国立研究所が核融合の可能性を解き放つ — 真の画期的な進歩、新規法、あるいはその両方?

歴史的初: 先週、192 個のレーザー光線が水素燃料ペレットを発射した国立点火施設の内部。水素燃料ペレットは、吸収したエネルギーよりも多くのエネルギーを放出した。

核融合は長い間、真にクリーンなエネルギーの聖杯でした。水素原子を粉砕することで、炭素排出ゼロ、放射性廃棄物の最小限、壊滅的なメルトダウンの可能性ゼロで無限の電力が得られることが約束されています。 しかし、半世紀の間、核融合科学者はレーザーの出力と磁場の強さによって限界があり、原子を粉砕する際に投入したエネルギーよりも多くのエネルギーを搾り出す方法をこれまで一度も発見できなかった。

本日、カリフォルニアにあるローレンス・リバモア国立研究所（LLNL）の国立点火施設の科学者らは、12月初旬に初めて1を超えるエネルギー利得を達成することに成功したこと、つまり、より多くのエネルギーが放出されたことを明らかにする予定である。重水素 - 三重水素燃料カプセル内の反応 (2,000 メガジュール) は、彼らが照射した 192 個のレーザーに含まれていたものよりも優れていました。

これは大きな出来事であり、祝う価値があるが、やや先の結論のようだと、プラズマ物理学者のデブラ・キャラハン氏は言う。最近LLNL核融合チームを離れ、新興企業フォーカスト・エナジー社の科学ディレクターに就任したデブラ・キャラハン氏は、すでにこのアプローチの商業化に取り組んでいる。

キャラハン氏は、LLNL が昨年、レーザー エネルギー入力の 72% のエネルギー出力に達した後、純エネルギーの増加を達成できることを知っていました。 「それは私にとって驚くべきことではありません。 私たちがこれまで見てきた結果の推移を考えれば、それは起こるだろう」と彼女は言います。 ただもう少しレーザー出力が必要でした。

では、どのように機能するのでしょうか? ローレンス・リバモア研究所では、鋼管、ワイヤーケーブル、サッカー場 3 個分ほどの奇妙な電子機器が入り組んだ迷路の中心に、手のひらに収まるほどの金でできた小さな中空シリンダーがあります。 それはホルラウムと呼ばれます。 空洞の中に科学者たちは、水素の単一陽子同位体である重水素と三重水素が充填された小さな燃料カプセルを取り付けます。

国家点火プロジェクトチームが金を使用しているのは、世界で最も強力なレーザー 192 個で空洞の両端を爆破するときに生成される X 線が金に保持されるためです。 キャラハン氏は、「これは X 線オーブンのようなものです」と述べ、燃料を非常に圧縮して爆発させ、カプセルの中心にある原子間の融合を引き起こします。 その後、核融合は中心から波状に広がり、驚異的な熱を放出します。先週の歴史的なショットの場合、その熱は2.5メガジュールでした。 これらすべては10億分の1秒で起こります。

核融合への慣性閉じ込めアプローチでは、水素同位体を含むペレットにレーザービームを照射し、核融合反応を引き起こします。

なぜキャラハンはLLNLが成功の絶頂にあったときに去ったのでしょうか? なぜなら、国立点火施設は核融合機ではないからだ、と彼女は言う。 ホルラウムは点火の実証には最適ですが、水素燃料ではなく金を加熱する際に大量の残留レーザー エネルギーが失われるため、連続パルス核融合を工学的に行うには必ずしも十分な効率とは限りません。 そこで、Focused Energy (Prime Movers Lab と New Enterprise Associates が支援) の計画は、ホルラウムを廃棄し、その代わりに燃料カプセルに直接レーザーを照射する「ダイレクト ドライブ」アプローチを使用することです (概略図を参照)。

彼らはまだそれが機能することを実証していませんが、キャラハン氏は数年以内に彼らのパイロットプロジェクトが10倍のエネルギー増加を達成すると確信しています。 その後、2 番目のプラントが 30 倍の利得に達し、2030 年代の終わりには最初の商用発電機となり、できれば 100 倍のエネルギー利得を達成し、毎秒 10 個の燃料カプセルを爆発させる予定です。

しかし、そこには特別な課題が潜んでいました。 1 秒あたり 10 個の場合、同社のマシンは 1 日あたり約 900,000 個のカプセルを使用することになります。 これは石炭を炉にかき込むようなものではありません。 各カプセルは厳格な基準に従って製造され、完璧なタイミングでマシンに発射される必要があります。

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