在全球能源转型背景下，可控核聚变被认为是破解能源难题的重要方向。但要让“人造太阳”稳定运行，首先要解决极端环境下的材料问题。核聚变装置的超导磁体系统需要同时承受零下269℃液氦低温、20特斯拉强磁场以及千吨级电磁力的叠加作用。传统316LN奥氏体不锈钢在这种条件下容易发生严重脆化，成为制约聚变装置发展的关键瓶颈。国际热核聚变实验堆（ITER）采用的316LN钢材在液氦温度下屈服强度仅约1.1吉帕，装置只能通过增大结构尺寸来分散应力，不仅推高建造成本，也限制了性能提升。随着我国聚变工程实验堆（CFETR）等新一代装置将指标提升至15特斯拉磁场强度、80千安运行电流，高性能低温结构材料的研发更加紧迫。中科院理化所李来风研究员团队自2011年起牵头开展攻关，提出以氮强化奥氏体钢为基础的材料设计路线。团队将碳含量控制在0.01%以下以抑制脆性相形成，同时将氮含量提高到0.3%，并优化钒、镍等微量元素配比。经过上百次成分迭代与工艺验证，最终研制出拥有自主知识产权的CHSN01新型钢材。该成果在赵忠贤院士等专家指导下推进。团队通过分析极低温下的变形机制发现，纳米马氏体转变与变形孪晶的协同作用能够大幅提升材料塑性。2023年8月的测试结果显示，CHSN01在零下269℃环境下屈服强度达到1500兆帕，同时延伸率保持在30%以上；其无磁性特征也有效避免了对超导磁体系统磁场的干扰。与ITER现用材料相比，该新型低温钢在强度提升约40%的同时仍保持良好塑韧性，使聚变装置可承受1300兆帕应力和120吨/米电磁力。中科院文献情报中心评估认为，目前全球仅中国实现了该性能指标材料的工程化制备，对应的成果已发表于国际权威材料学期刊。
从“材料跟跑”到在关键环节并跑乃至领跑，看似冷门的材料突破，往往决定大科学装置的边界与上限。面向未来能源布局，只有把基础研究、工程验证和产业协同更紧密地衔接起来，才能把更多“卡点”转化为“支点”，推动聚变能源等战略领域加快从科学设想走向应用。