Mất hơn 10 năm phát triển, Trung Quốc chế tạo thành công siêu thép "bất khả thi", mở đường cho nguồn năng lượng vô tận trong tương lai

Sau hơn một thập kỷ nghiên cứu bền bỉ, các nhà khoa học Trung Quốc đã chính thức tạo ra bước đột phá lịch sử trong lĩnh vực vật liệu, với việc phát triển thành công loại thép siêu cường mang tên CHSN01. Loại thép cách mạng này không chỉ có khả năng chịu được từ trường lên tới 20 Tesla và áp suất 1.300 MPa mà còn mở ra triển vọng cho việc xây dựng các lò phản ứng tổng hợp hạt nhân thương mại - nguồn năng lượng sạch và gần như vô tận mà nhân loại đã theo đuổi trong nhiều thập kỷ.

Thử thách lớn nhất trong việc phát triển công nghệ tổng hợp hạt nhân chính là tạo ra vật liệu có thể tồn tại trong điều kiện cực kỳ khắc nghiệt. Các lò phản ứng tổng hợp dựa vào nam châm siêu dẫn mạnh mẽ phải hoạt động dưới từ trường cực mạnh và ở nhiệt độ gần độ không tuyệt đối. Những điều kiện cực đoan này đòi hỏi vật liệu cấu trúc phải vừa bền vững vừa ổn định, một thách thức đã làm khó các nhà khoa học trên toàn thế giới trong nhiều thập kỷ.

Hành trình phát triển loại thép đặc biệt này bắt đầu từ năm 2011, khi các nhà khoa học Trung Quốc đã nhìn xa hơn khả năng của các dự án tổng hợp quốc tế hiện tại. Lý Lại Phong, nhà nghiên cứu tại Viện Vật lý và Hóa học Kỹ thuật thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, từ sớm đã chỉ ra những hạn chế của dự án ITER đang được xây dựng tại Pháp. Theo ông, trong khi nam châm của ITER được thiết kế hoạt động ở mức tối đa 11,8 Tesla, các lò phản ứng tương lai sẽ cần từ trường mạnh hơn nhiều và vật liệu tiên tiến hơn.

Năm 2017, ông Lý Lại Phong đã trình bày một loại vật liệu mới tại Hội nghiệm Quốc tế về Vật liệu Siêu lạnh ở Mỹ. Tuy nhiên, nhiều chuyên gia nước ngoài tỏ ra hoài nghi, cho rằng việc cải tiến thép không gỉ 316LN chuẩn ITER - vốn đã được thiết kế cho điều kiện tổng hợp cực đoan - là điều gần như không thể và không cần thiết. Sự hoài nghi này không làm nản lòng đội ngũ nghiên cứu Trung Quốc mà ngược lại còn thúc đẩy họ quyết tâm hơn.

Bước ngoặt quan trọng đến năm 2020 khi Triệu Trung Hiền, nhà vật lý danh tiếng và chuyên gia hàng đầu về vật lý siêu lạnh, bắt đầu tham gia các cuộc họp của nhóm nghiên cứu. Ông Triệu, người đã đoạt giải thưởng khoa học cao nhất của Trung Quốc năm 2017, từ lâu đã nhấn mạnh tầm quan trọng của vật liệu trong công nghệ siêu dẫn. Sự tham gia của ông đã tạo ra động lực mới cho dự án tại thời điểm then chốt.

Năm 2021, Trung Quốc đặt ra những tiêu chuẩn khắt khe cho vật liệu lò phản ứng tổng hợp: độ bền kéo 1.500 MPa và độ giãn dài trên 25% ở nhiệt độ siêu lạnh. Chuyên gia tổng hợp Lý Kiến Cương khẳng định rằng việc phát triển thép tiên tiến là điều cốt yếu. Cùng năm đó, ông Lý Lại Phong đã lãnh đạo việc thành lập liên minh nghiên cứu quốc gia nhằm tạo ra loại thép siêu lạnh mới hoàn toàn trong nước, tập hợp các viện nghiên cứu, công ty và các chuyên gia hàn.

Quá trình phát triển không phải lúc nào cũng suôn sẻ. Đến năm 2017, các nhà nghiên cứu Trung Quốc đã đạt được tiến bộ bằng cách bổ sung vanadium và điều chỉnh hàm lượng carbon cũng như nitơ để cải thiện độ bền và độ dẻo dai của thép. Tuy nhiên, vật liệu vẫn chưa đạt được hiệu suất cần thiết cho ứng dụng tổng hợp hạt nhân.

Cuối cùng, vào tháng 8 năm 2023, thép CHSN01 đã được xác nhận đáp ứng các tiêu chuẩn chính, có khả năng chịu từ trường 20 Tesla và chịu được ứng suất 1.300 MPa với khả năng chống mỏi cao. Thành tựu này đánh dấu một cột mốc quan trọng không chỉ trong khoa học vật liệu mà còn trong công nghệ tổng hợp hạt nhân.

Hiện tại, thép CHSN01 đang được sử dụng trong lò phản ứng BEST của Trung Quốc, được báo chí nước này gọi là lò phản ứng tổng hợp hạt nhân đầu tiên trên thế giới để sản xuất điện thương mại. Việc lắp ráp lò phản ứng bắt đầu từ tháng 5 năm 2023 và dự kiến hoàn thành vào năm 2027. Trong tổng số hơn 6.000 tấn linh kiện được lắp ráp cho lò phản ứng, 500 tấn vỏ dẫn điện được làm từ thép CHSN01 sản xuất trong nước.

Ý nghĩa của thành tựu này vượt xa lĩnh vực khoa học thuần túy. Nếu thành công, công nghệ tổng hợp hạt nhân sử dụng thép CHSN01 có thể mang lại nguồn năng lượng sạch, an toàn và gần như vô tận cho nhân loại. Khác với năng lượng hạt nhân phân hạch hiện tại, tổng hợp hạt nhân không tạo ra chất thải phóng xạ lâu dài và có nguyên liệu dồi dào từ nước biển.

Trung Quốc cũng có kế hoạch mở rộng ứng dụng thép CHSN01 ra ngoài các dự án tổng hợp hạt nhân, mở ra những khả năng ứng dụng mới trong các lĩnh vực công nghiệp khác đòi hỏi vật liệu siêu bền. Thành công này không chỉ thể hiện năng lực nghiên cứu và phát triển vượt trội của Trung Quốc mà còn có thể thay đổi cục diện cạnh tranh toàn cầu trong lĩnh vực năng lượng tương lai, mở ra kỷ nguyên mới của năng lượng miễn phí và bền vững cho toàn nhân loại.