AR テクノロジー パート 4: トカマクへの参入

トカマクは、磁気閉じ込めを利用して制御された核融合を実現するトロイダル容器です。これはもともと、1950年代にソビエト連邦のモスクワにあるクルチャトフ研究所のアジモビッチらによって発明されました。トカマクの中心にはドーナツ型の真空室があり、その周りにコイルが巻かれています。電気が供給されると、トカマク内部に巨大な螺旋状の磁場が発生し、内部のプラズマを非常に高温に加熱して核融合の目的を達成します。

なぜトカマク装置を通じて核融合を実現したいのでしょうか?核融合とは、主に重水素などの小さな原子の2つの原子核が互いに引きつけられ、特定の条件下（超高温や高圧など）で衝突し、原子核が凝集してより重い質量を持つ新しい原子核を生成するプロセスを指します。中性子は比較的大きな質量を持っていますが、電荷を帯びていないため、原子核の束縛から逃れて衝突中に解放される可能性があります。多数の電子と中性子が放出されると、膨大なエネルギーが放出されます。核融合は安全で効率的かつクリーンなエネルギーを放出します。なお、現在人類が達成できる水素爆弾の爆発は制御されていない核融合であり、トカマク装置は制御された核融合を達成するための現在の主流の方法です。

トカマク装置には、内部コールドシールドと外部コールドシールドという 4 つの主要コンポーネントがあります。内部および外部のコールドシールドの機能は、EAST 超伝導磁石の熱負荷を効果的に低減することです。 80K の内部および外部コールドシールドは、超伝導磁石と真空チャンバーの間、および超伝導ベースと外部真空デュワーの間に設置されます。コールドシールドは液体窒素または液体アンモニアによって冷却されます。 EASTの片側には1億度のプラズマがあり、もう一方にはマイナス269度の極低温に冷却された超伝導コイルがあります。両者の最短直線距離はわずか1.2メートルです。この2つの矛盾を解決するために、EASTは両側にコールドシールドを備え、真空断熱により超伝導コイル、内部の等方性体、外部の大気からの熱を遮断します。

超伝導ポロイダル磁場コイルは、中央の螺旋管と、それに合わせて上下に対称的に配置された大きなコイルで構成されています。コイルはCICC導体設計方式を採用し、超伝導材料はNbTiで、超臨界4.5Kアンモニア強制流によって冷却されます。

超伝導縦磁場コイルは、トロイダル方向に均等に分布した 16 個の D 字型コイルで構成されています。このシステムはプラズマの中心に 3.5T のトロイダル磁場を生成でき、その総アンペアターンは 30MAT です。

外側の真空デュワーは樽型の構造で、ドームカバー、中間リング本体、ベースの 3 つの部分に分かれています。外部真空デュワーは、主にポロイダル磁場や縦磁場の真空チャンバーなどのコンポーネントに真空環境を提供し、外部環境によって生成された熱交換をこれらの大きなコンポーネントに遮断します。同時に、デバイスの大型コンポーネントによって課される負荷に耐えます。デュワーは本体の最外層であり、他の内部コンポーネントを真空環境で密封します。 EAST作動時は本体内部の気圧が大気圧の1億分の1程度まで低下することがあります。

科学技術の継続的な発展により、科学者たちは実験研究によって閉じ込めを改善するためのさまざまなモデルも発見したことを発見しました。これらのモデルに基づいて、トカマク型核融合炉の経済性能をさらに向上させることができます。過去50年間のプラズマ理論、物理実験研究、工学技術の大きな進歩に基づき、7者が参加する超大型国際協力プロジェクトである国際熱核融合実験炉（ITER）プロジェクトが工学建設段階に入った。

トカマクは今後も、核融合の分野において、より安全でクリーンかつ効率的なエネルギーを人々に提供し続けるでしょう。