制御された核融合の新しい方法において画期的な進歩が遂げられた。従来の方法とどう違うのでしょうか?

人類文明の発展のスピードは本質的にエネルギーがどのように得られるかによって決まります。将来のエネルギーに関して、最も期待されているのは制御された核融合です。

なぜ？なぜなら、地球上のすべてのエネルギーはもともと核融合から生まれており、この核融合の主体は太陽だからです。太陽は本質的に巨大な核融合炉であり、核融合は実際には 2 つの軽い原子が結合して重い原子になり、エネルギーを放出するプロセスです。このプロセスにより質量が失われ、失われた質量はエネルギーの形で放出されるため、生成されるエネルギーは非常に大きくなります。このエネルギーが一瞬で放出されると、壊滅的な威力を発揮します。水素爆弾はこの原理を利用しています。水素爆弾の本質は核融合ですが、この種の核融合は制御不能です。人間が使用できるエネルギーを生産したいのであれば、制御可能でなければなりません。

いわゆる制御核融合とは、核融合プロセス全体をゆっくりと進行させること、つまりその反応速度を制御することです。これ自体は難しくありません。難しいのは、反応物を保持するために何を使用するかということです。

核融合反応を促進するには、極めて高い温度と圧力が必要です。太陽が明るく熱い星になれるのは、内部に極めて高い圧力を生み出すのに十分な質量を持っているからです。そのため、高温高圧の作用により核融合反応が起こります。太陽の中心部の巨大な圧力を地球上でシミュレートすることは基本的に不可能であるため、核融合反応を促進するにはより高い温度が必要です。最も高い融点を持つ金属として知られているのはタングステンで、その融点はおよそ 3410°C です。現在、人類が生産できる最も融点の高い物質はハフニウムタンタル五炭化物であり、その融点は 4215°C です。どちらも制御された核融合に必要な温度をはるかに下回っています。

明らかに、現時点では反応物を封じ込めるために使用できる材料は存在しないため、唯一の方法は反応物を閉じ込める方法を見つけることです。

現在、理論的に実現可能な閉じ込め方法は、主に磁場閉じ込めと慣性閉じ込めの 2 つのカテゴリに分けられます。慣性閉じ込めとは、粒子の慣性を利用して粒子自体を拘束し、反応物が物質と接触するのを防ぐことです。人類の慣性閉じ込めに関する経験は限られており、現在どの国も大きな技術的進歩を遂げていないため、現段階では磁場閉じ込めが依然として主な研究方向となっています。磁場を使って高温プラズマを閉じ込める方法は、人類が理論的根拠と実践経験の両方を持っている方法です。人類は1950年代にすでに磁場閉じ込め装置であるトカマク装置を開発していたからです。

トカマクは非接触の環状容器です。

内部構造はおおよそ次のようになります。リング状の真空チャンバーと、その真空チャンバーの外側に巻かれたコイルです。コイルに通電すると巨大な螺旋状の磁場が発生し、加熱されて核融合反応が促進され、反応物が物質と接触しないように閉じ込められます。現在、世界各国の磁場閉じ込め研究はトカマク装置をベースに行われており、中国は世界をリードする立場にある。これまでの実験では、7000万度の長パルス高パラメータプラズマ動作を1056秒間、1億2000万度の動作時間を101秒間達成しています。現在の進捗状況から判断すると、実証事業では2030年に発電が可能になると見込んでいますが、最終的な商用発電については、時期を予測することがまだ困難です。

すべての国がトカマク装置に注目する中、新興技術企業は異なるアプローチを取り、制御された核融合を制限する新しい方法を開発し、実験に成功したと主張している。

シアトルを拠点とするスタートアップ企業は Zap Engergy と呼ばれ、同社が開発した方法も磁場閉じ込め方式だが、トカマク装置に基づくものではない。トカマク装置は磁場を生成するために多数の磁石、コイル、遮蔽材を必要とするため、高価になります。 Zap Engineering が開発した方法では、これらはまったく必要ありません。彼らは自己完結性を実現するためにプラズマを使用します。プラズマ自体が帯電しているため、理論的にはこれは完全に理にかなっています。電荷を帯びているため、磁場を形成することができます。では、これらの帯電プラズマはどのようにして磁場を形成して自己制御を実現するのでしょうか?それは秘密です。

Zap Engine社は技術の具体的な詳細は明らかにしなかったが、実験が成功し、最終的にエネルギーバランスが達成され、利益を上げることができたとだけ発表した。

この磁気閉じ込め方式は、サイズが小さく、モジュール化して組み合わせてまたは個別に使用できるという利点もあり、遠隔地にも適用できます。 Zap Engineering の言うことを信じるならば、この新しい技術は従来の技術よりもはるかに安価になり、制御された核融合の商業化を加速させる可能性がある。もちろん、これは私たちがこれまでに知っていることに基づいた単なる楽観的な仮定です。この新しい技術の詳細がわからないため、最終的に成功するかどうかは判断できず、ましてや商業発電に使用される時期を推測することはできません。

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