In de zoektocht naar kernfusie blijkt één obstakel steeds weer terug te keren: materiaal. De extreme omstandigheden in een fusiereactor vragen om staal dat én supersterk is, én taai blijft bij temperaturen dicht bij het absolute nulpunt. Met het nieuwe CHSN01-staal lijkt China nu een fundamentele doorbraak te hebben bereikt.
Waar klassieke kerncentrales draaien op splijting, smelten fusiereactoren atoomkernen samen. Dat proces vereist temperaturen van meer dan 100 miljoen graden, en tegelijkertijd moeten supergeleidende magneten gekoeld worden tot circa –269 °C. Die magneten genereren magnetische velden tot wel 20 tesla. Elk onderdeel in de reactor moet bestand zijn tegen deze extreme thermische én magnetische belasting – een unieke materiaaleis waar decennia lang geen oplossing voor bestond.
De standaard voor veel van dit soort toepassingen is 316LN-roestvrij staal, zoals gebruikt in het Europese ITER-project in Frankrijk. Maar dat staal houdt slechts stand tot zo’n 11,8 tesla en is ontworpen voor een experimentele reactor die geen elektriciteit hoeft op te wekken. Voor commerciële fusiereactoren zou dus iets sterkers nodig zijn – en precies daar komt CHSN01 in beeld, zo meldt de South China Morning Post.
Van scepsis naar doorbraak
Al in 2011 waarschuwde de Chinese onderzoeker Li Laifeng dat toekomstige reactoren hogere eisen zouden stellen dan ITER aankon. Samen met zijn team begon hij te sleutelen aan een nieuw staalmengsel met extra vanadium en geoptimaliseerde koolstof- en stikstofwaarden. In 2017 werd het materiaal internationaal gepresenteerd, maar veel experts in het buitenland reageerden sceptisch.
Toch zette China door. De echte doorbraak kwam in 2020, toen de vooraanstaande fysicus Zhao Zhongxian zich bij het project voegde. Als expert in cryogene fysica en winnaar van China’s hoogste wetenschapsprijs gaf hij het project nieuw momentum. Zijn boodschap aan het team: “Vertrouw niet blind op buitenlandse standaarden – dit is het waard om door te zetten.”
Het ontstaan van CHSN01
In 2021 stelde China extreem hoge materiaaleisen vast voor zijn nationale fusieprogramma: een vloeigrens van 1.500 MPa en meer dan 25 procent rek bij temperaturen rond het absolute nulpunt. Onder leiding van Li werd een nationale alliantie opgezet met onderzoeksinstituten, staalbedrijven, lasexperts en onafhankelijke testfaciliteiten. De materialen werden anoniem getest in een soort ‘racepaardmodel’ om bias te voorkomen en het beste staal te selecteren.
In augustus 2023 werd duidelijk dat het nieuwe staal – CHSN01 – alle eisen overtrof. Het materiaal weerstaat magnetische velden tot 20 tesla, houdt 1.300 MPa druk stand, en behoudt zijn taaiheid bij cryogene temperaturen. Daarmee is het het eerste staal ter wereld dat specifiek ontwikkeld is voor commerciële toepassing in fusiereactoren.
Toegepast in Chinese fusiecentrale
CHSN01 is inmiddels in gebruik genomen in China’s eigen fusiereactorproject: BEST (Burning Plasma Experimental Superconducting Tokamak). De bouw van deze reactor begon in mei 2023 en moet in 2027 gereed zijn. Van de meer dan 6.000 ton aan componenten bestaat zo’n 500 ton uit CHSN01-staal, met name in de zogenaamde conductor jackets: de beschermhulzen rond de supergeleidende kabels.
Dit betekent dat China nu als eerste land ter wereld over een praktisch inzetbaar fusie-staal beschikt dat volledig in eigen land is ontwikkeld én geproduceerd. En het land kijkt verder: er wordt al gewerkt aan toepassingen van CHSN01 buiten de kernfusie, zoals in cryogene pijpleidingen, ruimtevaart of andere high-tech sectoren waar extreme materialen vereist zijn.
Synergie met andere fusie-initiatieven
Het nieuwe staal is slechts één onderdeel van China’s bredere fusiestrategie. In januari 2025 wist de tokamak EAST een stabiel plasma in stand te houden gedurende 1.066 seconden – een record. Tegelijkertijd bouwt start-up Energy Singularity aan een compacte tokamak met hoogtemperatuursupergeleiding, en werkt het land aan de hybride installatie Xinghuo die fusie en splijting combineert.
Het einddoel is de CFETR – China Fusion Engineering Test Reactor – die tegen 2035 één gigawatt aan elektriciteit moet leveren. Dat zou de stap zijn van experimentele opstelling naar een commerciële fusiecentrale.
CHSN01 illustreert hoe China erin slaagt om materiaalwetenschap, systeemengineering en industriële productie slim te combineren. Terwijl ITER in Europa nog jaren verwijderd is van eerste plasma, bouwt China verder met eigen materialen, eigen ketens en eigen expertise.
