8ヵ月後、制御された核融合が再び点火に成功しました！出力エネルギーが3.5メガジュールを超え、記録を更新

米国の制御された核融合実験は、再び純エネルギー増加を達成しました！

昨年12月14日、ローレンス・リバモア国立研究所（LLNL）は初めて制御された核融合点火に成功し、全人類のためのクリーンエネルギーの「聖杯」を手に入れた。

LLNL は、ターゲットに 2.05 MJ のエネルギーを供給した後、3.15 MJ の核融合エネルギー出力を生成しました。これは約 1.5 のエネルギー増加です。

7月30日、研究室は実験を再現した。今回はエネルギー出力が3.5メガジュールを超え、12月よりも高かった。この量のエネルギーは、家庭用アイロンを 1 時間稼働させるのに十分な電力です。

人類は無制限のゼロカーボン電力の実現に一歩近づきました。

再び点火成功しました！

昨年末と同様に、このニュースはフィナンシャル・タイムズによって明らかにされました。

LLNL はレーザー施設が再びエネルギー増加を達成したことを確認しており、現在その結果を分析している。

研究者らは昨年12月に最初の点火に成功して以来、実験を続けてきた。 7月30日の実験では、NIFの再点火に成功した。

実験の結果は科学会議や査読付き出版物で発表される予定です。

将来のエネルギールートは完全に変わるかもしれない

簡単に言えば、「核融合」とは、2 つの軽い原子核が結合してより重い原子核を形成し、膨大なエネルギーを放出するプロセスです。

2 つの水素原子が衝突して結合し、元の水素原子よりもわずかに小さい質量を持つヘリウム原子を形成します。アインシュタインの象徴的な質量エネルギー方程式 E=mc² によれば、この質量差はエネルギーに変換されます。

太陽の中心部では、毎秒6億2000万トンの水素が融合しています。生成されたエネルギーは地球上のすべての生命の源です。

しかし、核融合を利用する上での最大の課題の 1 つは、核融合反応によって放出されるエネルギーを入力エネルギーよりも大きくし、そのプロセスを持続可能にすることです。

1950 年代以来、数え切れないほどの物理学者が、核融合反応によって消費するエネルギーよりも多くのエネルギーを生み出すことを望んできました。

この最大の課題を克服できれば、人類は歴史上初めて大量の炭素フリーのクリーンエネルギーを手に入れることができるようになり、将来のエネルギーロードマップが完全に変わることになるでしょう。

言い換えれば、その時までに、石炭や石油の燃焼によって生成される温室効果ガスや、危険で長期にわたる放射性廃棄物はなくなり、人類は真の意味で「クリーンエネルギー」を手に入れることになる。

これは、電気時代に入ると、人類を悩ませてきたエネルギー不足の問題がなくなることを意味します。

人類は、制御された核融合によってもたらされる恒星のエネルギーによって、前例のない技術的進歩を達成することさえできる。

NIF点火原理

1960 年代、LLNL の先駆的な科学者グループは、レーザーを使用して実験室環境で核融合を誘発できるという仮説を立てました。

この革命的なアイデアはその後、物理学者ジョン・ナッコルズが主導する慣性閉じ込め核融合へと発展しました。

このコンセプトを実現するために、LLNL は次第に強力になる一連のレーザー システムを構築し、最終的に世界最大かつ最強の NIF が完成しました。

実験では、レーザーが太陽の中心部の状態を模倣し、重水素同位体である重水素と三重水素をヘリウムに融合させた。

まず、多数の水素ガスペレットをコショウの実ほどの大きさの装置に入れ、次に強力な 192 本のレーザー光線を使用して水素燃料を加熱し、圧縮します。

環状空間内に入ると、レーザーが内壁に当たり、X線が放射される。X線は内壁を1億度（太陽の中心よりも高温）まで加熱し、地球の大気圧の1000億倍以上に圧縮する。

高エネルギーレーザーが球体の表面をプラズマに変え、残った中心物質はニュートンの第3法則に従って最終的に中心に向かって崩壊し、内破します。

爆縮中、燃料球に適切な温度と圧力が与えられている限り、連鎖反応、つまり「点火」が起こり、大量のエネルギーが放出されます。

進歩は加速している

核融合のステップを 0 から 1 まで完了するのに 60 年かかりましたが、1 から 100,000 まで到達するのには 8 か月しかかかりませんでした。

インペリアル・カレッジ・ロンドンのジェレミー・チッテンデン氏は、ほとんどの物理学者がLLNLの2021年の実験を人類史上の制御された核融合の真のマイルストーンと見ていると述べた。

