China heeft een belangrijke technologische mijlpaal bereikt op weg naar werkende kernfusie-energie. Het land is erin geslaagd om een cruciaal component voor fusiemagneten op industriële schaal te produceren, en brengt kernfusie weer een stap dichterbij.
Het gaat om een 30 ton wegend, in totaal circa 50 kilometer lang stalen omhulsel, vervaardigd uit een volledig in China ontwikkeld materiaal: CHSN01. Daarmee laat China zien dat het niet alleen kan meedoen aan de mondiale fusierace, maar ook op materiaalniveau nieuwe standaarden kan zetten.
Volgens de studie, gepubliceerd in Nuclear Science and Techniques, voldoet het geproduceerde jacket niet alleen aan de extreem hoge eisen van toekomstige fusiereactoren, maar presteert het in meerdere opzichten beter dan de momenteel internationaal gebruikte referentiematerialen.
Onmisbare schakel voor kernfusie
Het jacket is een essentieel onderdeel van zogeheten Cable-in-Conduit Conductors (CICC’s). Dit zijn de supergeleidende kabels die de enorme magnetische velden opwekken waarmee het hete plasma in een fusiereactor wordt opgesloten. Zo’n kabel bestaat uit honderden supergeleidende draden, die samen in een metalen buis (het jacket) worden geleid en gekoeld met vloeibaar helium tot ongeveer 4,2 kelvin (-269 °C).
Dat jacket moet extreem sterk zijn, bestand tegen hoge magnetische krachten, mechanische spanningen en thermische krimp, terwijl het tegelijkertijd taai blijft bij ultralage temperaturen. Juist die combinatie maakt de ontwikkeling van geschikte cryogene constructiematerialen zo lastig.
Beter dan de ITER-standaard
Tot nu toe wordt in internationale projecten zoals ITER vooral gebruikgemaakt van het roestvast staal 316LN. Dat materiaal is betrouwbaar, niet-magnetisch en relatief goed te verwerken, maar heeft wel duidelijke grenzen. Bij 4,2 K ligt de vloeigrens van 316LN onder de 1100 MPa, terwijl toekomstige fusiereactoren mikken op constructiematerialen met vloeigrenzen boven de 1500 MPa.
CHSN01 – eerder bekend onder de naam N50H – doorbreekt die grens nu, en hoe. Met een gemiddelde vloeigrens van 1560 MPa bij 4,2 K presteert het materiaal circa 40% beter dan de ITER-standaard, terwijl de rek (32,7%) en breuktaaiheid (220 MPa·m¹/²) op vergelijkbaar hoog niveau blijven. Dat is een zeldzame combinatie: hoge sterkte zonder in te leveren op taaiheid.
Massaproductie maakt het verschil
Wat deze doorbraak extra relevant maakt, is dat het niet bij laboratoriumresultaten blijft. De Chinese onderzoekers en industriepartners hebben het materiaal succesvol opgeschaald naar massaproductie: een jacket van 30 ton en circa 50.000 meter totale lengte. Voor fusietechnologie is dat cruciaal, want een commerciële reactor vereist kilometers aan supergeleidende kabels met consistente kwaliteit.
De lage-temperatuur-eigenschappen van het jacket zijn steekproefsgewijs getest om te verifiëren dat de mechanische prestaties over de volledige lengte uniform zijn. Ook zijn de fysische eigenschappen van CHSN01 onderzocht in het temperatuurbereik van 4 tot 300 K. Daarbij bleek dat magnetische velden geen meetbare invloed hebben op het materiaalgedrag – een absolute vereiste voor toepassing in krachtige fusiemagneten.
Sterkere materialen, meer energie
De ontwikkeling van sterkere constructiematerialen is een sleutelvoorwaarde voor de volgende generatie fusiereactoren. Hogere magnetische velden maken compactere reactorontwerpen mogelijk en vergroten de kans op netto energieopbrengst. Materialen zoals CHSN01 stellen ontwerpers in staat om magneten zwaarder te belasten zonder veiligheidsmarges op te offeren.
Daarmee sluit de Chinese ontwikkeling aan bij een bredere internationale trend, waarin de focus verschuift van experimentele plasmafysica naar maakbaarheid, betrouwbaarheid en levensduur van componenten.
Meer dan kernfusie
Hoewel fusie de meest in het oog springende toepassing is, reikt het potentieel van CHSN01 verder. Door de combinatie van hoge sterkte, taaiheid, niet-magnetisch gedrag en uitstekende prestaties onder 20 K is het materiaal ook interessant voor andere cryogene toepassingen.
Denk aan brandstoftanks voor ruimtevaart, waar elke kilo gewichtsbesparing telt, of aan infrastructuur voor vloeibare waterstof in de opkomende waterstofeconomie. In dergelijke toepassingen zou CHSN01 het zwaardere of minder sterke 316LN kunnen vervangen, met lichtere en robuustere constructies als resultaat.
Strategisch voordeel
De massaproductie van CHSN01 onderstreept dat China steeds minder afhankelijk is van buitenlandse kerntechnologie en -materialen. Waar ITER een internationaal samenwerkingsproject is, laat deze ontwikkeling zien dat China zelfstandig kritische fusiecomponenten kan ontwerpen, testen en produceren.
Dat is niet alleen technologisch relevant, maar ook geopolitiek. Wie de materialen beheerst die nodig zijn voor kernfusie, heeft een voorsprong in wat door velen wordt gezien als de ultieme schone energiebron van de toekomst.
Stap richting realistische fusie-energie
Hoewel commerciële kernfusie nog altijd jaren of zelfs decennia verwijderd is, zijn dit precies de stappen die nodig zijn om die belofte dichterbij te brengen. Zonder betrouwbare, schaalbaar produceerbare materialen blijft fusie een theoretische exercitie.
Met CHSN01 laat China zien dat het één van de lastigste puzzelstukken serieus onder controle begint te krijgen. Voor ingenieurs en materiaalwetenschappers wereldwijd is dat een ontwikkeling om scherp in de gaten te houden.
