சீனாவின் முன்னோடி அதிவலிமை எஃகு: அடுத்த தலைமுறை இணைவு உலைகளுக்கு ஆற்றலளிக்கும் பொருள்

சீனாவின் அதிவலிமை எஃகு: அணுக்கரு இணைவில் ஒரு பாய்ச்சல்

நட்சத்திரங்களின் ஆற்றலைக் கட்டுப்படுத்தும் முயற்சியில், தூய்மையான, வரம்பற்ற ஆற்றலுக்கான உச்ச இலக்காக அணுக்கரு இணைவு விளங்குகிறது. அணுக்கருக்களை இணைக்கும் இயற்பியல் கடினமானதாக இருந்தாலும், அதற்கு இணையான பெரும் சவால் ஒன்று நீண்டகாலமாகப் பின்னணியில் இருந்து வந்துள்ளது: இணைவு உலையின் உள்ளே நிலவும் அதீத சூழல்களைத் தாங்கக்கூடிய வலுவான பொருட்களைக் கண்டறிவது. 2023ஆம் ஆண்டில், சீன விஞ்ஞானிகள் CHSN01 எனும் பொருளை உருவாக்கி பயன்பாட்டுக்குக் கொண்டுவந்ததன் மூலம் ஒரு முன்னேற்றத்தை அறிவித்தனர். சீனாவின் உயர் வலிமை, குறைந்த வெப்பநிலை எஃகு எண் 1 என்பதன் சுருக்கமான இந்தச் சிறப்புக் கலவை, உலகின் முதல் இணைவு அணுமின் உலையின் மையத்தில் தற்போது இடம்பெற்றுள்ளது. இந்தச் சாதனை பொருள் அறிவியலில் ஒரு முக்கியத் தருணத்தைக் குறிக்கிறது; நடைமுறை இணைவு ஆற்றலை நோக்கிய உலகளாவிய போட்டியையும் வேகப்படுத்தக்கூடும்.

இணைவு உலைகளுக்கு ஏன் அதிவலிமை எஃகு தேவை?

நவீனப் பொறியியலின் எல்லைகளைச் சோதிக்கும் சூழல்களில் இணைவு உலைகள் இயங்குகின்றன. அவற்றின் மையத்தில் உள்ள சக்திவாய்ந்த மீக்கடத்தி காந்தங்கள், 20 டெஸ்லா வரையிலான காந்தப்புலங்களை உருவாக்குகின்றன. இது பூமியின் காந்தப்புலத்தைவிட ஏறத்தாழ 400,000 மடங்கு வலிமையானது. இந்தக் காந்தங்கள், முழுமையான பூஜ்ஜியத்துக்கு அருகிலான வெப்பநிலையில் (மைனஸ் 269°C வரை குறைவாக) இயங்க வேண்டும்; அதே நேரத்தில் சூரியனின் மையத்தைவிட வெப்பமான பிளாஸ்மாவையும் கட்டுப்படுத்த வேண்டும். இந்தக் காந்தங்களைச் சுற்றியுள்ள கட்டமைப்புப் பொருட்கள், கடும் குளிர், மிகப்பெரிய காந்த அழுத்தம், மீண்டும் மீண்டும் ஏற்படும் இயந்திரச் சுமை ஆகியவற்றின் தனித்துவமான கூட்டுச் சவாலை எதிர்கொள்கின்றன.