この実験では、NIF を使用した制御された核融合炉が可能であることが実証されました。

2022年12月、メディアで大きく報じられた人類初の制御核融合によってもたらされた「純増分エネルギー」は、まさに2021年の実験で証明された結果であり、これまでの生産量のさらなる増加でした。

今回の実験でも同様で、LLNL が抽出したエネルギーは前回に比べて増加しました。これは、科学者がより多くのエネルギーを生み出すために実験の細部を微調整する方法を知っていることを意味します。

しかし、これは、反応物を完全に燃焼させる NIF のレーザーによって生成されるエネルギーからは程遠いものです。

チッテンデン氏は、現在のLLNLの実験では燃料のわずか数パーセントしか反応していないと述べた。

しかし、LLNLが今回成し遂げた進歩は、0から1の束縛を突破した後、制御核融合の進歩が飛躍的に進むことを証明するのに十分である。

核融合発電の問題は解決したのか？

しかし、今回の点火成功は核融合発電が解決されたことを意味するものではありません。

大きな問題の一つはレーザーの非効率性です。

リアクターの出力はレーザーの出力よりも高いのですが、レーザー自体は非常に非効率です。 2.1テラジュールのエネルギーを生成するには、米国の全国家送電網の出力を上回る500兆ワットが必要となる。 （これは、10 個の鍋の水を沸かすのに 35 億ドルかかるとよく言われる金額です）

したがって、今後の大きな課題は、最終的なレーザー段階での反応だけでなく、総エネルギー要件のバランスをとる反応をどのように作り出すかということです。

もう一つの問題は、NIF原子炉は1回、数十億分の1秒しか点火できず、その後、再び点火できるようになるまでに部品を冷却するのに何時間もかかることだ。

核融合炉を商用発電に利用したい場合、対象物を1秒間に10回レーザーで加熱する必要があります。これは不可能ではありませんが、エンジニアリングの観点からは非常に困難です。

そして、たとえ原子炉が長期間稼働できたとしても、レーザーが実際のエネルギー需要を補うとしても、それでも損益はゼロになるだけだ。

核融合が新たなエネルギーソリューションとなるためには、大量の正味エネルギーを抽出できなければなりません。このようにして初めて、原子炉建設にかかる莫大な費用に見合う価値が生まれるのです。

もう一つの核融合装置：トカマク型原子炉

現在の核融合炉では、必要な熱を生成するために通常 2 つの方法が使用されています。

• 磁気閉じ込め炉（トカマク）は、補助熱源に加えて磁石を使用して水素原子を加熱して閉じ込めます。
• レーザーベースのシステムでは、多数のレーザーパルスを使用して水素原子に衝撃を与えます。

トカマク装置の動作原理は、1億度以上に加熱すると水素同位体の回転プラズマが生成され、それが衝突して核融合反応を起こすというものです。超磁石によって作り出された磁場がプラズマを封じ込め、原子炉への損傷を防ぐことになる。

2つの原子炉の最大の違いは核融合反応に必要な時間です。

磁気反応炉は核融合プロセスをより長く持続させることができますが、より多くのエネルギーを必要とします。対照的に、レーザーベースの反応炉は核融合を非常に短時間で起こすことができ、現在では純エネルギー増加の閾値をある程度超えています。

トカマク装置では、高温のプラズマを閉じ込めるために強力な磁場が必要であり、超伝導磁石は中核部品の一つです。

同じ核融合出力を達成し、磁場強度を高めることで、トカマク装置のサイズとコストを効果的に削減できます。