خب بیا با هم بریم سراغ یه داستان حسابی باحال از دنیای مواد و آینده انرژی! اگر اسم رآکتورهای همجوشی (Fusion Reactors، یعنی ماشین‌هایی که می‌خوان با ترکیب اتم‌ها، مثل خورشید، انرژی درست کنن) به گوشت خورده باشه، خبر داری که دو تا چالش اصلی همیشه داشتن: مقاومت تو دمای خیلی پایین و کشیدن بارهای وحشتناک زیاد. تقریباً همه پروژه‌های مشهور دنیا مثل ITER از فولادهای ضدزنگ مخصوص به اسم 316LN یا JK2LB استفاده می‌کردن که تو سرما خیلی خوبن، ولی یه سقفی دارن و زورشون فقط تا ۱/۱ گیگاپاسکال (واحد فشار خیلی زیاد) می‌رسه اونم وقتی که دما در حد مایع هلیوم (یعنی حدود منفی ۲۶۹ درجه سانتی‌گراد!) باشه.
حالا چینیا اومدن گفتن ما با این فولادها رآکتور جمع‌وجورتر نمی‌تونیم بسازیم، باید جنس بهتری پیدا کنیم که زیر استرس‌های غول‌آسا نشکنه و ترک برنداره. همین شد جرقه تولد CHSN01 یا همون “فولاد کم‌دمای پرقدرت چین شماره ۱” که حسابی گوش دنیا رو پر کرد. علمیش رو بخوای، این فولاد تو تست‌ها تا ۲۰ تسلا (میدان مغناطیسی فوق‌العاده قوی، تقریباً دو برابر رآکتورهای نسل قدیم) و استرس ترکیبی ۱.۳ گیگاپاسکال رو دووم میاره و تازه ۳۰٪ هم کش میاد قبل اینکه پاره شه! یعنی هم محکم، هم قابل انعطاف.
حالا چرا این فولاد اینقدر خفن شده؟ مهندس‌ها اومدن رفتن سراغ یه فولاد پایه به اسم Nitronic-50 (این فولاد رو با نیتروژن تقویت می‌کنن)، ولی مقدار کربنش رو فوق‌العاده پایین آوردن (زیر ۰/۰۱٪)، چون کربن زیاد باعث می‌شه شکننده بشه و عمرش کم شه تو سرما. بعدش مقدار نیتروژن رو کردن حدود ۰/۳٪ که برای استیل رقم بالاییه. نیکل رو هم افزودن تا ساختار فولاد حتی وقتی دما به منفی ۲۶۹ می‌رسه، هنوز هم لطافت و محکمی خودش رو حفظ کنه (بهش می‌گن فاز آستنیت، یعنی ساختار ارتجاعی و نشکن). یک مقدار خیلی کم وانادیوم هم قاطی کردن و این باعث می‌شه ذره‌های وانادیوم-نیترید تو فولاد شکل بگیره که قدرت رو زیاد می‌کنه بدون اینکه زمخت و شکننده بشه. در آخر هم ناخالصی‌هایی مثل اکسیژن، فسفر و سولفور رو ریختن دور تا یه موقع ترک از اون نقاط شروع نشه.
علمیش رو بخوای، این تنظیمات جدی در ترکیب فولاد باعث شد CHSN01 بتونه در ۴/۲ کلوین (که دیگه انتهای سرماست!)، حدود ۱/۵ گیگاپاسکال فشار رو بگیره و ۳۰٪ هم بکشه! این یعنی نسبت به 316LN قدیمی تقریباً ۴۰٪ قوی‌تره و همچنان مثل اونا ضد ترک مونده.
داستان جذاب‌تر اینه که آزمون عمر این فولاد هم سنگ تموم گذاشته: ۶۰ هزار بار خاموش و روشن شدن رو تحمل می‌کنه (این همون عمر کاری دستگاه BEST چینیه که Burning-Plasma Experimental Superconducting Tokamak نام داره). تو مدل‌سازی‌ها حتی اگه اولش یه عیب کوچیک ۱ میلی‌متر مربعی باشه، باز هم تا آخر کار دوام میاره و ترک بحرانی نمی‌رسه. این یعنی دیگه مهندس‌ها لازم نیست خییییلی هم رو صیقل و سایز سیم‌ها حساس باشن؛ هم ارزون‌تر درمیاد، هم سریع‌تر.
کاربردش فقط تو همجوشی نیست! معلومه که رآکتورهای همجوشی آینده استفاده خواهند کرد، ولی کلی دستگاه دیگه هست که باید تو سرما و زیر بار زیاد مقاومت کنه، مثل MRI (یعنی دستگاه تصویربرداری مغناطیسی تو بیمارستان‌ها)، شتاب‌دهنده ذرات، ترن‌های مغناطیسی شناور (مثل maglev)، حتی یخچال‌های دقیق رایانه‌های کوانتومی. یعنی اگر این فولاد جانشین اون قطعه‌ها بشه، هم سایزشون کم می‌شه هم احتیاج به تعمیر کمتر پیدا می‌کنن.
جالب اینجاست تولید انبوهشم براشون یه دردسر نبود چون پایه این آلیاژ با روش‌های معمول تولید Nitronic می‌خوره و چینیا تا وسطای ۲۰۲۵، ۵۰۰ تُن از این ژاکت فولادی‌ها رو تحویل سایت BEST تو شهر هفئی دادن! یکی از فیزیکدانا به اسم Li Laifeng هم گفته این حجم یعنی دیگه کار فقط آزمایشگاهی نیست، واقعاً صنعتی شده.
اگه فک کردی پیشرفت تو همجوشی فقط به رکورد دما و شات پلاسما ربط داره، بدون که ته داستان، مواد و علم متریال تعیین‌کننده هستن. همه تیم‌های همجوشی دنیا الان یه معیار جدید دارن: اگه فولادت عددهای CHSN01 رو نمی‌ده، باید دوباره بری سراغ متالورژیست‌ها!
در نهایت، هر وقت تو خبرها شنیدی رآکتورهای همجوشی کوچیک‌تر یا کاراتر شدن، یادت بیاد شاید یه «فولاد سوپر قوی» چینی پشت پرده نقش داشته! 😉
منبع: +