அதீத சூழல்களுக்காக வடிவமைக்கப்பட்டவை உட்பட, வழக்கமான பொருட்கள் இவ்வளவு குறைந்த வெப்பநிலையில் பெரும்பாலும் எளிதில் உடையக்கூடியவையாக மாறுகின்றன அல்லது வலிமையை இழக்கின்றன. பல தசாப்தங்களாக, பிரான்சில் உள்ள சர்வதேச வெப்ப அணுக்கரு பரிசோதனை உலை (ITER) போன்ற இணைவு திட்டங்களுக்கான தரநிலையாக 316LN துருப்பிடிக்காத எஃகு இருந்து வந்தது. இது மிகக் குறைந்த வெப்பநிலையிலும் அதிக வலிமையையும் நீளும் தன்மையையும் கொண்டிருக்கும்படி வடிவமைக்கப்பட்ட பொருள். ஆனால் இணைவு தொடர்பான இலக்குகள் விரிவடைந்தபோது, பொருட்களுக்கான தேவைகளும் அதிகரித்தன. பாதுகாப்பையும் செயல்திறனையும் உறுதிப்படுத்த, எதிர்கால உலைகளுக்கு இன்னும் வலுவான காந்தப்புலங்களும் அதிக உறுதியான பொருட்களும் தேவைப்படும்.

CHSN01 உருவான பத்தாண்டுப் பயணம்

CHSN01-ன் கதை அறிவியல் விடாமுயற்சியையும் புதுமையையும் பற்றியது. அடுத்த தலைமுறை இணைவு உலைகளுக்கு ஏற்கெனவே உள்ள பொருட்கள் போதாது என்பதை உணர்ந்த சீன ஆராய்ச்சியாளர்கள், பத்தாண்டுகளுக்கு முன்பே தங்கள் தேடலைத் தொடங்கினர். 2011ஆம் ஆண்டில், சீன அறிவியல் கழகத்தைச் சேர்ந்த குழு இணைவு உலைக் காந்தங்களுக்கான முதல் சாத்தியமான பொருள் தீர்வை உருவாக்கியது. ஆனால் எதிர்கால உலைகளுக்குத் தேவையான செயல்திறனை அது இன்னும் எட்டவில்லை.

இயற்பியல் மற்றும் வேதியியல் தொழில்நுட்ப நிறுவனத்தின் முன்னணி ஆராய்ச்சியாளரான லி லைஃபெங், தற்போதைய பொருட்களின் வரம்புகளை உணர்ந்தவர்களில் ஒருவர். ITER-ன் காந்தங்கள் 11.8 டெஸ்லாவுக்காக வடிவமைக்கப்பட்டிருந்தாலும், எதிர்கால உலைகள் அதைவிட வலுவான காந்தப்புலங்களைத் தாங்க வேண்டியிருக்கும் என்று அவர் குறிப்பிட்டார். மேலும், ITER மின்சாரம் உற்பத்தி செய்வதற்காக உருவாக்கப்பட்டதல்ல; அது ஒரு ஆராய்ச்சி மையம். ஆனால் சீனாவின் இலக்குகளில் செயல்படும் இணைவு மின் நிலையத்தை உருவாக்குவதும் அடங்கியது.

2017ஆம் ஆண்டளவில், எஃகின் கலவையில் வெனேடியத்தைச் சேர்த்து, கார்பன் மற்றும் நைட்ரஜன் அளவுகளைச் சீரமைப்பதன் மூலம் அதன் வலிமையையும் கடினத்தன்மையையும் மேம்படுத்தி சீன விஞ்ஞானிகள் முன்னேற்றம் கண்டனர். இருந்தாலும், இணைவு உலைகளுக்கான செயல்திறனை எட்டத் தேவையான கடுமையான தரநிலைகளை அந்தப் பொருள் பூர்த்திசெய்யவில்லை. 316LN-ஐ மேம்படுத்துவது ஏறத்தாழ சாத்தியமற்றது என்று பல சர்வதேச நிபுணர்கள் சந்தேகித்தனர். வெளிநாட்டு விஞ்ஞானி ஒருவர் கூறியதுபோல்,

இந்தச் சூழல்களுக்கு 316LN-ஐவிடச் சிறந்ததை உருவாக்குவது முற்றிலும் சாத்தியமற்றது.

