中国の科学者が核融合炉用の新鋼材「CHSN01」（China high-strength low-temperature steel No. 1）を開発した。この合金は液体ヘリウムの極低温マイナス269°Cと20テスラの磁場に同時に耐えることができる。国際研究コミュニティの多くが「絶対に不可能」と考えていた条件である。
CHSN01の開発は10年以上前に開始され、研究者がバナジウム、炭素、窒素の含有量を調整した。2020年に低温物理学専門家の趙忠賢氏がチームに参加し、プロジェクトが加速した。2021年に中国は降伏強度1,500MPaと極低温での25%以上の伸び率という基準を設定した。
2023年のテストで、CHSN01は20テスラの磁場と1,300MPaの応力に耐えることが確認された。2023年5月から中国のBEST核融合炉に設置が開始され、導体ジャケット用に500トンが使用された。BEST炉は2027年完成予定で、研究専用のITERと異なり商業発電を目指している。ITERは11.8テスラの磁場を使用するが、CHSN01は20テスラまで対応可能である。この鋼材は完全に国内生産され、核融合以外にも粒子加速器や深宇宙探査への応用が期待される。
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“Absolutely Impossible”: China Builds Super Steel Strong Enough for Nuclear Fusion
【編集部解説】
innovaTopiaの読者の皆様へ、今回の中国による「不可能とされた超鋼材」の開発について、技術的背景から将来への影響まで解説いたします。
なぜ「絶対に不可能」と言われたのか
核融合炉の材料開発において「不可能」とされた理由は、相反する二つの極限条件にあります。超電導磁石は絶対零度近くのマイナス269°Cで動作する必要がある一方で、20テスラという強力な磁場によるローレンツ力に耐えなければなりません。これは鉄道のMRI装置（約3テスラ）の7倍近い磁力です。
従来の316LNステンレス鋼では、極低温で脆性破壊を起こしやすく、ITERでも2011年に材料の脆化問題で挫折を経験しています。このような背景から、国際的な専門家は中国の挑戦に懐疑的だったのです。
技術的ブレークスルーの核心
CHSN01の革新は、材料組成の精密な制御にあります。カーボン含有量を0.01%以下に抑制し脆性炭化物の生成を防ぎ、窒素含有量を0.31%まで引き上げて強度を確保しています。さらにバナジウムの添加により、バナジウム窒化物粒子を形成し、靭性を損なうことなく強度向上を実現しました。
結果として、降伏強度1,500MPa、伸び率25%以上という驚異的な性能を極低温で発揮します。これは「爪の面積で15頭の象の重さを支える」に相当する強度です。
商用化への戦略的優位性
中国のBEST炉がITERと決定的に異なるのは、研究目的ではなく実際の商用発電を目指している点です。ITERの11.8テスラに対し、CHSN01は20テスラまで対応可能なため、より強力な磁場でプラズマをより効率的に閉じ込められます。
これにより、同じ出力でもより小型化された核融合炉の設計が可能となり、建設コストと運用コストの大幅削減が期待されます。実際、CHSN01の採用により超電導磁石システムを10%軽量化し、1基あたり100トンの構造材料を節約できるとされています。
産業波及効果とリスク要因
CHSN01は核融合分野を超えて、粒子加速器や深宇宙探査、次世代MRI装置への応用も期待されています。完全な国産化により、中国は戦略的な材料自給率向上も実現しています。
一方、潜在的リスクとして考慮すべきは製造コストの高さと量産体制の確立です。現在BEST炉だけで500トンのCHSN01が必要とされており、将来の商用炉では更なる大量供給が求められます。
規制と国際競争への影響
この技術革新は国際的な核融合材料基準の見直しを促すでしょう。現在のITER基準を大幅に上回る性能により、各国の核融合開発戦略の再考が必要になる可能性があります。
特に、これまで材料技術で先行していた欧米諸国にとって、中国の技術的優位性は大きな競争圧力となるでしょう。核融合という究極のクリーンエネルギー実現において、材料技術が国家競争力の要となることを明確に示した事例です。
2027年のBEST炉完成により、中国は世界初の商用核融合発電の実証に大きく前進することになります。この技術革新は、エネルギー安全保障の観点からも、21世紀後半のエネルギー地政学を大きく変える可能性を秘めています。
