アメリカの核融合の「ブレークスルー」は超高温だが、実用化には程遠い

ローレンス・リバモア国立研究所（LLNL）の科学者らが原子炉内で核融合点火に成功したと火曜日に発表された。

比較的クリーンな核融合発電という夢は、数十年にわたって追求されてきました。現在、米国エネルギー省とLLNLは、以前の報道を裏付け、その目標達成に大きく近づいたと考えています。

今週火曜日、当局は12月5日に同研究所の国立点火施設（NIF）で行われた実験の結果をライブストリーミング放送で発表した。

研究者たちは、出力として3.15メガジュールの核融合エネルギーを生成したと発表した。これは、核融合反応を開始させた192基のレーザーが供給した2.05メガジュールを上回った。言い換えれば、LLNLは原子炉内で核融合点火を達成し、（ある意味で）投入したエネルギーよりも多くのエネルギーを反応から得たことになる（ただし、この点については後ほど詳しく説明する）。これはチームにとって画期的な成果であり、アメリカ人研究者によると、この種の成果としては初めてのものだという。

以下のアナウンスを再生できます。

YouTubeビデオ

「実験室での核融合点火の追求は、人類がこれまで取り組んだ最も重要な科学的課題の一つであり、それを達成することは科学、工学、そして何よりも人々の勝利である」とLLNL所長のキム・ブディル氏は声明で述べた。

「この境界を越えることは、60 年にわたる献身的な追求を推進してきたビジョンであり、継続的な学習、構築、知識と能力の拡大、そして出現した新しい課題を克服する方法の発見のプロセスです。」

一方、ジェニファー・グランホルム米エネルギー長官は今回の成果を「画期的な成果」と呼び、上院議員や下院議員もこの「科学上の大きな進歩」を大いに称賛した。 

NIFは、約200個のレーザーを照射し、空洞内に収められた小さな核融合燃料ペレットに紫外線エネルギービームを形成することで機能します。このエネルギーはX線に変換され、ペレットを粉砕して爆縮させます。エンドウ豆大のカプセルは超高温高圧プラズマに変化し、重水素と三重水素の燃料原子を核融合させるのに適した条件を作り出します。

この核融合反応は、ヘリウム原子核と中性子を生成します。理論的には、例えば中性子のエネルギーを熱に変換して蒸気タービンを駆動し、発電することで、比較的クリーンなエネルギーを利用できます。これは、重水素と三重水素が信じられないほどの圧力下で融合する熱核兵器や恒星のメカニズムとそれほど変わりません。

昨年、LLNLは研究者らが核融合点火の達成に近づいていると発表しました。しかし今回は、極低温燃料ペレットの燃焼に使用したレーザーエネルギーよりも大きなエネルギーを取り出すことに成功しました。

「レーザーチームは最近、供給されるエネルギーを8パーセント増加できるようにするアップグレードを完了した」とLLNLの主任実験者アレックス・ジルストラ氏はThe Registerに語った。

「その後、この余分なエネルギーを使ってより厚い燃料ペレットを爆縮する改良設計を開発しました。これにより、融合出力がレーザーエネルギーを上回るようになり、性能が向上しました。」 

この結果は祝うに値するが、核融合が実用的なエネルギー源となるには程遠いことを依然として示している。レーザービームを発射するために必要な初期エネルギーは322メガジュールで、燃料カプセルの爆縮を引き起こすために供給されたエネルギーはわずか2メガジュール強だった。

これを、核反応で生成される 3.15 メガジュール、つまり 875 ワット時と比較すると、NIF で生成される全体的なエネルギーは依然としてかなりの差で純損失です。

また、LLNL NIF はクリーンな発電に厳密に特化しているわけではなく、むしろ核兵器のシミュレーションに重点を置いていることにも留意します。

• CERNとフェルミ国立加速器研究所の素粒子物理学者、ビッグサイエンスにAlmaLinuxを活用
• ウエハスケールと原子スケールの融合：アンクル・サムが核兵器シミュレーションでセレブラスのチップをテスト
• 核融合は気候変動の「犠牲」を回避できないと原子力専門家が語る
• アメリカの核兵器備蓄をシミュレートする超高性能エル・キャピタンは2エクサフロップスを達成し、2023年に世界最速マシンの称号を獲得する予定だ

ジルストラ氏は、実験の詳細は査読のために学術誌に投稿される論文で報告される予定だと述べた。「これらの結果は、これまで実験室では達成できなかった条件での実験実施への道を開くものです。核融合プラズマに関する理解を深めることで、より高い核融合出力を生み出すとともに、核兵器管理ミッションに関連する条件の探究にも取り組んでいきます」とジルストラ氏は語った。 

エネルギー省は、「家庭や企業に電力を供給するための、シンプルで手頃な価格の点火核融合エネルギー（IFE）を実現するには、依然として多くの高度な科学技術開発が必要である」と指摘し、民間部門との「協調的なIFEプログラム」の再開に関心を示している。ジルストラ氏もこれに同意し、核融合エネルギーが将来商業的に実現可能となるためには、原子炉においてより高いエネルギー利得をより速い速度で達成する必要があると述べた。®