑。他们认为，想要大幅超越现有材料性能，基本不可能。面对质疑，中国科学家的回应很简单："试试就试试！"就是这五个字，开启了一场长达十年的材料攻关马拉松。

2019年，好消息传来：团队成功炼出了500公斤样品，屈服强度达到1500兆帕，性能完全达标！但兴奋之后却是现实的冷水：由于生产成本高达每吨20万元，而且当时没有明确的工程需求，项目被迫搁置了一年多。

就在有人想打退堂鼓时，中国超导泰斗赵忠贤院士站了出来，他专门参加团队组会，给年轻人打气："这事值得干下去，你们不要迷信国外权威！"

真正的转机来自2021年。中国自主设计的聚变能发电实验装置BEST正式启动，明确需要1500兆帕级的高强低温钢！有了明确需求，"国家队"正式下场：中科院牵头，联合中国钢研、宣钢等13家顶级企业和4家科研院所，组成"高强钢攻关联盟"，采用"赛马制"全力攻关。

2023年8月，"中国高强低温钢1号"（CHSN01）终于通过专家评审，这个名字的寓意很明确：中国第一！从被质疑到自主突破，十年磨一剑，中国科学家用行动证明了什么叫"中国制造"。

CHSN01的"超能力"

那么，这种被称为"宇宙级"的材料到底有多强？首先是强度。CHSN01的屈服强度达到1500兆帕，比传统的316LN不锈钢高出40%。如果把这种钢做成指甲盖大小的薄片，它能稳稳承受15头成年大象的重量而不变形！

更厉害的是韧性。在零下269摄氏度的液氦环境中，CHSN01依然能被拉伸超过25%而不断裂，断裂韧性超过180兆帕·米的平方根。要知道，绝大多数材料在这种极低温下都会变得像玻璃一样脆，一碰就碎，但CHSN01却能保持足够的柔韧性。

最关键的是，它能完美承受20特斯拉强磁场产生的巨大拉扯力。这种磁场强度有多可怕？如果戴着金属手表靠近，手表会被瞬间撕掉；如果有铁质物品，会像炮弹一样被吸过去。但CHSN01制成的结构件能在这种极端环境下岿然不动。

并且，使用CHSN01后，超导磁体系统的重量能减轻10%，单个装置就能节约材料100吨。对于动辄几千吨重的聚变装置来说，减重意味着更高的效率和更低的成本。

这些数字背后，是中国材料科学从"跟跑"到"领跑"的历史性跨越。法国原子能委员会、德国卡尔斯鲁厄理工学院等国际顶级机构都对CHSN01表示出浓厚兴趣，这在以前是不可想象的。

点亮聚变能第一盏灯

2025年5月1日，一个值得铭记的日子：中国首个紧凑型聚变能实验装置BEST正式开始总装，比原计划提前了两个月。这意味着什么？意味着中国正在从聚变能的"原理验证"阶段跃升到"工程应用"阶段。

BEST装置有多厉害？它的体积比国际热核聚变实验堆ITER缩小了40%，但磁场强度却提升到15特斯拉，在更小的空间里实现更高效的等离子体约束。最关键的是，它将首次验证聚变能发电的工程可行性，目标是实现50兆瓦的输出功率，能量增益大于1。

BEST装置的成功不仅仅是技术突破，更是中国聚变能"三步走"战略的关键一步。按照规划，BEST将在2027年建成并开始发电演示，目标是在2030年点亮聚变能第一盏灯。接下来，中国还将建设聚变工程示范堆CFEDR，目标在2035年实现1000兆瓦以上的聚变功率。最终目标是在2050年前实现聚变电站的商业化运营。

这个时间表听起来很激进，但有了CHSN01这样的关键材料突破，中国很可能成为世界上首个实现聚变能商业化的国家。未来的某一天，我们家里用的电可能就来自这种清洁、安全、几乎无限的聚变能源。