2020ஆம் ஆண்டில், புகழ்பெற்ற இயற்பியலாளரும் குறைந்த வெப்பநிலை இயற்பியலில் முன்னணி நிபுணரும் சீனாவின் உயரிய அறிவியல் விருதைப் பெற்றவருமான ஜாவோ ஜோங்சியன் இந்தத் திட்டத்தில் இணைந்தபோது திருப்புமுனை ஏற்பட்டது. அவரது நிபுணத்துவமும் தலைமையும், முக்கியமான கட்டத்தில் திட்டத்தின் வேகத்தை அதிகரித்து, இறுதிச் சவால்களைக் கடந்து செல்லக் குழுவுக்கு வழிகாட்டின.

புதிய தரநிலைகளை நிறுவுதல்

2021ஆம் ஆண்டில், இணைவு உலைப் பொருட்களுக்காகச் சீனா புதிய கடுமையான தரநிலைகளை வகுத்தது: 1,500 MPa (மெகாபாஸ்கல்) இழுவை மகசூல் வலிமையும், மிகக் குறைந்த வெப்பநிலையில் 25%-க்கும் அதிகமான நீட்சித் திறனும். ஏற்கெனவே உள்ள பொருட்களால் எட்டக்கூடிய அளவைவிட இந்தத் தேவைகள் மிக அதிகமானவை. இணைவு ஆற்றலின் எதிர்காலத்துக்கு மேம்பட்ட எஃகை உருவாக்குவது அத்தியாவசியம் என்று இணைவு நிபுணர் லி ஜியாங்காங் வலியுறுத்தினார்.

அதே ஆண்டில், உள்நாட்டில் புதிய குறைந்த வெப்பநிலை எஃகை உருவாக்குவதற்காக, நிறுவனங்கள், ஆய்வு மையங்கள், வெல்டிங் நிபுணர்கள் ஆகியோரை ஒன்றிணைக்கும் தேசிய ஆராய்ச்சிக் கூட்டணியை லி லைஃபெங் தொடங்கினார். இதன் விளைவாக உருவான CHSN01, மிகக் கடினமான சூழல்களிலும் தனது திறனை விரைவில் நிரூபித்தது.

CHSN01-ஐத் தனித்துவமாக்குவது எது?

CHSN01 மற்றொரு துருப்பிடிக்காத எஃகு மட்டுமல்ல. இணைவு உலைகளின் தனித்துவமான அழுத்தங்களைத் தாங்குமாறு சிறப்பாக வடிவமைக்கப்பட்ட, உயர் வலிமை கொண்ட குறைந்த வெப்பநிலைக் கலவை இது. மாற்றியமைக்கப்பட்ட N50 துருப்பிடிக்காத எஃகை அடிப்படையாகக் கொண்டு உருவாக்கப்பட்ட CHSN01-ல் மிகக் குறைந்த கார்பன், அதிக நிக்கல், குறைந்த ஆக்சிஜன் உள்ளடக்கம் ஆகியவை உள்ளன. இந்த மாற்றங்கள், மிகக் குறைந்த வெப்பநிலையிலும் அதற்கு விதிவிலக்கான இயந்திரப் பண்புகளை வழங்குகின்றன.

4.2 K வெப்பநிலையில் (முழுமையான பூஜ்ஜியத்துக்கு சற்றே மேலான நிலையில்) CHSN01, 1,500 MPa-க்கும் அதிகமான இழுவை மகசூல் வலிமையைப் பெறுவதுடன், உயர் நீட்சித் திறனையும் சோர்வுக்கு எதிரான எதிர்ப்பையும் தக்கவைத்துக்கொள்ளும் என்று இயந்திரச் சோதனைகள் காட்டியுள்ளன. இதனால், எஃகு விரிசல் ஏற்படாமலும் உறுதித்தன்மையை இழக்காமலும் 60,000 பிளாஸ்மா துடிப்புகள் வரையிலான மீண்டும் மீண்டும் ஏற்படும் அழுத்தச் சுழற்சிகளைத் தாங்கும். ஸ்கேனிங் எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கியும் ஆற்றல்-சிதறல் நிறமாலையாய்வும், தனிமங்கள் சீராகப் பரவியிருப்பதை உறுதிப்படுத்துகின்றன; இதனால் பொருளின் அனைத்துப் பகுதிகளிலும் சீரான செயல்திறன் கிடைக்கிறது.

