Buzz
Vượt qua mọi nghi ngờ từ cộng đồng khoa học quốc tế, với sự kiên trì suốt 10 năm, các chuyên gia Trung Quốc cuối cùng đã hiện thực hóa giấc mơ chế tạo loại thép siêu cấp, mở ra kỷ nguyên mới cho ngành năng lượng nhiệt hạch toàn cầu
Trải qua hành trình dài hơn 10 năm không ngừng nghỉ, đội ngũ nghiên cứu Trung Quốc đã ghi tên mình vào lịch sử ngành vật liệu học khi cho ra đời loại thép CHSN01 đột phá. Vật liệu cách mạng này không những chịu được từ trường cực mạnh 20 Tesla và áp lực khủng khiếp 1.300 MPa, mà còn là chìa khóa mở ra cánh cửa năng lượng sạch vô tận qua các lò phản ứng nhiệt hạch thương mại - giấc mơ nhân loại theo đuổi bấy lâu
Rào cản lớn nhất trong công nghệ nhiệt hạch chính là tìm ra vật liệu có thể chống chọi với môi trường khắc nghiệt bậc nhất. Các lò phản ứng dùng nam châm siêu dẫn phải hoạt động dưới từ trường cực mạnh và nhiệt độ cực thấp gần độ không tuyệt đối, đòi hỏi vật liệu cấu trúc phải đạt độ bền và ổn định vượt trội - bài toán hóc búa làm đau đầu giới khoa học toàn cầu suốt nhiều thập kỷ
Việc hình thành khối plasma đủ nhiệt độ để kích hoạt phản ứng nhiệt hạch đòi hỏi toàn bộ lò phản ứng phải hoạt động như một cỗ máy từ tính cực mạnh
Hành trình chế tạo loại thép đặc biệt này khởi đầu từ năm 2011, khi các nhà khoa học Trung Quốc nhận ra giới hạn của các dự án nhiệt hạch quốc tế đương thời. Lý Lại Phong, chuyên gia tại Viện Vật lý và Hóa học Kỹ thuật thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, sớm chỉ ra những bất cập của dự án ITER tại Pháp. Ông nhận định trong khi ITER chỉ đạt từ trường tối đa 11,8 Tesla, các lò phản ứng tương lai sẽ cần công nghệ vượt trội hơn nhiều
Năm 2017, Lý Lại Phong công bố vật liệu mới tại Hội nghị Quốc tế về Vật liệu Siêu lạnh ở Mỹ. Dù vấp phải nhiều hoài nghi từ chuyên gia nước ngoài, cho rằng việc cải tiến thép không gỉ 316LN tiêu chuẩn ITER - vốn đã được tối ưu cho môi trường cực đoan - là bất khả thi và không cần thiết, nhưng điều này chỉ càng thôi thúc quyết tâm của nhóm nghiên cứu Trung Quốc
Dù bị đánh giá là không tưởng, các nhà khoa học Trung Quốc cuối cùng đã hiện thực hóa thành công loại thép đặc biệt này
Năm 2020 đánh dấu bước ngoặt khi Triệu Trung Hiền - nhà vật lý lừng danh và chuyên gia đầu ngành về siêu dẫn nhiệt độ thấp - gia nhập nhóm nghiên cứu. Người từng đoạt giải thưởng khoa học danh giá nhất Trung Quốc năm 2017 này luôn nhấn mạnh vai trò then chốt của vật liệu trong công nghệ siêu dẫn. Sự tham gia của ông đã tiếp thêm sinh khí cho dự án vào giai đoạn quyết định
Năm 2021, Trung Quốc công bố tiêu chuẩn khắt khe cho vật liệu lò phản ứng nhiệt hạch: độ bền kéo đạt 1.500 MPa và độ giãn dài trên 25% ở nhiệt độ cực thấp. Lý Kiến Cương, chuyên gia hàng đầu về nhiệt hạch, khẳng định phát triển thép tiên tiến là yếu tố sống còn. Cũng năm đó, Lý Lại Phong đứng ra thành lập liên minh nghiên cứu toàn quốc nhằm phát triển loại thép siêu lạnh nội địa, quy tụ các viện nghiên cứu, doanh nghiệp và chuyên gia hàng đầu về luyện kim
Vật liệu thép đặc biệt này sẽ là thành phần cốt lõi để chế tạo các nam châm điện có từ trường cực mạnh
Hành trình nghiên cứu không phải lúc nào cũng thuận lợi. Đến năm 2017, nhóm nghiên cứu Trung Quốc đã có bước tiến khi bổ sung vanadi và điều chỉnh tỷ lệ carbon cùng nitơ để nâng cao độ bền và độ dai của thép. Tuy nhiên, vật liệu vẫn chưa đạt hiệu năng cần thiết cho ứng dụng nhiệt hạch
Tháng 8/2023 đánh dấu cột mốc khi thép CHSN01 chính thức đạt chuẩn, có khả năng chịu từ trường 20 Tesla và ứng suất 1.300 MPa với độ bền mỏi vượt trội. Thành tựu này không chỉ là bước đột phá trong khoa học vật liệu mà còn mở ra kỷ nguyên mới cho công nghệ nhiệt hạch
Một bộ phận quan trọng của lò phản ứng Tokamak được chế tạo từ thép CHSN01
Hiện nay, thép CHSN01 đang được ứng dụng trong lò phản ứng BEST của Trung Quốc - được giới truyền thông nước này ca ngợi là lò nhiệt hạch đầu tiên trên thế giới phục vụ mục đích thương mại. Quá trình lắp ráp bắt đầu từ tháng 5/2023 và dự kiến hoàn thiện vào năm 2027. Trong tổng số hơn 6.000 tấn linh kiện, có 500 tấn vỏ dẫn điện được chế tạo từ thép CHSN01 sản xuất nội địa
Tầm quan trọng của thành tựu này vượt xa phạm vi khoa học cơ bản. Nếu thành công, công nghệ nhiệt hạch sử dụng thép CHSN01 có thể cung cấp nguồn năng lượng sạch, an toàn và gần như vô hạn cho con người. Khác với điện hạt nhân phân hạch hiện nay, nhiệt hạch không tạo ra chất thải phóng xạ tồn tại lâu dài và sử dụng nguyên liệu dễ kiếm từ nước biển
Trung Quốc đang lên kế hoạch mở rộng phạm vi ứng dụng thép CHSN01 ra ngoài lĩnh vực nhiệt hạch, tạo tiền đề cho những đột phá mới trong các ngành công nghiệp đòi hỏi vật liệu siêu bền. Thành công này không chỉ chứng minh năng lực R&D vượt trội của Trung Quốc mà còn có thể làm thay đổi cuộc cạnh tranh toàn cầu trong lĩnh vực năng lượng tương lai, mở ra kỷ nguyên năng lượng sạch và bền vững cho nhân loại
