核融合の画期的な進歩がクリーン エネルギーにとって何を意味するか

商業的な取り組みには長い道のりがあります。次に何が起こるかです。

何十年にもわたる試みを経て、科学者たちは核融合研究のマイルストーンに到達し、ついに反応を開始するために投入されたエネルギーよりも多くのエネルギーを生成する反応を実行しました。

米国エネルギー長官ジェニファー・グランホルムは本日、ローレンス・リバモア国立研究所の国立点火施設の研究者らが純エネルギー利得と呼ばれるものを達成したと発表した。これは核融合研究にとって象徴的な勝利である。

この進歩は、研究者が 1950 年代から追い求めてきた目標である核融合エネルギーの基本的な実現可能性を実証しています。 しかし、この科学実験には世界で最も強力なレーザーが必要であり、核融合発電へのすぐに実用的な方法ではありません。 核融合を実験室実験から、信頼性の高いカーボンフリーのエネルギーを送電網に供給できる商業技術に変えるには、さらに多くの科学的および工学的なブレークスルーが必要となるでしょう。

核融合反応では、原子炉内であろうと星の核内であろうと、原子は融合するまで互いに衝突し、エネルギーが放出されます。 核融合エネルギーの目標は、燃料にエネルギーを与えてその場に保持するために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取り出し、それを制御された方法で行うことです。 これまで、それが実証されたことはありません。

NIF での核融合反応はそれを達成し、原子炉で使用されるレーザーによって提供される 2.05 メガジュールを超える 3.15 メガジュールのエネルギーを生成しました。 昨年、同じ施設はレーザーによる反応に供給されるエネルギーの約 70% を生成しました。 レーザーは、原子炉に供給するエネルギーよりも多くのエネルギーを必要としますが、システム内での正味エネルギーの増加を確認するだけでも、重要なマイルストーンとなります。

「これにより、コミュニティに大きな風が吹いています」と、MIT の核科学工学部長、アン ホワイトは言います。 しかし、それは明日核融合発電が送電網に導入されるという意味ではないと彼女は付け加えた。「それは現実的ではありません。」

この研究室は、慣性閉じ込めと呼ばれる核融合へのアプローチで世界最大かつ最も強力なレーザーを使用しています。 この技術は、10億分の数秒間発射するレーザーを利用してX線を生成し、コショウの実ほどの大きさの燃料の小さなカプセルを圧縮して加熱します。 最終的に、重水素と三重水素と呼ばれる重いタイプの水素で構成される燃料は、プラズマを形成するのに十分なほど熱く高密度になり、水素原子核が互いに衝突し始め、融合してエネルギーを放出します。

慣性閉じ込めは、正味のエネルギー利得を生み出す最初の核融合スキームであるが、商業核融合の可能性の中で最も可能性の高い方法というわけではない。 多くの核融合科​​学者は、磁気閉じ込め、特にトカマクと呼ばれるドーナツ型原子炉がより良い選択肢であると考えています。 レーザーの代わりに、磁気閉じ込めを使用するトカマクやその他の原子炉は、磁石に依存して燃料を所定の位置に保持し、電流と電波を使用して核融合に必要な強力な条件に達します。

両者の技術的アプローチは大きく異なるため、慣性閉じ込め実験で見られた純利益は、トカマクのような核融合エネルギーへの他のアプローチには反映されません。 どちらのアプローチも、核融合を促進するのに十分な高温のプラズマを生成することを目的としていますが、そこに到達するために必要な物理学と工学は、さまざまな概念間で異​​なります、とホワイト氏は言います。

核融合は、メルトダウンがなく、放射性廃棄物もほとんど発生せず、安価でカーボンフリーの常時稼働のエネルギーを生成することを約束します。

Commonwealth Fusion のような資金豊富な新興企業の一部は磁気閉じ込め方式を追求している一方、Helion Energy などはハイブリッド磁気慣性閉じ込めシステムに取り組んでおり、TAE Technologies のような一部の企業はさらに別のアプローチをターゲットにしています。 そしてホワイト氏は、これが核融合を利用した実行可能な電力システムへの第一歩であるため、全員が最終的に純利益を達成すると主張していると指摘する。

それでも、何十年も成果を追い求めてきたこの分野にとって、純利益の達成は大きな恩恵だ。

「今は大きな瞬間です」と TAE Technologies の CEO、Michl Binderbauer 氏は言います。 異なる核融合アプローチのエンジニアリングは異なりますが、彼はこの瞬間が核融合発電が最も基本的なレベルで機能することの証拠であると考えています。