சோர்வுக்கு எதிரான திறனும் பாதுகாப்பும்

இணைவு உலைப் பொருட்களுக்கான மிக முக்கியமான சவால்களில் ஒன்று, மீண்டும் மீண்டும் ஏற்படும் அழுத்தத்தால் வலுவிழப்பதைத் தடுப்பதாகும். பிளாஸ்மாவைச் சூடாக்கும் மைய சோலெனாய்டு (CS) காந்தம் மாறுதிச் மின்னோட்டத்தில் இயங்குவதுடன், மீண்டும் மீண்டும் அழுத்தச் சுழற்சிகளுக்கும் உட்படுகிறது. எஃகில் உள்ள ஏதேனும் குறைபாடு காலப்போக்கில் பெரிதாகி, பேரழிவை ஏற்படுத்தக்கூடிய செயலிழப்புக்கு வழிவகுக்கலாம்.

இதனைச் சமாளிக்க, CHSN01 உறைகளில் அனுமதிக்கக்கூடிய குறைபாட்டின் அதிகபட்ச அளவைத் தீர்மானிக்க ஆராய்ச்சியாளர்கள் மேம்பட்ட மாதிரியாக்கத்தையும் பரிசோதனைச் சோதனைகளையும் பயன்படுத்தினர். ஆரம்பத்தில் சிறிய குறைபாடுகள் இருந்தாலும், இணைவு உலையின் இயக்கத் தேவைகளை அந்தப் பொருள் பாதுகாப்பாகத் தாங்கும் என்று முடிவுகள் காட்டின. இணைவு மின் நிலையங்களின் நீண்டகாலப் பாதுகாப்புக்கும் செயல்திறனுக்கும் இந்த அளவிலான நம்பகத்தன்மை மிக முக்கியமானது.

ஆய்வகத்திலிருந்து உலைக்கு: செயல்பாட்டில் CHSN01

2023 ஆகஸ்டில், 20 டெஸ்லா காந்தப்புலங்களைத் தாங்கும் திறன், 1,300 MPa அழுத்தத்தைத் தாங்கும்போது அதிக சோர்வு எதிர்ப்பைக் கொண்டிருக்கும் திறன் உள்ளிட்ட அனைத்து முக்கியத் தரநிலைகளையும் CHSN01 பூர்த்திசெய்வது உறுதிசெய்யப்பட்டது. 2023 மே மாதத்தில் அதன் கட்டுமானம் தொடங்கி, 2027ஆம் ஆண்டில் நிறைவடையத் திட்டமிடப்பட்டுள்ள சீனாவின் BEST (முன்னேற்றச் சோதனை மீக்கடத்தி டோகமாக்) இணைவு உலையில் இந்தப் பொருள் உடனடியாகப் பயன்படுத்தப்பட்டது.

உலைக்காக ஒன்றுசேர்க்கப்பட்ட 6,000 டன்னுக்கும் அதிகமான பாகங்களில், 500 டன் கடத்தி உறைகள் உள்நாட்டில் தயாரிக்கப்பட்ட CHSN01 எஃகால் செய்யப்பட்டவை. உலையின் சக்திவாய்ந்த காந்தப்புலங்களை உருவாக்கும் மீக்கடத்திக் கம்பிகளை இந்த உறைகள் சூழ்ந்துள்ளன. இதனால் கட்டமைப்பு உறுதியும் செயல்பாட்டுப் பாதுகாப்பும் உறுதிசெய்யப்படுகின்றன.

