人造太阳要成真了？我国造出核聚变用“超级钢”，国外称绝不可能

百科大全 2025年08月19日 11:36 1 admin

最近，媒体报道了一则来自中国核聚变研究前沿的新闻，引发了热议。

报道称，中国科学院等离子体物理研究所宣布，他们自主研制的超级钢材CHSN01，已正式在“人造太阳”——BEST核聚变反应堆项目中安装。

这种材料看似只是“钢”，却能在零下269摄氏度的极低温下保持1500兆帕的屈服强度，同时在高达20特斯拉的超强磁场中依旧韧性十足。

这20特斯拉是个什么概念？它几乎是法国国际热核聚变实验堆（ITER）磁场强度的两倍，而CHSN01不仅要承受这样的磁场，还要长期承受巨大的机械应力，不裂、不碎、不脆化。

要知道，在国际材料科学界，这样的性能组合曾被视为“不可能三角”，几乎没有金属能在如此极端的条件下活下来。

消息一出，国际学界不少质疑瞬间哑口无言。

因为就在几年前，“低温+高磁场+高强度”还是核聚变界的噩梦。ITER项目曾在2011年因为低温钢材测试失败——在零下温度中脆化失效——导致工程延误多年。

这件事让整个行业对材料极限形成了共识：能在零下接近绝对零度的环境里保持韧性，又能抵抗几十万倍地球磁场的力量，还要扛住持续的拉伸和压缩冲击？

别想了！这也是为什么，当中国提出要研制超越316LN不锈钢的新型钢材时，外界普遍摇头——那可是公认已经逼近物理极限的材料。

然而CHSN01的出现，让“极限”这个词不得不重写定义。

要理解这个突破的意义，得先看看核聚变反应堆的残酷工作环境。核心的等离子体温度高达数百万摄氏度，这是在复制太阳内部的能量产生过程。

但为了把等离子体稳定束缚在反应堆中，科学家需要超导磁体提供强大而稳定的磁场。而这些磁体必须在零下269摄氏度（仅比绝对零度高4度）的低温下工作才能保持超导状态。

于是，一个反应堆的内部环境就呈现出近乎变态的冷热反差——外层磁体低温刺骨，内部等离子体却炙热如火山喷口。

这还不是全部，磁体还得承受20特斯拉的磁场拉扯，几乎相当于在每平方厘米的区域同时放上几吨的力量。

在这样的环境下，普通金属早就会因为低温脆裂或者磁场疲劳而报废。哪怕是核聚变界的明星材料316LN，也只能在11.8特斯拉左右的磁场下勉强工作。

而BEST反应堆的目标，是要在更高的磁场强度下长期稳定运行，这对材料的寿命和稳定性提出了近乎苛刻的要求。

所以，当中国宣布要研制比316LN更强的替代品时，不少国外学者直言“不现实”。

然而CHSN01用数据打破了质疑——抗住了巨大的拉伸应力，又不会因为低温而脆裂，堪称为核聚变量身定做的“理想钢”。

CHSN01能扛住这一切，不是偶然，而是十余年技术攻关的结果。早在2010年代，中国科研团队就启动了高性能低温钢材的研究。

他们从调整钒、碳、氮等微量元素含量入手，反复优化合金配方，希望打破强度与韧性此消彼长的“材料宿命”。

前期的成果虽有提升，但距离核聚变级别的要求还有不小差距。

真正的突破发生在2020年，国家最高科学技术奖获得者赵忠贤院士加入项目，将低温超导领域的经验引入钢材研发。

他一上来就提出了一道“生死线”式的指标：低温下必须保持1500兆帕的屈服强度，同时延伸率超过25%。

这意味着材料在低温下依旧要像有韧性的“筋”，而不是一碰就碎的“玻璃”。

为了这个目标，团队开启了长达两年的“闭关”模式。从合金元素精细配比，到热处理温度曲线的反复试验，再到显微组织的定向优化。

终于在2023年的最终测试中，实现了CHSN01在20特斯拉磁场和1300兆帕应力的双重折磨下依旧完好无损。

这份成绩单直接让它进入了BEST反应堆核心部件的制造清单。

到2023年中，仅导体护套部分就用掉了500吨CHSN01，这些钢材将是未来反应堆稳定运行的“脊梁骨”。

值得注意的是，BEST和国外的ITER虽然都是核聚变装置，但方向截然不同。

ITER更像是核聚变领域的“大实验室”，重在验证科学原理，不考虑发电。而BEST直接指向商业化发电，这不仅意味着磁场强度更高、工作时间更长，还要求材料寿命至少在十年以上。

这次突破，直接令中国将在商业核聚变的时间表上提前布局，甚至可能率先实现“上网电价”意义上的核聚变电力。

CHSN01的重要性，还不仅仅在核聚变上。它的性能指标让它同样适用于粒子加速器、深空探测器、极地科考装备等领域。

这些领域同样需要兼顾低温、高强度和高韧性，而这正是CHSN01的看家本领。

一旦形成批量化生产，中国在这些高端科技装备领域的话语权将显著增强，也为出口高端材料打开了全新的市场空间。

现如今，全球正处于能源结构转型的关键窗口期，气候变化的压力让清洁能源的需求急剧上升。

风能、太阳能虽然已经占据了一部分市场，但它们的间歇性和存储问题仍未彻底解决。

核聚变的优势在于，它几乎可以无限制地产生清洁能源，且不产生长寿命核废料，被视为人类能源的终极方案。

然而几十年来，核聚变最大的拦路虎就是材料——科学家知道怎么点燃等离子体，却苦于没有材料能在反应堆里长期生存。

现在，中国不仅在理论上找到了解决办法，更在工程上交出了答卷。这意味着未来全球核聚变路线的主导权，中国有机会牢牢抓在手里。

美国、欧洲、日本都在核聚变领域投入巨资，但在高端低温钢材的研发上尚未有突破性成果。

中国此时推出CHSN01，不仅在技术上形成了代差，也在供应链上实现了自主可控——从原料到成品完全国产化，彻底摆脱了对进口高端钢材的依赖。

对于任何一个试图在未来几十年主导清洁能源格局的国家来说，这都是一张足够分量的“底牌”。

或许在若干年后，当第一座商业化核聚变电站并网发电的时候，人们会回想起今天的CHSN01。

这种默默无闻的超级钢材，将支撑起中国在全球能源未来版图上的领先地位！

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