米国の研究所が核融合で再びエネルギーを生み出す

約8か月前、米国政府が資金提供している研究所の科学者らが、恒星を動かすプロセスである核融合を再現し、投入したエネルギーを上回るエネルギーを生み出した。現在、同じ施設である北カリフォルニアのローレンス・リバモア国立研究所の国立点火施設（NIF）の物理学者とエンジニアらが、エネルギーを得る核融合実験を2度目に成功させたようだ。

NIF の最新の成果は、核融合によって世界にクリーンで豊富なエネルギーを供給するという夢に一歩近づいた、つまり非常に長い道のりの 2 番目のステップです。あなたの街に核融合発電所がオープンするまでには、まだ長い道のりがあります。しかし、科学者たちは楽観的です。

「これは、NIFの科学者と協力者が12月に何が起こったかを十分に理解しており、それを再び起こすことができたことを示している」と、この実験には参加していない英国ヨーク大学の核融合科​​学者ジョン・パスリー氏は言う。

NIFは、施設の科学者らがまだ正式に結果を発表していないとしてコメントを控えた。それまでは、7月30日に行われた実験の詳細については分からないことも多い。

核融合を実現する方法は複数あるが、NIF は慣性閉じ込め核融合 (ICF) と呼ばれる方法を採用している。NIF の装置では、高出力レーザー ビームが 192 本の小さなビームに分割され、科学者が空洞と呼ぶカプセルに降り注ぐ。空洞の壁の内側で、このビームの集中砲火によって X 線が発生し、カプセルの充填物である重水素と三重水素のペレットに衝突し、太陽よりも強い温度と圧力でカプセルを超圧縮して核融合を開始する。

このすべての研究の目標は、損益分岐点を超え、レーザーが投入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だ。核融合科学者はこれをゲインと呼ぶ。12月の実験では、2.05メガジュールのレーザービームが3.15メガジュールの核融合エネルギーを生み出した。NIFがデータを公開するまでは確かなことは分からないが、匿名の情報源はフィナンシャル・タイムズに対し、この2度目の成功によってさらに大きなゲインが生まれたと語った。

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さらに、12月の実験では自己発熱が達成された。自己発熱とは、もはやくべる必要のない火のように、核融合反応が自ら電力を供給する状態である。多くの科学者は、自己発熱はICFで電力を生成するための前提条件であると考えている。外部の科学者は、NIFの新しい実験でも自己発熱が達成されたと推測している。

「科学的なプロセスの明らかな部分は、同じ結果が得られることです」と、NIFの研究には関与していないMITの核融合科​​学者デニス・ホワイト氏は言う。「もちろん、それは非常に心強いことです。」

これは決して簡単なことではない。ICF 実験は繊細なことで有名だ。レーザーの角度、空洞とペレットの形状、その他多数の要因の 1 つにわずかな変化を加えるだけで、出力が大幅に変わる可能性がある。12 月の NIF は核融合利得の表面をかすめた程度でしかなく、わずかな変化が損益分岐点を通過できるかどうかの違いを生んだことは明らかだ。

「私たちは、同じことを繰り返すだけでなく、感度も調べます」とホワイト氏は言う。「実験ごとのばらつきや違いを見るのは本当に面白いです。」

核融合科学者たちは 1950 年代から、NIF チームが過去 1 年間に 2 回達成したことを成し遂げようとしてきました。しかし、長期的な目標は、これらの実験的取り組みを、世界中の人々のためにクリーンで安価で豊富なエネルギーに変えることにあります。その画期的な成果を発電所に転換することはまったく別の課題であり、まだ始まったばかりです。研究室で利得を生み出すことが火を起こすことを学ぶようなものであるならば、それを使って電気を生成することは蒸気機関を作るようなものです。

「点火と増幅の実証から、核融合発電炉で採用される可能性のあるものに近いターゲット設計の調査へと、徐々に焦点を移していくことを期待しています」とパスリー氏は言う。

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実用的な発電所を建設するには、NIF はより大きな利得を示す必要がある。12 月の実験では、NIF の科学者が投入したエネルギーの約 1.5 倍のエネルギーが生成された。7 月の実験で 2 倍または 3 倍のエネルギーが生成されたとしても、NIF は核融合科学者が実用的な発電所に必要だと考える利得、つまり約 100 倍には遠く及ばないだろう。

これほどのエネルギー増加があれば、核融合はより大規模な電力網への現実的な追加にもなる。NIF の成果の重要性を過小評価するのは難しいが、この施設は実際には外部から取り込んだエネルギーよりも多くのエネルギーを生成したわけではない。3.15 メガジュールを生成するレーザーに電力を供給するには、カリフォルニアの電力網から 300 メガジュールの電力が必要だった。

NIF は、この探求を完了するのに最適な場所とは言えない。その理由の 1 つは、NIF が米国の核兵器備蓄を維持するために建設されたため、常に核融合に集中することができないからだ。しかし、今のところ、NIF はおそらく、レーザー照射をどんどん増やしながら、挑戦を続けるだろう。そして、科学者たちはその結果をシミュレーションと比較することで、地表下で何が起こっているのかを理解できる。

「これから何十回も実行して、本当に多くのことを学ぶことになると予想しています」とホワイト氏は言う。