சர்வதேச ஒத்துழைப்பும் போட்டியும்

CHSN01 தொடர்பான சீனாவின் சாதனை, இணைவு ஆற்றலை உருவாக்கும் விரிவான சர்வதேச முயற்சியின் ஒரு பகுதியாகும். பிரான்சில் உள்ள ITER, அமெரிக்காவில் உள்ள SPARC போன்ற திட்டங்களும் பொருள் அறிவியல் மற்றும் பொறியியலின் எல்லைகளை விரிவுபடுத்துகின்றன. இருப்பினும், சொந்த நாட்டிலேயே அதிவலிமை எஃகை உருவாக்கச் சீனா எடுத்த முடிவு, வெளிநாட்டுத் தொழில்நுட்பத்தைச் சார்ந்திருப்பதைக் குறைத்து, உலகளாவிய இணைவு போட்டியில் முன்னணி இடத்தைப் பெறுவதற்கான உத்திமிக்க நடவடிக்கையைப் பிரதிபலிக்கிறது.

மதிப்பாய்வு செய்யப்பட்டு Applied Sciences இதழில் வெளியான ஆய்வின்படி, CHSN01 உறை ITER-ல் பயன்படுத்தப்படும் பொருட்களின் செயல்திறனைப் பூர்த்திசெய்வதுடன் அதை மிஞ்சுகிறது; மேலும் பெரிய குறைபாடுகளையும் தாங்கி, கூடுதல் பாதுகாப்பு இடைவெளியையும் வழங்குகிறது. செயல்படும் இணைவு மின் நிலையத்தை உருவாக்குவதை நோக்கி நகரும் சீனாவுக்கு இது குறிப்பிடத்தக்க முன்னிலையை அளிக்கிறது.

இணைவைத் தாண்டி: CHSN01-ன் எதிர்காலம்

இணைவு உலைகளுக்காகவே CHSN01 உருவாக்கப்பட்டிருந்தாலும், அதன் தனித்துவமான பண்புகள் பல்வேறு பிற பயன்பாடுகளுக்கும் ஏற்றதாக அமைகின்றன. அதிக வலிமை, குறைந்த வெப்பநிலையிலும் செயல்திறன், சோர்வுக்கு எதிரான எதிர்ப்பு ஆகியவற்றின் கூட்டுப் பண்புகள் விண்வெளித் துறை, குறைந்த வெப்பநிலைத் தொழில்நுட்பம், மேம்பட்ட உற்பத்தி போன்ற துறைகளுக்குப் பயனளிக்கக்கூடும்.

பிற உயர் தொழில்நுட்பத் திட்டங்களில் CHSN01-ஐப் பயன்படுத்துவது குறித்து சீன ஆராய்ச்சியாளர்கள் ஏற்கெனவே ஆராயத் தொடங்கியுள்ளனர்; சர்வதேசப் பங்காளிகளிடமும் ஆர்வம் அதிகரித்து வருகிறது. தூய்மையான, நிலைத்தன்மைமிக்க ஆற்றல் மூலங்களை நோக்கி உலகம் நகரும் நிலையில், புதிய தொழில்நுட்பங்களைச் சாத்தியமாக்குவதில் CHSN01 போன்ற பொருட்கள் முக்கியப் பங்கு வகிக்கும்.

உலகளாவிய ஆற்றலுக்கான தாக்கங்கள்

செயல்படும் இணைவு உலையில் CHSN01 வெற்றிகரமாகப் பயன்படுத்தப்பட்டிருப்பது வெறும் அறிவியல் மைல்கல் மட்டுமல்ல; நடைமுறை இணைவு ஆற்றல் பல நிபுணர்கள் முன்பு கருதியதைவிட நெருக்கத்தில் இருக்கலாம் என்பதற்கான அறிகுறியும் ஆகும். இணைவு, பசுமைக்குடில் வாயு வெளியேற்றமின்றியும் மிகக் குறைந்த கதிரியக்கக் கழிவுகளுடனும் கிட்டத்தட்ட வரம்பற்ற தூய்மையான ஆற்றலை வழங்குவதாக உறுதியளிக்கிறது. சீனாவின் BEST உலை அதன் இலக்குகளை எட்டினால், உலகெங்கும் வணிகரீதியான இணைவு மின் நிலையங்கள் உருவாக அது வழிவகுக்கக்கூடும்.