【用語解説】
CHSN01
China high-strength low-temperature steel No. 1の略称。中国が開発した核融合炉用の超高強度鋼材で、液体ヘリウム温度（マイナス269°C）で降伏強度1,500MPa、伸び率25%以上を実現する。
超電導磁石
電気抵抗がゼロになる超電導現象を利用した磁石。核融合炉では極低温で強力な磁場を発生させ、プラズマを閉じ込める役割を果たす。
テスラ（Tesla）
磁束密度の単位。1テスラは地球磁場の約2万倍の強さ。核融合炉では通常10-20テスラの磁場が必要とされる。
MPa（メガパスカル）
圧力や応力の単位。1MPaは約10気圧に相当する。CHSN01は1,300MPaの応力に耐えることができる。
プラズマ
固体、液体、気体に続く物質の第4の状態。原子核と電子が分離した状態で、核融合反応が起こる。
316LNステンレス鋼
従来の核融合炉で使用されていた低炭素・窒素添加オーステナイト系ステンレス鋼。ITERでも採用されているが、CHSN01に比べ性能が劣る。
バナジウム
CHSN01に添加される合金元素。バナジウム窒化物粒子を形成し、強度向上に寄与する。
【参考リンク】
中国科学院プラズマ物理研究所（ASIPP）（外部）
中国のBEST核融合炉を開発・運営する研究機関。EAST実験炉の運用実績を持つ
中国科学院物理研究所（外部）
趙忠賢氏が所属する研究機関。高温超電導体の発見で世界的に知られる
EUROfusion（外部）
欧州の核融合研究コンソーシアム。中国のBEST炉との共同研究を推進
ITER機構（外部）
国際熱核融合実験炉ITERを運営する国際機関。フランスで建設中
中国核工業集団公司（CNNC）（外部）
中国の国有原子力企業。EAST実験炉の運営資金を提供している
【参考動画】
【参考記事】
China’s Super Steel Sets New Benchmark for Fusion Reactor Materials（外部）
2023年8月のCHSN01認証について詳述。20テスラの磁場と1,300MPaの応力に対する耐性を具体的数値で報告
How China’s CHSN01 Super Steel Could Shrink Fusion Reactors, Cut Costs（外部）
CHSN01の化学組成と商用核融合炉への影響を分析。20テスラ対応による小型化と発電コスト削減効果を定量的に解説
China launches new tokamak（外部）
BEST核融合炉の建設状況と2027年完成予定を報告。500トンのCHSN01使用量など具体的数値を提供
Renowned Physicist Given Title of People’s Scientist（外部）
趙忠賢氏の超電導研究歴と2020年のCHSN01プロジェクト参加による技術的転換点について詳述
China Boasts Our Super Steel Will Make Nuclear Fusion Plants Stronger and Safer（外部）
李来風氏の研究方針とITERの11.8テスラ制限に対するCHSN01の優位性を説明。2021年の1,500MPa基準設定について記述
EUROfusion and ASIPP partners to advance the research plan of the BEST tokamak（外部）
欧州との国際協力体制とBEST炉の技術的位置づけについて報告。商用核融合への中間段階としての役割を説明
【編集部後記】
innovaTopiaをご愛読いただいている皆さん、今回の中国の超鋼材CHSN01の開発は、エネルギー革命の入り口に私たちが立っていることを実感させてくれるニュースでした。
「絶対不可能」とされた技術的ハードルを越えたこの材料革新により、核融合発電の実用化が現実味を帯びてきています。2027年のBEST炉完成を皮切りに、私たちの生活がどのように変わっていくと思いますか？
無尽蔵のクリーンエネルギーが実現した時、どんな新しいサービスやプロダクトが生まれるでしょうか。
皆さんの業界や日常生活において、エネルギーコストが劇的に下がることで可能になる未来をぜひ想像してみてください。
皆さんが描く「核融合エネルギー時代」のビジョンをお聞かせいただければ嬉しいです。一緒に未来を考えていきましょう。
