Doorbraak: Chinees 'superstaal' kan extreme krachten aan voor kernfusie

Chinese wetenschappers hebben een nieuw type staal ontwikkeld dat mogelijk een grote stap vooruit betekent voor kernfusie. Het materiaal, CHSN01 genaamd, is ontworpen om extreme omstandigheden in fusiecentrales te weerstaan. Waar bestaande reactoren zoals ITER gebruikmaken van staal dat bestand is tot een magnetisch veld van 11,8 Tesla, kan CHSN01 tot wel 20 Tesla aan. Bovendien is het materiaal bestand tegen een spanning van 1.500 megapascal en blijft het sterk bij extreem lage temperaturen. Dit is cruciaal, omdat de centrale spoel van een reactor – het onderdeel dat het magnetisch veld opwekt – niet alleen enorme hitte, maar ook vrieskou moet kunnen doorstaan.

De ontwikkeling van CHSN01 duurde twaalf jaar en werd in mei gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Applied Sciences. Volgens onderzoekers van de Chinese Academie van Wetenschappen is de komst van dit staal essentieel voor toekomstige reactoren met sterkere magneetvelden. Het materiaal zal als eerste worden gebruikt in China’s Burning Plasma Experiment Superconducting Tokamak (BEST), een testreactor die tussenstap vormt richting commerciële fusiecentrales. Die reactor staat gepland voor een eerste plasma in 2027.

Kernfusie draait om het samenvoegen van waterstofisotopen, zoals deuterium en tritium, bij temperaturen van rond de 100 miljoen graden Celsius. Als dat lukt, ontstaat er een zelfvoorzienende reactie die enorme hoeveelheden schone energie oplevert. Hoewel de fysica achter fusie inmiddels goed wordt begrepen, blijft de echte uitdaging het vinden van materialen die deze extreme omstandigheden aankunnen. Volgens Phil Ferguson van het Amerikaanse Oak Ridge National Laboratory ligt hier nog steeds de grootste horde.

Het centrale onderdeel van een tokamak, de centrale spoel, vereist een stalen omhulsel dat mechanisch sterk blijft bij cryogene temperaturen, terwijl het tegelijk bestand moet zijn tegen heftige magnetische velden. ITER’s keuze voor 316LN-staal volstaat voor zijn ontwerp, maar voor krachtigere reactoren in de toekomst is materiaal als CHSN01 nodig. Daarmee is China op weg om een sleutelrol te spelen in de volgende generatie fusieprojecten.