சர்வதேசச் செய்தி நிறுவனம் ஒன்று குறிப்பிட்டதுபோல்,

இந்த மேம்பட்ட எஃகின் பயன்பாடு, நடைமுறை அணுக்கரு இணைவு ஆற்றலைப் பெறுவதற்கான உலகளாவிய போட்டியில் குறிப்பிடத்தக்க முன்னேற்றமாகக் கருதப்படுகிறது.

சவால்களும் அடுத்தகட்ட நடவடிக்கைகளும்

உற்சாகம் இருந்தாலும், குறிப்பிடத்தக்க சவால்கள் இன்னும் உள்ளன. இணைவு உலையைக் கட்டி இயக்குவது மிகச் சிக்கலான பணியாகும்; அதற்கு மேம்பட்ட பொருட்கள் மட்டுமின்றி, பிளாஸ்மா இயற்பியல், மீக்கடத்தித் தொழில்நுட்பம், பெரிய அளவிலான பொறியியல் ஆகிய துறைகளிலும் முன்னேற்றங்கள் தேவை. BEST உலையின் கட்டுமானம் இன்னும் நடைபெற்று வருகிறது. இணைவு மின்சாரம் வணிகரீதியாகச் சாத்தியமாவதற்கு முன்பு, பல ஆண்டுகள் சோதனையும் செம்மைப்படுத்தலும் தேவைப்படும்.

இருப்பினும், CHSN01-ன் உருவாக்கம் ஒரு பெரும் முன்னேற்றமாகும். தொடர்ச்சியான முதலீடு, ஒத்துழைப்பு, அறிவியல் நுண்ணறிவு ஆகியவற்றின் மூலம், மிகவும் கடினமான தொழில்நுட்பத் தடைகளைக்கூடக் கடக்க முடியும் என்பதை இது எடுத்துக்காட்டுகிறது.

சுருக்கமாக

• அணுக்கரு இணைவு உலைகளின் உள்ளே நிலவும் அதீத சூழல்களுக்காக வடிவமைக்கப்பட்ட CHSN01 எனும் முன்னோடி அதிவலிமை எஃகைச் சீனா உருவாக்கியுள்ளது.
• மிகக் குறைந்த வெப்பநிலையிலும் CHSN01 விதிவிலக்கான வலிமை, நீட்சித் திறன், சோர்வுக்கு எதிரான எதிர்ப்பு ஆகியவற்றைக் கொண்டுள்ளது; 316LN துருப்பிடிக்காத எஃகு போன்ற முந்தைய பொருட்களைவிடச் சிறப்பாகச் செயல்படுகிறது.
• இந்தப் பொருள் தற்போது சீனாவின் BEST இணைவு உலையில் பயன்படுத்தப்படுகிறது. நடைமுறை இணைவு ஆற்றலுக்கான உலகளாவிய போட்டியில் இது ஒரு முக்கிய மைல்கல்லாகும்.
• CHSN01-ன் தனித்துவமான பண்புகள் இணைவைத் தாண்டியும் பயன்பாடுகளைக் கொண்டிருக்கலாம்; விண்வெளித் துறை, குறைந்த வெப்பநிலைத் தொழில்நுட்பம் போன்றவற்றுக்குப் பயனளிக்கலாம்.
• சவால்கள் நீடித்தாலும், CHSN01-ன் வெற்றிகரமான பயன்பாடு தூய்மையான, வரம்பற்ற இணைவு ஆற்றல் என்ற கனவை நனவாக்குவதை ஒரு படி நெருக்கமாக்குகிறது.